关键词：数控机床维修教学实训设备
一、课题的来源及研制背景
当前，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已成为国民经济的支柱产业。数控机床因其特有的高效、高精、高柔性制造等优点，在国内的应用越来越普遍，数量越来越多。由于先进数控技术的广泛使用，导致数控综合应用型人才严重短缺。随着笔者学校高级技工学校的成功创办，数控专业开始由单一操作型人才培养逐步提升到高级班的数控技术综合应用型人才的培养以及数控设备维修专业的开设。
基于以上原因，根据社会的需要并结合学校的专业发展状况，学校派老师到广东省国防科技高级技工学校参加数控机床维修培训，得到了专家们的启发与指导。为了节约成本，学校充分利用已经淘汰停用的数控机床机械本体，带领学生设计并制作出适合数控技术发展的数控机床电路智能型实训考核设备。该实训设备的设计充分考虑了理论教学和实际应用的需要，采用国内优秀最新版本的广州数控980TD1数控系统、半闭环伺服驱动、配置6140生产型机床。并且我们参照工厂企业各类数控机床的常见故障、多发故障状况，充分融入现代职业教育教学新方法：项目教学法、任务驱动法等。
二、设备的结构与组成
其一，本设备采用真实机床作为机床本体。如下页图所示，机床本体包括底座、2个进给轴、主轴等5个模块，并可以进行机床拆装、学习机械结构、XZ轴伺服电动机控制、主轴变频器控制，数控系统采用广州数控980TDB1系统，系统安装在教学面板的左边，教学面板上印刷有电气边线和测试端子，用于故障维修的学习。
图设备图片
其二，本设备外观（如上图所示），柜体长2100mm、高1950mm、厚800mm、正面有电气图为1500mm×1000mm的教学面板，开关继电器、驱动器等器件安装在面板反面，并进行正常连线，每个器件的旁边都有相应的接线端子，方便学员进行接线练习，并且在器件图旁边有可以测试的信号端子，方便在进行故障维修时测试信号。同时在面板下的箱体里设有PLC故障设置系统，学生通过计算机触摸屏进行自动设置故障，通过故障现象和测量结果来判断故障原因，然后通过故障控制计算机来去除故障，使机床正常运行，这种设计非常适合数控机床维修教学和考核。
其三，本数控装调维修设备的电气部分分为7个模块，即主电路和控制电路模块、主轴由变频模块、XZ轴伺服模块、信号测试和故障设置模块以及数控系统控制器模块。
其四，配电面板的连接线主要分为三类。
（1）主回路电线，包括进入配电箱的总电源线，断路器到接触器的电源线，断路器到接触器的电源线，接触器到电动机驱动器或变频器的电源线等，这类导线截面积为2.5～4mm2。
（2）控制回路电线，主要是DC24V的控制电线，从控制面板上的开关按钮到配电箱内的断电器和接触器的电线，还有行程开关的连接电线等，这种电线截面积为0.5mm2。
（3）弱电信号多芯电缆，主要有从CNC系统到电动机驱动器或变频器的信号电缆，从电动机驱动器到伺服电动机编码器的信号电缆等。这类电缆一般为26芯或12芯，单芯的截面积为0.3～0.15mm2。
（4）机床系统的屏蔽和接地系统的电线，这部分电线截面积大于1.5mm2，连接时要尽量减小电磁干扰的要求。
三、设备的技术参数
设备的技术参数见表1。
表1
产品型号单位参数
工作台尺寸mm400×950
主电动机功率kW1.5
主轴转速r/min50～4200
主轴扭矩Nm35
进给电动机扭矩（功率）N・m（kW）6N・m（1.5kW）
X向行程mm320
Z向行程mm300
X向最大快移速度m/min4
Z向最大快移速度m/min4
位置精度：定位精度A、
重复定位精度Rmm≤0.04/300≤±0.005
工作台最大承重质量kg100
四、主要零部件一览表
主要零部件一览表见表2。
表2
名称厂家型号
电子手轮HEDSSH海德ISMM1468Series
滚动丝杠台湾螺距：5mm
数控系统广州数控设备有限公司980TD1
伺服驱动广州数控设备有限公司DA98A
伺服电动机武汉华大新型电机科技有限公司110ST-M06020LFB
变频驱动器台湾AS2-5.5
主轴电动机上海380V/5.5kW
行程开关浙江JW2-11Z/3
伺服变压器无锡富杰电器有限公司SG-2kVA
控制变压器南京新天科技有限公司JBK1000-1kW
五、本设备的创新点
一是机床各路信号端口在宽大的操作屏上全部外置，学生可以清晰连接机床电气线路。
二是采用PLC程序能对数控机床电路接线的正确与否进行自动检测与评分，大大提高了教师的检查判断、评分等工作效率，大幅度提高了学生的动手能力及分析解决问题的能力，达到了最佳的实训效果。
三是采用PLC程序自动随机设障、自动清障、自动评分的触摸屏排障系统，可以有效地防止学生对设备的损坏，极大降低实训设备的维护费用，并且教学效果好、操作安全、成本低。
四是参照工厂数控机床的各类常见故障、多发故障，充分融入现代职业教育教学新方法：项目教学法、任务驱动法等。
五是配置真实的生产型机床，生产、教学两用，配合自动随机出故障，形成真实的生产维修现场，直接把学生引入到工厂工作环境。
六是综合故障的题量大，整机32个故障点，每次考试自动随机提取3个不同故障点进行组合，能产生4960种不同的综合故障。
六、设备用途
该设备主要应用于职业学校、技工院校或培训机构的机电专业、数控专业类培养学生掌握数控机床电气原理、机械装调、参数调试及数控故障诊断与维修等实际动手的综合能力、检查考核学生的学习情况以及数控机床设备维修专业类的技能鉴定。
参考文献：
[1]夏燕兰.数控机床电气控制[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京：机械工业出版社，2002.
