曹錦江 李宏勝 陳 桂南京工程學院自動化學院 江蘇南京 211167

?

應用型本科數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習項目的開發(fā)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(chǎn)實習是應用型本科工科類專業(yè)不可或缺的重要學習實踐環(huán)節(jié)，數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試生產(chǎn)實習是本院自動化專業(yè)以及自動化(數(shù)控)專業(yè)重要的實習內(nèi)容，針對本院多年的數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試生產(chǎn)實習課程的開發(fā)經(jīng)驗進行總結，并對該實習內(nèi)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(chǎn)實習是應用型本科工程類專業(yè)不可或缺的學習環(huán)節(jié)[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(yǎng)高素質(zhì)工程技術應用型人才培養(yǎng)目標，十分重視實踐教學條件的建設。而數(shù)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(shù)控)專業(yè)是國家一類特色專業(yè)，江蘇省特色專業(yè)，是我校自動化學院主要專業(yè)和培養(yǎng)方向。在自動化專業(yè)、自動化(數(shù)控)專業(yè)培養(yǎng)方案中特別提出加強學生動手能力的培養(yǎng)。自動化專業(yè)是寬口徑專業(yè)，而自動化(數(shù)控)專業(yè)數(shù)控技術專業(yè)性更強。數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品也是自動化控制對象之一，企業(yè)希望縮短畢業(yè)生在單位培養(yǎng)時間，能夠直接上崗工作，為此，筆者根據(jù)培養(yǎng)方案要求，開發(fā)了數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試生產(chǎn)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(yè)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(yǎng)方案要求，大大提高了學生動手能力，提高了教學質(zhì)量和專業(yè)培養(yǎng)水平，也符合企業(yè)對該專業(yè)人才的用人需求。校內(nèi)生產(chǎn)實習課程的開發(fā)彌補了原先校內(nèi)缺少實習課程和實踐條件的缺憾。

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

2 項目開發(fā)

根據(jù)自動化專業(yè)、自動化(數(shù)控)專業(yè)教學培養(yǎng)方案的要求，增加專業(yè)生產(chǎn)實習內(nèi)容，若到企業(yè)生產(chǎn)實習又受到企業(yè)生產(chǎn)任務、生產(chǎn)時間、生產(chǎn)條件等限制[10]，為此我們根據(jù)教學培養(yǎng)方案的要求，利用學院歷來有自制教學設備的技術優(yōu)勢，自行逐步開發(fā)了以下三方面的實習項目。

2.1 典型機床電氣安裝與調(diào)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(yǎng)，設計開發(fā)了典型機床電氣安裝與調(diào)試實習項目。實習內(nèi)容見表1所示。

表1 典型機床電氣安裝與調(diào)試實習項目一覽表

表1開發(fā)的內(nèi)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(xù)的課程中學習過，而開發(fā)的內(nèi)容要求包括以下幾點。

(1)根據(jù)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(jù)電氣原理圖進行通電調(diào)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(diào)試過程，加強學生動手能力，鍛煉學生工程意識。

根據(jù)項目開發(fā)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(diào)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(jù)目前工業(yè)設計常用的優(yōu)質(zhì)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(yè)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(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習項目

為了理解數(shù)控機床電氣控制過程以及再現(xiàn)工廠生產(chǎn)數(shù)控機床和調(diào)試數(shù)控機床過程，設計開發(fā)了普及型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試項目。

根據(jù)普及型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)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(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)實習項目一覽表

表2(續(xù))

鑒于項目功能開發(fā)已模塊化設計，又自行開發(fā)了NG-2008型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜合實驗裝置(如圖2所示)，在設計中整個數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分成八部分，分別是：主電氣控制、主軸調(diào)速、信號控制、數(shù)控系統(tǒng)、刀架控制、進給驅(qū)動、輸入信號、執(zhí)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(diào)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(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)控制過程。

圖2 普及型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜合實習裝置

2.3 FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐

針對自動化(數(shù)控)專業(yè)，調(diào)整了培養(yǎng)方案，在培養(yǎng)方案中增加了FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐課程項目。

