隨著中國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用日益廣泛，企業(yè)急需數(shù)控機(jī)床調(diào)試、操作和維修等方面的高級(jí)技能人才。許多以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為目標(biāo)的工科院校都設(shè)置了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)。在教學(xué)計(jì)劃中一般都開設(shè)了數(shù)控原理與系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐、數(shù)控機(jī)床電氣調(diào)試與維護(hù)和數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修等主干專業(yè)課程。這些課程的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，特別強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，但在以往的教學(xué)過程中，往往實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)量較少，并且功能比較單一，學(xué)生得不到綜合訓(xùn)練。畢業(yè)以后，上手比較慢，適應(yīng)性較差。為此，我們*自行開發(fā)出N G系列國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置、N B F系列FANU C數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置以及N I M系列西門子數(shù)控系統(tǒng)電氣實(shí)驗(yàn)裝置等多個(gè)品種的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，取得了良好的教學(xué)效果。

三菱公司數(shù)控系統(tǒng)是世界上*的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)之一，并且近年來(lái)在國(guó)內(nèi)也越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，但目前針對(duì)三菱數(shù)控系統(tǒng)而開發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置較少。為了讓學(xué)生掌握世界上著名公司更全面的數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的系列化和多樣化，又研制出了N M系列三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。考慮到三菱數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品規(guī)格較多，不便面面俱到，下面就以典型的三菱E60型數(shù)控系統(tǒng)為例介紹該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制的整個(gè)過程以及可以開展的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

一、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)思想

在數(shù)控機(jī)床電氣控制綜合實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，希望學(xué)生通過參與開放性的數(shù)控機(jī)床綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)習(xí)和掌握數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊組合、參數(shù)設(shè)置、數(shù)控編程、梯形圖設(shè)計(jì)、故障診斷等多項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)功能。通過綜合實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)，達(dá)到理論實(shí)際和提高綜合動(dòng)手能力的效果。而一般情況下，數(shù)控機(jī)床主要電器元件大多安裝在機(jī)床電氣控制柜中，結(jié)構(gòu)和功能都不具開放性，電氣調(diào)試和維修需要專業(yè)人員完成，機(jī)床廠家和用戶都不希望修改設(shè)備的出廠參數(shù)和相關(guān)功能，以免破壞了系統(tǒng)架構(gòu)，無(wú)法恢復(fù)而影響正常運(yùn)行和生產(chǎn)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)研發(fā)的基于三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以回避上述缺點(diǎn)，做到開放參與和反復(fù)使用，并且與虛擬仿真軟件結(jié)合應(yīng)用，可以達(dá)到半實(shí)物仿真的直觀效果。

二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)性能特點(diǎn)

本文介紹的三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了完成相關(guān)專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以外，還具有如下主要的技術(shù)性能特點(diǎn)：

1.開放性：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、清晰、透明，對(duì)電氣控制系統(tǒng)組成比較容易掌握。數(shù)控系統(tǒng)中的系統(tǒng)參數(shù)和P L C(可編程邏輯控制器)程序都是開放的，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)程序或增減參數(shù)，以掌握各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及相應(yīng)的含義。由于數(shù)控系統(tǒng)具有可靠的備份功能，實(shí)驗(yàn)用的演示參數(shù)和學(xué)生編寫的控制程序可以在實(shí)驗(yàn)后予以刪除，從而不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.功能強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)裝置提供了數(shù)控機(jī)床中常用的輸入開關(guān)信號(hào)和輸出狀態(tài)顯示，在其上可以完成10多個(gè)電氣控制實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)項(xiàng)目。

3.安全性：把主要的電器元件都安裝在電氣支架里，將運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)部件可靠地單獨(dú)安裝在執(zhí)行支架上，外面安裝了一個(gè)透明的強(qiáng)度足夠的有機(jī)玻璃罩，可以讓實(shí)驗(yàn)者清楚地觀察到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)過程，既安全又方便。

4.擴(kuò)展性：該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本身就是一個(gè)完整的數(shù)控機(jī)床電氣控制組成系統(tǒng)。由于選擇的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)扭矩為6N m，還可以根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展，配置機(jī)床機(jī)械部分以后，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)的數(shù)控機(jī)床控制和模擬加工過程。

5.完整性：除了機(jī)床執(zhí)行機(jī)械部分以外，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中還包含有普通數(shù)控車床常用的四工位電動(dòng)刀架。整個(gè)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)在該實(shí)驗(yàn)裝置中都能得以體現(xiàn)，為了演示和操作機(jī)床，還設(shè)計(jì)了通用數(shù)控機(jī)床操作面板和機(jī)床動(dòng)作模擬控制板。

三、實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)組成

N M-1型三菱數(shù)控(車床)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置主要是由*的三菱E60 N C控制單元、基本I/O單元模塊、全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)單元和H F伺服電動(dòng)機(jī)、主軸用無(wú)級(jí)變頻調(diào)速器和電動(dòng)機(jī)、刀架電動(dòng)機(jī)、機(jī)床操作面板和其控制機(jī)床模擬信號(hào)板以及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行臺(tái)等部分組成，具體如圖1所示。

1.結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)

