数控机床控制范文

导语：如何才能写好一篇数控机床控制，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：数控机床；电气控制元件；电气工作原理

1 数控机床

电气控制技术在数控机床上起着非常重要的作用，数控机床是机械设备中机电一体化的一个体现，而它的控制系统又可以叫做CNC系统，数控机床的组成是由数控系统、伺服系统、主轴装置、数控机床的强电系统等，它的组成见图1。

通过图1可以看出CNC系统是整个数控机床的重要位置，是数控机床的控制中心，它是对操作系统中的语言进行分析整合，转化成控制信号，最终实现数控机床的加工。

数控机床和其他普通机床一样，都是主轴作主要的切削任务，而主轴的控制也是需要正反转，可以调速。

对于机床的进给运动，它的区别就是将原有机床的机械驱动变为电气控制驱动，实现自动控制，控制系统是伺服系统，对整个机床的工作台、电机、速度都可以监控，如图2。

在整个伺服控制系统中，主要是对终端执行件的监控，通过监控它们的速度、位置，将它们的信号反馈回来，在伺服系统和CNC中处理后，在对下一步进行指示。

2 电气控制元件

数控机床电气控制元件的选择是对整个机床中所有应用的元件，电动机的选择，在数控机床结构中电动机是最重要的，电动机在负载工作时，电动机的额定功率要大于机床的需要功率：

热电器的选择，热电器是对数控机床中电路的保护，它的选择是通过电动机的电流选择，一般是选择0.95～1.05倍的电动机额定电流。

中间继电器，它是控制整个数控机床电路中传递中间信号的元件，是增加触点数量的元件，它的选择也是通过电动机来选择。

在数控机床控制中，行程开关的应用对整个机床的监控起着很重要的作用，它们也称作限位开关，它们是利用机械运动产生电信号的元件，它主要对数控机床的运动、行程和位置的保护，避免机床运动出规定的区间。

在机床中需要选取信号灯和照明灯，信号灯是对机床监控的反馈，通过信号的提示，来了解机床是否正常，而照明灯是数控机床中必需的元件。

3 电气工作原理

电气控制原理是对数控机床控制的方式的选用，通过整个数控机床的控制方式的解析来理解电气工作原理。在数控机床的控制方式中有开环控制数控机床、闭环控制数控机床，开环控制数控机床没有检测反馈装置，CNC发出的信号不会产生反馈，是单向发出，只是将信号传递给执行元件，这种控制比较简单，系统稳定，闭环控制数控机床也就反过来，它是安装反馈装置，例如同步器、光栅等。

开环控制数控机床的工作原理是操作者将加工信号给机床，数控机床接到指令，将指令给数控装置，数控装置解析后通过驱动电路传给伺服电动机，伺服电动机工作，通过传动机构，将最终工作台运动，实现加工。

闭环控制数控机床工作原理是数控机床接到指令，机床位置调节系统工作，通过伺服放大、伺服电动机、检测工作台的位置，工作台将位置检测信号通过位置测量装置和速度测量装置反馈给位置调节系统和速度调节系统，这两个系统通过这个信号在重新定位工作台，数控机床在进行加工。

上述电路图中工作台正向运动是KM1接触器通电，反转运动是KM2通电，而工作台动作停止是通过SQ1、SQ2、SQ3、SQ4这4个限位开关控制。

4 结束语

随着科学技术的不断发展、现代经济不断的提高，对整个机械制造业的要求也在不断的提升，生产的效率、生产的质量都要有提升、数控机床也随之变得非常重要。数控机床对大批大量生产有着不可或缺的地位。在这频繁开发新技术的过程中，要使数控机床占有一席地位，就必须保证数控机床的自动化程度、电气控制也就必须有设计高度，保证数控机床的先进性，达到降低人工劳动力，实现生产的自动化。

参考文献

[1]杨林建.机床电气控制技术[M].北京理工大学出版社，2008.

[2]祖国建.电气控制与PLC[M].华中科技大学出版社，2010.

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关键词：FANUC；数控机床；主轴；PLC

数控机床的控制部分由CNC和PLC组成。实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制由CNC完成；机床辅助功能的顺序控制由PLC完成。数字控制和顺序控制二者缺一不可，它们之间可以通过规定的接口信号进行相互间的信息交互[1]，分工合作实现对数控机床各项功能的控制，完成加工任务。主轴运动的控制主要包括主轴起停控制、主轴正反转控制和主轴转速高低的控制等。对于数控车削中心，主轴一般还应具备C轴功能；对于镗铣加工中心，为了方便机械手换刀，还要求主轴具备准停功能。主轴控制一般由数控系统中的PLC来完成[2]。目前，FANUC系统的数控机床市场占有率较高。FANUC数控系统对主轴的控制信号有两种形式：串行主轴和模拟主轴。FANUC公司生产的主轴电机及其与之配套的驱动器采用串行主轴控制；非FANUC公司生产的主轴电机，可以由变频器驱动，采用模拟主轴控制[3]。模拟主轴比串行主轴更为经济，所以对模拟主轴的运动控制进行研究具有重要意义。本文以FANUC0iMate-TD系统的数控机床作为载体，通过编制PLC程序，实现手动和自动模式下模拟主轴的起停及正反转控制。

