應用型本科數控機床電氣安裝與調試實習項目的開發與研究

曹錦江 李宏勝 陳 桂南京工程學院自動化學院 江蘇南京 211167

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應用型本科數控機床電氣安裝與調試實習項目的開發與研究

曹錦江 李宏勝 陳 桂
南京工程學院自動化學院 江蘇南京 211167

摘 要：生產實習是應用型本科工科類專業不可或缺的重要學習實踐環節，數控機床電氣安裝與調試生產實習是本院自動化專業以及自動化(數控)專業重要的實習內容，針對本院多年的數控機床電氣安裝與調試生產實習課程的開發經驗進行總結，并對該實習內容擴展做了有益的探討研究。

關鍵詞：實習課程；應用型；機床電氣；研究

1 概述

生產實習是應用型本科工程類專業不可或缺的學習環節[1,2]，南京工程學院是省屬應用型本科院校，學校緊緊圍繞培養高素質工程技術應用型人才培養目標，十分重視實踐教學條件的建設。而數控技術涉及計算機知識、運動控制知識、傳感器檢測知識、機械結構知識、機械加工工藝知識、機床電氣及PLC知識等綜合型知識[3]。我校自動化(數控)專業是國家一類特色專業，江蘇省特色專業，是我校自動化學院主要專業和培養方向。在自動化專業、自動化(數控)專業培養方案中特別提出加強學生動手能力的培養。自動化專業是寬口徑專業，而自動化(數控)專業數控技術專業性更強。數控機床是典型的機電一體化產品也是自動化控制對象之一，企業希望縮短畢業生在單位培養時間，能夠直接上崗工作，為此，筆者根據培養方案要求，開發了數控機床電氣安裝與調試生產實習項目，并自行研制了實驗實習設備。該實習項目既適合學生動手參與又能滿足企業用人需求的特點。通過多年的實踐驗證，該實踐項目能符合培養方案要求，大大提高了學生動手能力，提高了教學質量和專業培養水平，也符合企業對該專業人才的用人需求。校內生產實習課程的開發彌補了原先校內缺少實習課程和實踐條件的缺憾。

應用型本科數控機床電氣安裝與調試生產實習有別于中高職的類似知識點的生產實習[4-9]，本科的培養方案和大綱中除了要求學生掌握數控機床電氣控制系統工作過程，學會電氣安裝和調試方法以及擁有現場工程師基本素質外，還要求學生具備工程師初步設計水平。

2 項目開發

根據自動化專業、自動化(數控)專業教學培養方案的要求，增加專業生產實習內容，若到企業生產實習又受到企業生產任務、生產時間、生產條件等限制[10]，為此我們根據教學培養方案的要求，利用學院歷來有自制教學設備的技術優勢，自行逐步開發了以下三方面的實習項目。

2.1 典型機床電氣安裝與調試實習項目

鑒于要求加強學生動手能力和工程意識的培養，設計開發了典型機床電氣安裝與調試實習項目。實習內容見表1所示。

表1 典型機床電氣安裝與調試實習項目一覽表

表1開發的內容是以普通機床電氣為控制對象實習，控制原理部分本身不難，一般都在前續的課程中學習過，而開發的內容要求包括以下幾點。

(1)根據實習項目自行設計電氣原理圖。要求學生按照工程性設計(電氣符號、文字代號、電氣圖格式標注符合國家標準)，除設計原理圖外，還要求畫出元器件布局圖。

(2)設計涉及的主回路是選用380 V電壓等級，控制回路選用直流24 V元器件，增加低壓控制概念。

(3)施工按照自動化工程要求施工：導線選用軟線，導線放置在線槽中，會進行元器件拆裝，使用的工具都是工程用工具，號碼管都是由工程用的號碼機打印使用。

(4)學生自行根據電氣原理圖進行通電調試。該訓練實習的項目，要求學生掌握電氣原理性本身不是太難，而是要求學生通過掌握典型機床電氣設計、安裝與調試過程，加強學生動手能力，鍛煉學生工程意識。

根據項目開發需要，自行研制了實習設備，如圖1所示。

圖1 典型機床電氣安裝與調試綜合實習裝置

自行研制的實習設備，選用工程性用元器件，從低壓斷路器、交流接觸器、直流中間繼電器、開關電源、變壓器、按鈕到指示燈、端子排等都是根據目前工業設計常用的優質器件，空間布局完全滿足各種典型電氣設計安裝需要，實習設備電氣板采用雙面設計，實習設備放置不易耗的工業用器件(比如變壓器、三相異步電機、開關電源等)，實習設備下部可放置實習用導線耗材、工具等，整個實習設備設計緊湊美觀、使用效率高。

2.2 普及型數控機床電氣安裝與調試實習項目

為了理解數控機床電氣控制過程以及再現工廠生產數控機床和調試數控機床過程，設計開發了普及型數控機床電氣控制系統安裝與調試項目。

根據普及型數控機床電氣控制系統控制機床過程，把實習項目分解成如表2所示項目一覽表。

表2 普及型數控機床電氣控制系統實習項目一覽表

表2(續)

