隨著中國制造業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)控機床應(yīng)用日益廣泛，企業(yè)急需數(shù)控機床調(diào)試、操作和維修等方面的高級技能人才。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)置了機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)。在教學(xué)計劃中一般都開設(shè)了數(shù)控原理與系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)綜合實踐、數(shù)控機床電氣調(diào)試與維護和數(shù)控機床故障診斷與維修等主干專業(yè)課程。這些課程的特點是理論與實踐結(jié)合緊密，特別強調(diào)實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，但在以往的教學(xué)過程中，往往實驗裝置數(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，我們率先自行開發(fā)出N G系列國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)實驗裝置、N B F系列FANU C數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗裝置以及N I M系列西門子數(shù)控系統(tǒng)電氣實驗裝置等多個品種的綜合實驗平臺，取得了良好的教學(xué)效果。

三菱公司數(shù)控系統(tǒng)是世界上先進的機床數(shù)控系統(tǒng)之一，并且近年來在國內(nèi)也越來越廣泛地得到應(yīng)用，但目前針對三菱數(shù)控系統(tǒng)而開發(fā)的實驗裝置較少。為了讓學(xué)生掌握世界上著名公司更全面的最新數(shù)控技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)控實驗平臺的系列化和多樣化，又研制出了N M系列三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗裝置。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)為例介紹該實驗平臺研制的整個過程以及可以開展的主要實驗項目等。

一、實驗平臺設(shè)計思想

在數(shù)控機床電氣控制綜合實習(xí)和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，希望學(xué)生通過參與開放性的數(shù)控機床綜合實驗平臺，學(xué)習(xí)和掌握數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、模塊組合、參數(shù)設(shè)置、數(shù)控編程、梯形圖設(shè)計、故障診斷等多項綜合實驗和實習(xí)功能。通過綜合實驗和實習(xí)，達到理論聯(lián)系實際和提高綜合動手能力的效果。而一般情況下，數(shù)控機床主要電器元件大多安裝在機床電氣控制柜中，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)，無法恢復(fù)而影響正常運行和生產(chǎn)。為此，我們設(shè)計研發(fā)的基于三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗平臺可以回避上述缺點，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，可以達到半實物仿真的直觀效果。

二、實驗平臺性能特點

本文介紹的三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗平臺除了完成相關(guān)專業(yè)課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)和實驗項目以外，還具有如下主要的技術(shù)性能特點：

1.開放性：結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、清晰、透明，對電氣控制系統(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)計程序或增減參數(shù)，以掌握各項實驗內(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，實驗用的演示參數(shù)和學(xué)生編寫的控制程序可以在實驗后予以刪除，從而不影響系統(tǒng)的正常運行。

2.功能強：實驗裝置提供了數(shù)控機床中常用的輸入開關(guān)信號和輸出狀態(tài)顯示，在其上可以完成10多個電氣控制實驗和實習(xí)項目。

3.安全性：把主要的電器元件都安裝在電氣支架里，將運轉(zhuǎn)的電動機部件可靠地單獨安裝在執(zhí)行支架上，外面安裝了一個透明的強度足夠的有機玻璃罩，可以讓實驗者清楚地觀察到電動機的實際轉(zhuǎn)動過程，既安全又方便。

4.擴展性：該實驗平臺本身就是一個完整的數(shù)控機床電氣控制組成系統(tǒng)。由于選擇的進給電動機扭矩為6N m，還可以根據(jù)需要進行相應(yīng)的功能擴展，配置機床機械部分以后，通過電動機驅(qū)動可以實現(xiàn)真實的數(shù)控機床控制和模擬加工過程。

5.完整性：除了機床執(zhí)行機械部分以外，實驗平臺中還包含有普通數(shù)控車床常用的四工位電動刀架。整個數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)在該實驗裝置中都能得以體現(xiàn)，為了演示和操作機床，還設(shè)計了通用數(shù)控機床操作面板和機床動作模擬控制板。

三、實驗裝置結(jié)構(gòu)組成

N M-1型三菱數(shù)控(車床)系統(tǒng)綜合實驗裝置主要是由先進的三菱E60 N C控制單元、基本I/O單元模塊、全數(shù)字伺服驅(qū)動單元和H F伺服電動機、主軸用無級變頻調(diào)速器和電動機、刀架電動機、機床操作面板和其控制機床模擬信號板以及運動執(zhí)行臺等部分組成，具體如圖1所示。