关键词：《电机及电气控制技术》；电气自动化技术；教学改革
《电机及电气控制技术》是高职电气自动化技术专业一门必修的重要专业课程。本课程是根据电气设备制造企业工业电气设备及控制系统安装、设计、调试及技术管理等工作岗位能力要求所开设的专业技术性课程。其综合了《电机及拖动基础》和《机床电气控制技术》课程的相关内容，知识覆盖面广，实用性强。课程以数控机床控制柜为载体，通过对电机和电气控制线路的学习和实操，突出动手能力的锻炼，提高学生解决实际问题的能力，与企业岗位技能要求对接。
一、课程设计思路
本课程是在学习《电工基础》和《电子技术》等课程的基础上，使学生进一步提高电机和电气控制系统设计、生产、管理、检测、维护的能力，达到企业对技术应用型人才的要求。通过对生产企业专家的调查发现，电气自动化专业人员必须要具有电气控制设备的检测、维护、安装、调试，生产过程管理，电气自动化产品生产工艺分析和生产工艺编制，电气自动化生产设备营销与服务等方向的知识技能。而目前学校的课程设置比较注重培养学生对电机及电气控制系统的应用能力，而对于检测、维护、安装、调试、工艺分析和编制、营销与服务方面的知识技能相关课程开设较少，导致学生只停留在知道某个电气自动化设备的用途，而不知如何去维护、检测、调试、设计，得不到具体的体验，从而导致与市场脱节现象的产生。因此，将电气自动化设备中各个部分有机组合起来，通过有效地调整相关课程资源，强化学生动手和分析解决问题的能力，提升学生的综合能力，很好地解决学校教学和企业需求之间的矛盾，使学生所学的知识和技能更加贴近生产实际，在高职教育中有必要开设《电机及电气控制技术》课程。课程采取项目课程教学形式，结合学校人才培养方案调研和毕业生回访工作，组织企业和专家对电气自动化专业所面向的工作岗位的工作任务与职业能力进行系统分析。课程定位在电气生产设备的应用、检测、维护、安装、调试、电气控制系统的设计等工作任务上，围绕这些工作任务，组织课程内容，划分教学项目。
二、教学内容设计
课程内容以就业为导向，强调岗位技能与课程内容对接，课程教学与相应职业资格鉴定相结合，以培养技术技能型人才为出发点，以数控机床控制柜为项目载体，组织教师深入企业一线进行现场调研，明确岗位技能要求，细分工作任务，对典型工作任务进行知识、能力、素质分析并转化成相应学习项目，重构课程内容，强调理实一体化教学，增加实践性和创新性教学环节，培养学生的动手实操能力，将课程内容整体设计为基础认知、专项技能和综合训练3个递进关系的教学模块共11个工作任务，内容具体设计如表1所示。
三、课程考核设计
本课程以“强化能力，重在应用”为主线，强调过程考核。在考核方式上，以项目考核结果为主、期末考试成绩为辅，课程共分为11个典型工作任务，分项目进行考核，项目考核结果汇总作为课程考核评价的主要组成部分，期末笔试成绩作为课程考核评价的次要组成部分；在考核内容上，以实操技能考核为主、理论笔试为辅，注重学生技能素质的培养和提升；在考核评价上，以综合评价为主、结果评价为辅，在过程考核中，关注学生是否有合理的分析方法、正确的学习态度、积极的探索精神和工具使用能力，力求全面客观反映学生学习的效果。
四、基于有效课堂，改进教学方法
为提升课堂教学效果，提升人才培养质量，本课程积极改革教学方法，摆脱传统灌输式理论教学模式，采用“教学做合一”的教学模式，所有课程的授课全部安排在实训室进行，在授课过程中，理论教学、现场教学、仿真实训教学、综合实践训练相结合。理论教学中，注重对学生进行启发式引导，进行多元互动，尝试采用翻转课堂模式；充分利用校内实训室和周边合作企业，邀请企业工程师进行现场教学，引导学生对机床电气控制的全面了解；利用各种网络学习平台和实训仿真软件进行仿真教学，专业教师与宇龙软件公司合作开发仿真教学软件1款，实际教学效果良好；在教学过程中，以数控机床控制柜为载体开展综合实践训练，使学生实际机床电气系统的安装与维护水平得到进一步的提高。（一）强调校企结合利用已经建好的“厂中校”和“校中厂”，本课程的实验实训项目均来自于企业生产一线，注重课程内容和岗位知识要求对接，以工作过程为导向完成教学与实践环节，进一步提高学生与企业生产实际相结合的程度。