該實習內(nèi)容開發(fā)也有別于其他中高職學校的FANUC數(shù)控系統(tǒng)實習項目[7]，實習內(nèi)容開發(fā)除要求掌握FANUC數(shù)控系統(tǒng)硬件連接、參數(shù)調(diào)試、基本維護和維修外，重點是讓學生掌握FANUC 數(shù)控系統(tǒng)中CNC，PMC，MT三者之間的關系，要求學生開發(fā)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(nèi)容最大的區(qū)別點，內(nèi)容也要求比較深。FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐開發(fā)的項目見表3所示。

表3 FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐開發(fā)的項目一覽表

為了實現(xiàn)FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐內(nèi)容，也自行開發(fā)了NBF系列FANUC數(shù)控系統(tǒng)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(fā)的內(nèi)容。

圖3 NBF系列FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗裝置

除硬件連接和參數(shù)功能調(diào)試外，其他實習項目都需要學生開發(fā)相關的PMC程序，學生完成的此實習內(nèi)容和難度與工廠生產(chǎn)數(shù)控機床工作量相當，項目開發(fā)的過程再現(xiàn)了工廠生產(chǎn)數(shù)控機床電氣設計、開發(fā)和調(diào)試過程。

3 項目探討

3.1 開發(fā)的項目層次

在上述3種類型開發(fā)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(diào)試實習內(nèi)容是數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習基本內(nèi)容，也是典型數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習的工程意識鍛煉的基礎，典型數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習又是FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐的基礎。

在典型數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習中是以國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)為控制核心進行電氣設計、安裝、調(diào)試，與FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐的控制對象是一樣的，但選用的國產(chǎn)系統(tǒng)是沒有PLC(PMC)功能，選用的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)濟實用，功能典型，為后續(xù)的FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐打下良好基礎。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐要求學生達到數(shù)控機床廠家電氣工程師初步設計和調(diào)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(fā)能力。

3.2 開發(fā)的項目實施時間期限

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

若全部實踐表3所示內(nèi)容，3周學習時間有點少，根據(jù)具體的教學培養(yǎng)方案還需增加學習時間。

3.3 項目開發(fā)所需師資條件

這3種開發(fā)的項目，從典型機床電氣安裝與調(diào)試實習到普及型數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習，再到FANUC數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控技術知識。

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

4 結束語

該數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試實習項目和研制的綜合實驗裝置，經(jīng)多年教學實踐后，能符合本科教學培養(yǎng)方案的要求，達到了培養(yǎng)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

[1] 劉會君.改革生產(chǎn)實習,培養(yǎng)化工專業(yè)高素質(zhì)人才[J].實驗技術與管理,2010(6):167-169.

[2] 艾寧.創(chuàng)新生產(chǎn)實習教學模式，強化工程實踐能力[J].實驗室研究與探索,2012(11):150-153.

[3] 鄧健平.工作過程系統(tǒng)化“數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)試”課程重構[J].中國電力教學,2011(24):183-184.

[4] 劉彩霞.數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試課程教學改革的探索與研究[J].中國教育技術裝備,2013(2):81-83

[5] 黃登紅.高職“數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修”課程教學改革探索[J].中國科技信息,2013( 7):186-187

[6] 謝祥強.數(shù)控機床安裝與調(diào)試課程項目化教學改革探究[J].廣西教育,2013(6):147-148.

[7] 夏燕蘭.基于工作過程的《數(shù)控機床控制系統(tǒng)的裝調(diào)課程開發(fā)與實踐》[J].職教論壇,2010(6):47-49.

[8] 劉鳳英.《數(shù)控機床電氣控制》課程教學的改革[J].機械職業(yè)教育,2009(11):41-42.

[9] 趙建勇.電氣裝備控制:創(chuàng)新性實驗平臺構建[J].實驗技術與管理,2014,31(5):80-83.

[10] 劉兆青.基于情境認知理論的工科生企業(yè)實習現(xiàn)狀研究[J].高等工程教育研究,2013(2):170-175.

[11] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標準詮釋[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

基金項目：南京工程學院教改項目“數(shù)控機床電氣安裝與調(diào)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