1.結(jié)構(gòu)單元設(shè)計

綜合實驗裝置支架的整體結(jié)構(gòu)由金屬制作，其余部分使用有機玻璃，電動機等較重的結(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玻璃上。這樣，實驗裝置中安裝的所有元器件都一目了然，可以便于學(xué)生實踐和學(xué)習(xí)觀察。

2.電氣單元設(shè)計

綜合實驗裝置電氣控制系統(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機等強電執(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、機床操作面板、模擬操作和顯示平臺等。設(shè)計的機床實驗?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)為機床現(xiàn)場模擬信號。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、伺服電動機和主軸電動機、刀架電動機以及機床電器元件等，除機床的機械部分以外，數(shù)控機床電氣元件都清楚地安裝在實驗臺上，通過透明的有機玻璃可以很容易地理解數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成。

四、軟件功能設(shè)計

為了使實驗裝置能夠承擔(dān)并模擬一臺完整的數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)，除了進行電氣控制功能的硬件設(shè)計與調(diào)試以外，還開發(fā)了P L C梯形圖程序設(shè)計以及內(nèi)部參數(shù)設(shè)置等實驗項目。提供的P L C程序和參數(shù)全部面向?qū)嶒炚唛_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)，進行數(shù)控機床加工編程操作學(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)對應(yīng)的各項數(shù)控功能。在實驗裝置中配套提供了數(shù)據(jù)存儲卡，即使實驗者誤刪除了原始P L C程序和其中的系統(tǒng)參數(shù)，也可通過數(shù)據(jù)存儲卡進行還原和恢復(fù)，這樣既安全又方便。

五、開設(shè)的實驗項目

利用上述綜合實驗平臺，目前主要開設(shè)了如下的實驗項目和實習(xí)內(nèi)容。當(dāng)然，還可以在此基礎(chǔ)之上，進一步開發(fā)出更加豐富的綜合性、設(shè)計性實驗項目：

1.三菱數(shù)控系統(tǒng)硬件連接組成實驗

2.三菱數(shù)控系統(tǒng)功能參數(shù)設(shè)置實驗

3.三菱數(shù)控系統(tǒng)PLC編程實驗

4.三菱數(shù)控系統(tǒng)控制進給伺服電動機實驗

5.三菱數(shù)控系統(tǒng)控制主軸變頻電動機實驗

6.三菱數(shù)控系統(tǒng)控制電動刀架實驗

7.三菱數(shù)控系統(tǒng)螺紋加工功能實現(xiàn)

8.三菱數(shù)控系統(tǒng)電氣控制調(diào)試實習(xí)

9.三菱數(shù)控系統(tǒng)編程加工操作實習(xí)

10.三菱數(shù)控系統(tǒng)典型故障分析與維修實習(xí)

針對硬件實驗平臺，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)生可以在計算機上預(yù)先學(xué)習(xí)數(shù)控加工程序的編程和模擬仿真，然后下載到該實驗裝置予以物理驗證。如果將兩者結(jié)合起來使用，不但增加了實驗平臺的靈活性，擴充了系統(tǒng)功能，并且還能解決實驗裝置臺套數(shù)不夠的矛盾，很受教師和學(xué)生的歡迎。

六、結(jié)束語

N M系列三菱數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗平臺的研制，使我校的數(shù)控實驗教學(xué)形成了系列化和立體化，極大豐富了自動化(數(shù)控技術(shù)應(yīng)用)專業(yè)的實踐教學(xué)體系，為學(xué)生掌握數(shù)控機床的電氣應(yīng)用技術(shù)提供了很好的學(xué)習(xí)條件。通過課程實驗、課程設(shè)計、教學(xué)實習(xí)、學(xué)生科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)的應(yīng)用，實際使用表明，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，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)習(xí)世界上最新的數(shù)控技術(shù)。同時，也為教師進一步掌握數(shù)控系統(tǒng)強大的先進功能提供了很好的實驗平臺。實踐證明，該實驗平臺完全適合教學(xué)的需要，普遍反映效果很好。