鑒于項目功能開發已模塊化設計，又自行開發了NG-2008型數控機床電氣控制系統綜合實驗裝置(如圖2所示)，在設計中整個數控機床電氣控制系統分成八部分，分別是：主電氣控制、主軸調速、信號控制、數控系統、刀架控制、進給驅動、輸入信號、執行件。為便于理解和實習用圖，還把電氣圖作為整個實習裝置的一部分，放在實習裝置上，使學生學習、設計、安裝以及調試一目了然。

鑒于實習項目的安全性，整個實習裝置總進線電壓為單相220 V，并做了漏電處理，安全可靠，380 V電源等級實習已在項目一中進行了實踐，這樣更有利于學生放開手腳動手實踐，更有利于了解數控機床電氣控制系統控制過程。

圖2 普及型數控機床電氣控制系統綜合實習裝置

2.3 FANUC數控系統綜合實踐

針對自動化(數控)專業，調整了培養方案，在培養方案中增加了FANUC數控系統綜合實踐課程項目。

該實習內容開發也有別于其他中高職學校的FANUC數控系統實習項目[7]，實習內容開發除要求掌握FANUC數控系統硬件連接、參數調試、基本維護和維修外，重點是讓學生掌握FANUC 數控系統中CNC，PMC，MT三者之間的關系，要求學生開發典型機床操作面板PMC程序，這個是比一般的中高職學校教學內容最大的區別點，內容也要求比較深。FANUC數控系統綜合實踐開發的項目見表3所示。

表3 FANUC數控系統綜合實踐開發的項目一覽表

為了實現FANUC數控系統綜合實踐內容，也自行開發了NBF系列FANUC數控系統綜合實驗裝置，如圖3所示，在該實驗裝置上，能完成表3所示的項目開發的內容。

圖3 NBF系列FANUC數控系統綜合實驗裝置

除硬件連接和參數功能調試外，其他實習項目都需要學生開發相關的PMC程序，學生完成的此實習內容和難度與工廠生產數控機床工作量相當，項目開發的過程再現了工廠生產數控機床電氣設計、開發和調試過程。

3 項目探討

3.1 開發的項目層次

在上述3種類型開發的項目中，項目層次是依次升高的，難度依次遞增。典型機床電氣安裝與調試實習內容是數控機床電氣安裝與調試實習基本內容，也是典型數控機床電氣安裝與調試實習的工程意識鍛煉的基礎，典型數控機床電氣安裝與調試實習又是FANUC數控系統綜合實踐的基礎。

在典型數控機床電氣安裝與調試實習中是以國產數控系統為控制核心進行電氣設計、安裝、調試，與FANUC數控系統綜合實踐的控制對象是一樣的，但選用的國產系統是沒有PLC(PMC)功能，選用的數控系統經濟實用，功能典型，為后續的FANUC數控系統綜合實踐打下良好基礎。

FANUC數控系統綜合實踐要求學生達到數控機床廠家電氣工程師初步設計和調試水平，教學的知識要求有點高。學習該部分的知識點，不僅要有前面2個層次的知識點，還需具備PLC(PMC)編程開發能力。

3.2 開發的項目實施時間期限

根據學生學習的專業不同，安排的項目開發教學培養方案是有一定的差異，自動化專業偏向廣義自動化設備，數控機床僅是自動化設備的一部分，因此數控電氣安裝與調試學習根據教學培養方案，安排了2周實習時間；而自動化(數控)專業學生，專業方向原則對象是數控設備，因此增加了FANUC數控系統綜合實踐，安排的時間是3周。

若全部實踐表3所示內容，3周學習時間有點少，根據具體的教學培養方案還需增加學習時間。

3.3 項目開發所需師資條件

這3種開發的項目，從典型機床電氣安裝與調試實習到普及型數控機床電氣安裝與調試實習，再到FANUC數控系統綜合實踐，知識點逐步加深，知識面也是逐步加寬。這也給指導教師提出較高的要求，指導教師必須具備豐富的數控技術知識。

由于該課程是綜合性實踐課程，實習內容較多，要求工程性的設計、安裝和調試，這就要求指導教師必須具備工程師綜合素質，才能培養出具備初步工程師素質的學生[11]。

4 結束語

該數控機床電氣安裝與調試實習項目和研制的綜合實驗裝置，經多年教學實踐后，能符合本科教學培養方案的要求，達到了培養學生綜合應用知識的能力和動手能力以及工程意識的目的。

參考文獻

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Development and Research on the Practice Course of Electrical Installation and Commissioning of Numerical Control Machine in Application-oriented Institute

Cao Jinjiang, Li Hongsheng, Chen Gui
School of Automation, Nanjing Institute of Technology, Nanjing, 211167, China

Abstract:The production practice is an indispensably important practice learning step of the engineering majors in application-oriented institutes. And the electrical installation and commissioning of numerical control (NC) machine based production practice is an essential content of automation and automation (NC) specialties in our institute. Many years experiences in developing the electrical installation and commissioning of NC machine course are summarized, and some helpful discussion and research aiming at the expansion of the practice content are taken.

Key words:practice course; application-oriented; machine electric; research

基金項目：南京工程學院教改項目“數控機床電氣安裝與調試”實習項目多元化和量化考核體系研究與實踐(編號：JG201413)。

作者簡介：曹錦江，本科，高級工程師。李宏勝，博士，教授。

收稿日期：2015-07-02