应用型本科数控机床电气安装与调试实习项目的开发与研究

曹锦江 李宏胜 陈 桂南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167



应用型本科数控机床电气安装与调试实习项目的开发与研究

曹锦江 李宏胜 陈 桂
南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167

摘 要：生产实习是应用型本科工科类专业不可或缺的重要学习实践环节，数控机床电气安装与调试生产实习是本院自动化专业以及自动化(数控)专业重要的实习内容，针对本院多年的数控机床电气安装与调试生产实习课程的开发经验进行总结，并对该实习内容扩展做了有益的探讨研究。

关键词：实习课程；应用型；机床电气；研究

1 概述

生产实习是应用型本科工程类专业不可或缺的学习环节[1,2]，南京工程学院是省属应用型本科院校，学校紧紧围绕培养高素质工程技术应用型人才培养目标，十分重视实践教学条件的建设。而数控技术涉及计算机知识、运动控制知识、传感器检测知识、机械结构知识、机械加工工艺知识、机床电气及PLC知识等综合型知识[3]。我校自动化(数控)专业是国家一类特色专业，江苏省特色专业，是我校自动化学院主要专业和培养方向。在自动化专业、自动化(数控)专业培养方案中特别提出加强学生动手能力的培养。自动化专业是宽口径专业，而自动化(数控)专业数控技术专业性更强。数控机床是典型的机电一体化产品也是自动化控制对象之一，企业希望缩短毕业生在单位培养时间，能够直接上岗工作，为此，笔者根据培养方案要求，开发了数控机床电气安装与调试生产实习项目，并自行研制了实验实习设备。该实习项目既适合学生动手参与又能满足企业用人需求的特点。通过多年的实践验证，该实践项目能符合培养方案要求，大大提高了学生动手能力，提高了教学质量和专业培养水平，也符合企业对该专业人才的用人需求。校内生产实习课程的开发弥补了原先校内缺少实习课程和实践条件的缺憾。

应用型本科数控机床电气安装与调试生产实习有别于中高职的类似知识点的生产实习[4-9]，本科的培养方案和大纲中除了要求学生掌握数控机床电气控制系统工作过程，学会电气安装和调试方法以及拥有现场工程师基本素质外，还要求学生具备工程师初步设计水平。

2 项目开发

根据自动化专业、自动化(数控)专业教学培养方案的要求，增加专业生产实习内容，若到企业生产实习又受到企业生产任务、生产时间、生产条件等限制[10]，为此我们根据教学培养方案的要求，利用学院历来有自制教学设备的技术优势，自行逐步开发了以下三方面的实习项目。

2.1 典型机床电气安装与调试实习项目

鉴于要求加强学生动手能力和工程意识的培养，设计开发了典型机床电气安装与调试实习项目。实习内容见表1所示。

表1 典型机床电气安装与调试实习项目一览表

表1开发的内容是以普通机床电气为控制对象实习，控制原理部分本身不难，一般都在前续的课程中学习过，而开发的内容要求包括以下几点。

(1)根据实习项目自行设计电气原理图。要求学生按照工程性设计(电气符号、文字代号、电气图格式标注符合国家标准)，除设计原理图外，还要求画出元器件布局图。

(2)设计涉及的主回路是选用380 V电压等级，控制回路选用直流24 V元器件，增加低压控制概念。

(3)施工按照自动化工程要求施工：导线选用软线，导线放置在线槽中，会进行元器件拆装，使用的工具都是工程用工具，号码管都是由工程用的号码机打印使用。

(4)学生自行根据电气原理图进行通电调试。该训练实习的项目，要求学生掌握电气原理性本身不是太难，而是要求学生通过掌握典型机床电气设计、安装与调试过程，加强学生动手能力，锻炼学生工程意识。

根据项目开发需要，自行研制了实习设备，如图1所示。

图1 典型机床电气安装与调试综合实习装置

自行研制的实习设备，选用工程性用元器件，从低压断路器、交流接触器、直流中间继电器、开关电源、变压器、按钮到指示灯、端子排等都是根据目前工业设计常用的优质器件，空间布局完全满足各种典型电气设计安装需要，实习设备电气板采用双面设计，实习设备放置不易耗的工业用器件(比如变压器、三相异步电机、开关电源等)，实习设备下部可放置实习用导线耗材、工具等，整个实习设备设计紧凑美观、使用效率高。

2.2 普及型数控机床电气安装与调试实习项目

为了理解数控机床电气控制过程以及再现工厂生产数控机床和调试数控机床过程，设计开发了普及型数控机床电气控制系统安装与调试项目。

根据普及型数控机床电气控制系统控制机床过程，把实习项目分解成如表2所示项目一览表。

表2 普及型数控机床电气控制系统实习项目一览表

表2(续)

鉴于项目功能开发已模块化设计，又自行开发了NG-2008型数控机床电气控制系统综合实验装置(如图2所示)，在设计中整个数控机床电气控制系统分成八部分，分别是：主电气控制、主轴调速、信号控制、数控系统、刀架控制、进给驱动、输入信号、执行件。为便于理解和实习用图，还把电气图作为整个实习装置的一部分，放在实习装置上，使学生学习、设计、安装以及调试一目了然。