（二）开放的实验实训环境学校机床电气控制实训室全天向学生开放，并安排指导教师给予一定的指导，不仅增加了学生动手实践的时间，同时也为培养学生较好的自主学习习惯打下了良好的基础。（三）全面实行教考分离借助学校“三通一专”考试并结合职业资格鉴定工作，建立了电气控制核心技能考核试题库，并聘请校内外企业专家参与研讨评分细则、评分标准以及最后的鉴定考核工作。平时项目实践考核由任课教师完成，期末考核直接由题库中抽取考试题，专业基本形成重教重学的良好氛围，教学质量得到不断提高。（四）实践教学形式多样除传统的课堂实验外，还开展课程实训、典型控制过程分析与设计、综合实训、工程实训等实践环节，并要求教师组织特长班，组织校内机床电气设计大赛、湖北省现代电气控制系统安装与调试技能大赛和湖北省数控机床装配调试与维修技能大赛，组织学生参与科研开发等。（五）利用网络课程平台开展线上线下混合教学在《电机及电气控制技术》课程教学中，合理运用现代信息技术等手段，利用建成的校级电气自动化技术专业教学资源库平台在线课程《电机拖动技术》《电气控制技术》和《PLC应用技术》等开展线上和线下混合教学，网络学习资源丰富，提高了学生学习的积极性。
五、结语
关键词：一体化；多功能；机床电气控制实训台
引言
高职学校的教育目的是为培养高技能的现代化人才，因此在日常教育中，更为重视教育的实践性和学生的专业性。为了更为合理的利用学校的实验实训条件，提升实验实训的质量，一体化教学是非常必要的，而研制并使用一体化多功能机床电气控制实训台则是实现该教学模式的重要措施之一。一体化多功能机床电气控制实训台的应用，能够有效的将理论与实践相结合，提升学生对“常用低压电器”、“电动机基本控制线路”等学科的综合了解和运用，进而提升学生的职业能力。
1.一体化多功能机床电气控制实训台的设计思路
传统的学院机床电气控制技术所使用的实训装置和设备都是有专门的企业或厂家制造的，性能比较单一，只能用于一门课程的教学或实验，而无法满足整个机电专业的课程需求。如学生在学习PC电脑联系程序编程时，只能完成对指示灯或者小型继电器的控制，而无法实现对电动机的操作。如此就会造成实验过程与实际操作过程差距过大，根本无法满足实践教学的需求。在机电专业中，PLC与变频器的知识是相通的。但现有的电机原理实验室只能用作交直流电机的点动控制、自锁控制、正反转控制等，无法在其中体现PLC的知识实践。而变频器原理及应用实验室只能进行变频器调速原理的实验、参数设置实验、外接段子功能实验等，对PLC的控制及相关知识的实践也没有办法得到很好的实践。这些实验器材和设备都有着各自的运作系统，且体积庞大，不宜移动，价格也是非常的昂贵。学校常常花了昂贵的资金购买，但其使用率与对提升教学质量的成果都不是非常理想。对于提升学生的专业技能，巩固专业知识也没有过大的作用。因此一体化多功能机床电气控制实训台的设计一定要具备足够的灵活性，如此才方便其多功能的实现。一体化多功能机床电气控制实训台的设计必须结合机电专业的各课程的知识，使其具备足够的专业性和综合性；能适用于学生的整个教学课程，而不是在单一的具体课程中或知识点中使用；教师和学生都要参与到一体化多功能机床电气控制实训台的设计中，使其能够符合学生和教师的不同要求[1]。一体化多功能机床电气控制实训台的研制完成，不仅能提升教学质量，提升学生对机电专业知识的综合运用能力，还能对学生的职业资格评估、教师素质提升和社会培训发挥推进的作用。
2.一体化多功能机床电气控制实训台的组成和特点