綜合實(shí)驗(yàn)裝置支架的整體結(jié)構(gòu)由金屬制作，其余部分使用有機(jī)玻璃，電動(dòng)機(jī)等較重的結(jié)構(gòu)部件安裝在金屬支架上，伺服放大器等較輕的電氣部件安裝在有機(jī)玻璃上。這樣，實(shí)驗(yàn)裝置中安裝的所有元器件都一目了然，可以便于學(xué)生實(shí)踐和學(xué)習(xí)觀察。

2.電氣單元設(shè)計(jì)

綜合實(shí)驗(yàn)裝置電氣控制系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是數(shù)控系統(tǒng)控制部分；另一部分是伺服放大器和電動(dòng)機(jī)等強(qiáng)電執(zhí)行部分。在控制部分，主要安裝有三菱數(shù)控系統(tǒng)顯示一體化控制器、基本I/O單元、機(jī)床操作面板、模擬操作和顯示平臺(tái)等。設(shè)計(jì)的機(jī)床實(shí)驗(yàn)?zāi)M面板如圖2所示，其中I區(qū)為模擬輸出狀態(tài)顯示，Ⅱ區(qū)為模擬輸入開關(guān)量，Ⅲ區(qū)為機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)。在執(zhí)行部分，主要安裝了兩軸伺服一體化放大器、主軸變頻器、主軸位置編碼器、伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)、刀架電動(dòng)機(jī)以及機(jī)床電器元件等，除機(jī)床的機(jī)械部分以外，數(shù)控機(jī)床電氣元件都清楚地安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，通過透明的有機(jī)玻璃可以很容易地理解數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成。

四、軟件功能設(shè)計(jì)

為了使實(shí)驗(yàn)裝置能夠承擔(dān)并模擬一臺(tái)完整的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)，除了進(jìn)行電氣控制功能的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試以外，還開發(fā)了P L C梯形圖程序設(shè)計(jì)以及內(nèi)部參數(shù)設(shè)置等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。提供的P L C程序和參數(shù)全部面向?qū)嶒?yàn)者開放，學(xué)生既可以利用提供的完整P L C程序和設(shè)置的參數(shù)，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床加工編程操作學(xué)習(xí)；也可以參考提供的程序?qū)嵗孕虚_發(fā)相應(yīng)的P L C程序；還可以利用提供的數(shù)控系統(tǒng)，學(xué)習(xí)參數(shù)設(shè)置，理解參數(shù)對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)數(shù)控功能。在實(shí)驗(yàn)裝置中配套提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，即使實(shí)驗(yàn)者誤刪除了原始P L C程序和其中的系統(tǒng)參數(shù)，也可通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡進(jìn)行還原和恢復(fù)，這樣既安全又方便。

五、開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

利用上述綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，目前主要開設(shè)了如下的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)習(xí)內(nèi)容。當(dāng)然，還可以在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步開發(fā)出更加豐富的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

1.三菱數(shù)控系統(tǒng)硬件連接組成實(shí)驗(yàn)

2.三菱數(shù)控系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)

3.三菱數(shù)控系統(tǒng)PLC編程實(shí)驗(yàn)

4.三菱數(shù)控系統(tǒng)控制進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)

5.三菱數(shù)控系統(tǒng)控制主軸變頻電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)

6.三菱數(shù)控系統(tǒng)控制電動(dòng)刀架實(shí)驗(yàn)

7.三菱數(shù)控系統(tǒng)螺紋加工功能實(shí)現(xiàn)

8.三菱數(shù)控系統(tǒng)電氣控制調(diào)試實(shí)習(xí)

9.三菱數(shù)控系統(tǒng)編程加工操作實(shí)習(xí)

10.三菱數(shù)控系統(tǒng)典型故障分析與維修實(shí)習(xí)

針對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我們還配套研制了相應(yīng)的數(shù)控車/銑加工虛擬仿真軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上預(yù)先學(xué)習(xí)數(shù)控加工程序的編程和模擬仿真，然后下載到該實(shí)驗(yàn)裝置予以物理驗(yàn)證。如果將兩者結(jié)合起來(lái)使用，不但增加了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的靈活性，擴(kuò)充了系統(tǒng)功能，并且還能解決實(shí)驗(yàn)裝置臺(tái)套數(shù)不夠的矛盾，很受教師和學(xué)生的歡迎。

六、結(jié)束語(yǔ)

N M系列三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制，使我校的數(shù)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成了系列化和立體化，極大豐富了自動(dòng)化(數(shù)控技術(shù)應(yīng)用)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，為學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床的電氣應(yīng)用技術(shù)提供了很好的學(xué)習(xí)條件。通過課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)習(xí)、學(xué)生科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)的應(yīng)用，實(shí)際使用表明，學(xué)生不但可以學(xué)習(xí)數(shù)控加工編程操作、參數(shù)設(shè)置、伺服調(diào)試、故障診斷和維護(hù)，而且還可以學(xué)習(xí)更深層次的梯形圖P L C編程和調(diào)試，有利于學(xué)生提前了解和學(xué)的數(shù)控技術(shù)。同時(shí)，也為教師進(jìn)一步掌握數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的*功能提供了很好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)踐證明，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)*適合教學(xué)的需要，普遍反映效果很好。

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