鉴于实习项目的安全性，整个实习装置总进线电压为单相220 V，并做了漏电处理，安全可靠，380 V电源等级实习已在项目一中进行了实践，这样更有利于学生放开手脚动手实践，更有利于了解数控机床电气控制系统控制过程。

图2 普及型数控机床电气控制系统综合实习装置

2.3 FANUC数控系统综合实践

针对自动化(数控)专业，调整了培养方案，在培养方案中增加了FANUC数控系统综合实践课程项目。

该实习内容开发也有别于其他中高职学校的FANUC数控系统实习项目[7]，实习内容开发除要求掌握FANUC数控系统硬件连接、参数调试、基本维护和维修外，重点是让学生掌握FANUC 数控系统中CNC，PMC，MT三者之间的关系，要求学生开发典型机床操作面板PMC程序，这个是比一般的中高职学校教学内容最大的区别点，内容也要求比较深。FANUC数控系统综合实践开发的项目见表3所示。

表3 FANUC数控系统综合实践开发的项目一览表

为了实现FANUC数控系统综合实践内容，也自行开发了NBF系列FANUC数控系统综合实验装置，如图3所示，在该实验装置上，能完成表3所示的项目开发的内容。

图3 NBF系列FANUC数控系统综合实验装置

除硬件连接和参数功能调试外，其他实习项目都需要学生开发相关的PMC程序，学生完成的此实习内容和难度与工厂生产数控机床工作量相当，项目开发的过程再现了工厂生产数控机床电气设计、开发和调试过程。

3 项目探讨

3.1 开发的项目层次

在上述3种类型开发的项目中，项目层次是依次升高的，难度依次递增。典型机床电气安装与调试实习内容是数控机床电气安装与调试实习基本内容，也是典型数控机床电气安装与调试实习的工程意识锻炼的基础，典型数控机床电气安装与调试实习又是FANUC数控系统综合实践的基础。

在典型数控机床电气安装与调试实习中是以国产数控系统为控制核心进行电气设计、安装、调试，与FANUC数控系统综合实践的控制对象是一样的，但选用的国产系统是没有PLC(PMC)功能，选用的数控系统经济实用，功能典型，为后续的FANUC数控系统综合实践打下良好基础。

FANUC数控系统综合实践要求学生达到数控机床厂家电气工程师初步设计和调试水平，教学的知识要求有点高。学习该部分的知识点，不仅要有前面2个层次的知识点，还需具备PLC(PMC)编程开发能力。

3.2 开发的项目实施时间期限

根据学生学习的专业不同，安排的项目开发教学培养方案是有一定的差异，自动化专业偏向广义自动化设备，数控机床仅是自动化设备的一部分，因此数控电气安装与调试学习根据教学培养方案，安排了2周实习时间；而自动化(数控)专业学生，专业方向原则对象是数控设备，因此增加了FANUC数控系统综合实践，安排的时间是3周。

若全部实践表3所示内容，3周学习时间有点少，根据具体的教学培养方案还需增加学习时间。

3.3 项目开发所需师资条件

这3种开发的项目，从典型机床电气安装与调试实习到普及型数控机床电气安装与调试实习，再到FANUC数控系统综合实践，知识点逐步加深，知识面也是逐步加宽。这也给指导教师提出较高的要求，指导教师必须具备丰富的数控技术知识。

由于该课程是综合性实践课程，实习内容较多，要求工程性的设计、安装和调试，这就要求指导教师必须具备工程师综合素质，才能培养出具备初步工程师素质的学生[11]。

4 结束语

该数控机床电气安装与调试实习项目和研制的综合实验装置，经多年教学实践后，能符合本科教学培养方案的要求，达到了培养学生综合应用知识的能力和动手能力以及工程意识的目的。

参考文献

[1] 刘会君.改革生产实习,培养化工专业高素质人才[J].实验技术与管理,2010(6):167-169.

[2] 艾宁.创新生产实习教学模式，强化工程实践能力[J].实验室研究与探索,2012(11):150-153.

[3] 邓健平.工作过程系统化“数控机床电气安装与调试”课程重构[J].中国电力教学,2011(24):183-184.

[4] 刘彩霞.数控机床电气控制系统安装与调试课程教学改革的探索与研究[J].中国教育技术装备,2013(2):81-83

[5] 黄登红.高职“数控机床电气系统装调与维修”课程教学改革探索[J].中国科技信息,2013( 7):186-187

[6] 谢祥强.数控机床安装与调试课程项目化教学改革探究[J].广西教育,2013(6):147-148.

[7] 夏燕兰.基于工作过程的《数控机床控制系统的装调课程开发与实践》[J].职教论坛,2010(6):47-49.

[8] 刘凤英.《数控机床电气控制》课程教学的改革[J].机械职业教育,2009(11):41-42.

[9] 赵建勇.电气装备控制:创新性实验平台构建[J].实验技术与管理,2014,31(5):80-83.

[10] 刘兆青.基于情境认知理论的工科生企业实习现状研究[J].高等工程教育研究,2013(2):170-175.

[11] 林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准诠释[J].高等工程教育研究,2014(1):12-23.

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

基金项目：南京工程学院教改项目“数控机床电气安装与调试”实习项目多元化和量化考核体系研究与实践(编号：JG201413)。

作者简介：曹锦江，本科，高级工程师。李宏胜，博士，教授。

收稿日期：2015-07-02