数控综合实训台的研发分析

数控综合实训台是为迅速解决装备制造业技能操作人员短缺，学生不能很快适应企业需求，教学与生产脱节而研发的教学、生产两用数控设备。企业自动化程度的提高，对工件加工要求的提高，使企业数控设备迅速普及，设备的技能操作人员出现了严重短缺、断档的现象，制约了经济的发展，成为社会关注的对象。沈阳市装备制造工程学校为适合职业教育特点，适应企业数控设备的现状，开发出不仅适用于专业职业学校的教学，也适用于社会职能部门的各种职业培训、职业考评、职业鉴定及企业对各工种技能操作人员的培训和考评的高科技、高质量、高性质的适用性数控综合实训台。数控综合实训台在设计上运用现代设计理论，使用AotuCAD、SolidWork、Protel 等计算机软件，整个设计中体现了模块化设计、网络设计、程序设计理念。教学上，数控综合实训台体现网络教学、动态教学、课件教学、虚实教学相结合的优点。深入浅出，既直观又容易掌握。对加快培养高素质技能人才，提高技能操作水平有着不可替代的优势。
数控综合实训台适用于机械、机电、电器、数控等专业的教学，对各专业既有针对性又有全局性，有利于学生的宏观了解、专业精进；有利于培养学生的逻辑思维、创造性思维；有利于学生适应企业所需，快速进入角色，成为企业需要的操作者。
1、特点
数控综合实训台的特点是直观、明了、方便教学。数控综合实训台分成机械、电器两大部分。机械部分保持完整，保证加工精度，可靠工作；从经济与安全、节约材料和能源考虑，将机械部分的尺寸缩小、改善防护、减少功耗。电器部分改变以往原理与配线相脱离的方式，采用模块式结构，分成电源、系统、接口、伺服、主轴、刀台几大模块，模块中原理与接线相对应，将机床中以往为了安全而封闭的电气控制部分，都展现到实训台的台面上，各模块之间既独立又相互联系。工作时各模块上对应原理图显示工作状态的关键接点，安装在实训台面板上。学生在学习的过程中既能直观地看到由各种电器元件与机械动作的相互关系，又能方便地通过原理图分析、测量各测试点，了解对应机械动作电器原件的工作状态。
技能教学一直是职业教育的一个“瓶颈”，如何适应企业的需求，如何使学生学有所用，使教学与企业需求有机结合起来，是一个很现实的问题。怎样能适合企业的需求，从教学自然过渡到生产，依照这种思想数控综合实训台研发成功。数控综合实训台一方面扩大了学生视野范围，增强了直观性，便于感性认识；另一方面，数控综合实训台还是个网络设备，各设备间组成一个网络，资源共享，方便交流。老师在教师机上授课，学生在相应学生机上向老师学习，并与身边的设备相对应，做到眼、耳、手齐到位。实训台还设置了故障设置系统、考核系统，可对学生故障排除能力、操作能力、编程能力、综合能力进行全面的考核，激发学生的求知欲望，提高学生的期望值，改善教学效果。另外实训台配备了教学用课件，通过形象教学、趣味教学、网络教学，培养学生的学习兴趣和认知能力。
2、原理与模块
2.1 原理
CNC 技术现今已是成熟的技术。数控综合实训台执行国家原机械工业部技术标准 ：JB/T8324，2-1996；电气标准执行：GB5226，1-2002；防护标准执行：GB15760-1995。在产品设计中运用了现代设计理论。电器主体部分采用质量可靠度高的FANUC—0i—Mate—TC系统及配套的伺服、主轴、编码器。电器元件在确定结构、工作条件、所需动力后，计算出工作电流，选择相适应的相关原器件保证设备的安全、可靠运行。机械结构设计上使用Solidwork 计算机软件立体设计，平面组成采用AutoCAD 计算机软件，电路板应用Protel 计算机软件，保证了各部分准确性，也保证了数控综合实训台的可靠安全。
2.2 模块