一体化多功能机床电气控制实训台的组成应该包括以下部分：电源、电压表、按钮、指示灯、实训电机、简易小车、交流结合初期、热继电器、中间继电器、控制变压器、传感器、开关、PLC控制系统（以最新型号为准），变频控制系统（以最为通用的系列为准）[2]。一体化多功能机床电气控制实训台的第一个特点就是具备良好的灵活性。它解决了传统机电实验设备的单一性，以简单的方式构建了一个复杂的系统。每个一体化多功能机床电气控制实训台可以简单的看成是一个一个的基本框架和可更换的实训板组成，完成能够根据不同机电课程的需求进行重新组合[3]。实训台的框架可以采用不锈钢的方管焊接而成，并保证整个框架是向后倾斜25°的，以方便学生对器件和接线的操作与观察[4]。为防止一些易损坏的部件在搬运过程中的安全，框架的左侧可以完全固定/电机的开关、减速器的开关和丝杠传统系统的开关可以看做一个整体，安装在实训台的上方。如此便可在方便安装调试的同时，避免这些系统的电线很容易与丝杠、衣物或其他的连接线缠绕在一起。一体化多功能机床电气控制实训台的另一个优点是方便。由于实训台具备基本的框架，因此能够根据实际情况方便地更换电器实验板，其中包括复杂的机床线路连接实验板、反接制动及能耗动实验板及各种PLC控制实验板等。在一体化多功能机床电气控制实训台上，所有的电气设备及实验器件的电源线和实验板的控制线都能够连接到面板上已经安装好的接线端子上，且不同的设备或器件的控制使用的是不同颜色的接线端子[5]。为了保证学生或其他教师能够快速掌握的实训台的使用技巧，制作教师和学生可以编写出专门的使用说明书和实训指导书。为了保证实训台的用电安全，可以采取以下措施：实训供电装置均为隔离变压器，并且采用浮地设计；每个实训装置都必须具备一个总电源开关，每个能够更换的实验板都要安装一个电源开关，所有的电源开关都必须是漏电保护型。而为了保证实验板更换的方便性，可以通过以下几点来实现：（1）每块各更换的实验板上都有操作手柄；（2）实验板的板材以铝板制成，并在表面喷砂，保证其外表美观，并保证其重量在7.5千克以下；（3）实验板的尺寸宜为450mm×500mm×150mm，以保证实验板搬运和储存的方便性；（4）实训台的装置框架和固定部分的重量应保持在25千克，保证两个学生能够轻松的完成搬运。（5）实验板即可以单独使用，也可以组合使用。按照上述标准设计的一体化多功能机床电气控制实训台几乎适用于机电专业的各种专业课和实验的需求，如低压电器元件认识实训、漏电保护电路实训、简单控制回路线路实训。带连锁控制线路实训、带互锁控制回路线路实训等[6]。无论是某一专业课程的实训，还是多项专业知识的综合操作，学生都可以在教师的指导下完成。同时，学生能够按照相关的操作标准和规范，自主地进行硬件安装和调试；教师也可以根据所学的技能知识布置相关的课题或实验研究，引导学生在现有知识的基础上进行进一步的探索和创新[7]。这对于巩固学生的专业技能和知识，锻炼学生的创造力，提升学生的自信心、帮助学生养成良好的核心竞争力都具备重要推近意义。
结论
一体化多功能机床电气控制实训台的研制和使用很好的体现了“在做中学，在学中作，通过做让学生掌握专业技能和技术”的高职教学的目的和理念。充分诠释了素质教育中“注重突出并加强学生的主体地位”的教学理念。一体化多功能机床电气控制实训台改变了传统实训台的单一性和可使用效率低的情况，大大提升了实训设备的经济性、灵活性、方便性和多功能性。由于一体化多功能机床电气控制实训台有效的将机电专业各学科结合在一起，提升并巩固学生对于理论知识的实践。而对于学生的机床电气控制技术的考核制度、职业资格的考核制度，该实训台都发挥了重要的推动意义。随着机电专业的内容的不断更新和完善，一体化多功能机床电气控制实训台也必然会得到相应的改善，使之更好的促进在高职教育目的的实现。
参考文献
[1]周航.关于机械电气一体化技术的探讨与分析[J].黑龙江科技信息,2014,12:36.
[2]许艳霞,王广权.一体化多功能机床电气控制实训台的科学研制论述[J].电子技术与软件工程,2014,11:248.
[3]欧阳昭.浅谈机电一体化技术专业的核心技能[J].价值工程,2014,22:261-262.
[4]蒋剑雄.机电一体化技术的现状与发展[J].企业科技与发展,2015,14:7-8.
[5]曾鹏,黄河,刘福华.浅析机电一体化的特点及发展趋势[J].科技创新导报,2013,05:144-145.
[6]陈齐.浅议机电一体化的发展与应用[J].技术与市场,2013,04:66+68.