数控综合实训台的中心就是实训台，在实训台上以模块的形式展示了数控机床的电器部分。除系统和操作板在床身上外，机床的电源部分、接口部分、伺服部分、主轴部分、刀台部分、计算机部分及系统和操作面板的测试点都在实训台面板上，如图1。
2.2.1 电源
电源是数控综合实训台工作能量的源泉，数控综合实训台采用三相380V 电源，通过开关接入，经分开关，为24V 直流电源提供能量；为110V 交流控制电源提供能量；为伺服控制器、变频器提供220V 工作电源；为冷却电机、刀台电机运转提供380V 动力电源。按照各开关的上电顺序实训台配备相应的动画课件，使学生在直观、形象、趣味的学习过程中掌握知识。各开关需测量的部位在台面上给出了测试点，方便了解设备的通电状况及设备在运行中要注意的问题。
2.2.2 数控系统
CNC 系统采用FANUC-oi-Mate-TC 系统，该系统稳定、安全、可靠、技术先进。系统在自动、编辑、MDI、JOG、工作状态时都可进行故障设置，考核学生对设备的掌握程度。工作时各种状态下关键点的电位，在实训台的测试点上可方便地进行测量，便于学生比较、分析系统的工作状态。
2.2.3 接口部分
接口部分是CNC 系统控制信号，与现场执行元件的桥梁，它将系统发出的信号转化成执行元件的动作，并把现场的状态及输入设备录入情况转送到系统，供系统分析、运算发出合适的指令信号。在数控综合实训台接口模块中，可看到各控制继电器的动作，了解设备的工作状态。
2.2.4 主轴变频器
主轴变频器是控制主轴电机运转的电器元件，变频器通过频率的变化调整，控制电机的转速。它接受来自系统的控制信号，对主轴电机发出正转、反转、停止的指令信号。数控综合实训台变频模块上设计了主轴的正转、反转、停止的故障设置方法。
2.2.5 伺服控制器
伺服控制器是按照数控系统的信号，控制伺服电机工作的电器元件，设有X 轴和Z 轴两个伺服控制器，分别控制刀具在X 轴和Z 轴方向加工的进给运动。对伺服系统设计了X 轴、Z 轴、正进给、负进给、手动进给等几项故障设置。
2.2.6 旋转刀台
旋转刀台是机床加工中，根据不同的要求，不同的材料，提供不同的刀具。旋转刀台上装有4 把不同的加工刀具，通过电机旋转到达不同的位置取得不同的刀具，满足不同的加工要求。此部分我们也设计了转动、锁紧等几种故障设置。
以上是对数控综合实训台组成模块的介绍，各模块间既独立，又相互制约，形成了完整的数控综合实训台。
3、数控综合实训台在职业教育中的优势
3.1 空间优势
数控综合实训台将设备的控制部分完全展现在了实训台的台面上，方便了教师讲解，以及学生的直观观察，增加了感性认识，有利于深入浅出地进行教学。
3.2 网络优势
数控综合实训台是网络设备，老师在教师机上给学生讲课，学生在相应学生机上学习，并进行模拟。老师可对各学生机上同学的操作情况进行指导，改正错误。实训台的故障设置系统、电脑自动考评系统考核学生对设备的了解程度，使老师了解学生放手施教。数控综合实训台实现了学生同时操作，还解决了师资不足的问题。
3.3 课件教学
采用了计算机网络教学，老师通过教师机在电脑上授课，学生在学生机上学习。就可把教学内容作成形象的教学课件，这样既直观又能增加学生的学习兴趣，使学生在趣味中学习，提高教学质量。
4、结束语
数控综合实训台是职业教育教学体系结合企业现状，研制开发的集教学、生产两大功用的数控设备。教学中能发挥方便、直观、形象、趣味的优势，生产中又是高精度的加工设备，使学生在虚拟中学习，实际中操作，虚实相结合达到学习的目的。数控综合实训台的形象教学、趣味教学，虚实相结合的教学方式，必将在职业教育中大放异彩，培养出更多适合社会需求的技能操作者，从而成为职业教育的“新宠”。


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