一、控制要求

在手动操作模式即JOG方式下，通过数控机床操作面板上的按钮“主轴点动”“主轴正转”“主轴停”“主轴反转”能够实现相应的主轴运动。在自动操作模式即“MEM”“MDI”“DNC”等方式下，通过运行加工程序中的M03（主轴正转）、M04（主轴反转）和M05（主轴停）指令实现对主轴的自动控制。

二、控制方式

（一）手动控制。数控机床上的操作面板通过I/OLink总线与PLC相连[4]。操作面板上的主轴控制按键为PLC的输入信号。PLC会对信号输入端进行实时扫描，输入信号经PLC逻辑处理后，向机床侧及系统输出相应的控制信号，驱动机床侧的执行元件动作，实现对主轴的控制功能；同时，PLC也会向操作面板输出控制信号，令相应按键的指示灯亮。（二）自动控制。主轴的M辅助功能控制是由加工程序发出的控制命令，例如，M03、M04、M05等，经PLC处理后输出去控制主轴电机工作。M指令的执行过程如下：CNC读到加工程序中的M指令时，就输出相应的M指令信息。FANUC0i-D系统M代码输出地址为F10～F13[5]。通过系统读取M代码的延时时间后，CNC输出M代码选通信号F7.0。PLC接收到M代码选通信号后，执行译码。译码结束后，运行顺序程序，执行相应的M代码功能。M功能执行结束后，PLC向CNC发送辅助功能结束信号G4.3。CNC收到G4.3信号后，经过辅助功能结束延长时间，切断系统的M代码选通信号F7.0。M代码选通信号断开后，切断辅助功能结束信号G4.3，然后系统切断M代码输出信息信号。至此，该条M指令执行完毕。

三、PLC程序设计

（一）M代码译码程序。加工程序中的辅助功能代码必须经过PLC译码后才能进行逻辑运算，从而实现相应的控制功能。M03、M04、M05的译码程序，如图1所示。功能指令DCNV将CNC传送过来的M代码转换成BCD代码的形式，再通过译码指令DEC令某中间继电器为1，每个中间继电器对应一个M代码。这里的R200.3、R200.4、R200.5分别对应的是M03、M04、M05。图1M代码PLC译码程序（二）主轴起停及正反转控制程序。手动和自动模式下主轴起停及正反转控制的PLC程序，如图2所示。系统处于JOG模式时，F3.2置1，按下操作面板上的主轴点动按键（X11.3）或主轴正转按键（X11.5），会使得主轴电机正转输出信号Y3.6以及主轴正转按键上的信号灯输出信号Y7.2置1，则电机正转且正转按键上的信号灯亮。按下主轴停止按键(X11.2)，会使得输出信号置0，则主轴电机停并且信号灯灭。同理，按下主轴反转按键（X11.6），会使主轴电机反转输出信号Y3.5以及主轴反转按键上的信号灯输出信号Y7.4置1，则电机反转且反转按键上的信号灯亮。自动控制模式下，通过图1所示译码程序输出的中间继电器结果来控制主轴电机执行相应的运动。M指令执行情况为：执行M03时中间继电器R200.3置1，从而使得Y3.6置1，电机正转；执行M04时中间继电器R200.4置1，从而使得Y3.5置1，电机反转；执行M05时，R200.5的常闭触点会将主轴电机正转或反转输出信号断开，从而实现停机。

四、结论

该PLC程序通过在FANUC0iMate-TD系统的数控机床上调试验证，完全能够实现相应的功能。本文为FANUC系统的数控机床模拟主轴基本运动的控制提供了有效的思路和方法，也为机床维修技术人员提供了相关问题的维修指导。在机床维修的过程中，监控PLC程序的执行情况以及信号地址的实时状态，对主轴及其它辅助功能的故障诊断和处理能够起到指导性作用。

参考文献：

[1]张洪涛．基于FANUC系统的数控车床PMC程序设计［J］．电气自动化，2015（6）．

[2]周兰．FANUC0i-D/0iMate-D数控系统连接调试与PMC编程[M]．北京：机械工业出版社，2012．

[3]黄文广．FANUC数控系统连接与调试[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[4]张志军．FANUC数控机床操作面板PMC程序设计[J]．自动化与仪器仪表，2015（7）．

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关键词：PLC逻辑层；数控机床；自动化控制；应用

随着科学技术的发展，我国的PLC技术也慢慢的成熟起来，并且在数控机床中的作用也非常巨大。尤其是在数据的处理方面，该项技术具有非常明显的优势。在比较短的时间内，该技术可以提供较为全面的数据资料，有助于调整生产的方案，满足生产的实际需要。实际上，在PLC中，逻辑层面非常重要，尤其是在系统化的运行过程中，其占据的主动的位置。

1PLC定义以及其组成的结构

1.1定义PLC也叫作可编程逻辑控制器，经过人工编写，其可以实现工业控制，同时也可以向操作系统发送运算、定时、数量控制等指令，使机械设备完成相应的操作。PLC系统与数控机床的有机结合，可以建立全面、系统、立体化的操作平台，可以使得生产的效率得到显著地提升。1.2PLC的组成结构PLC的组成机构包括电源、中央处理器、存储器、功能模块四个部分。1）电源。电源可以为PLC操作系统提供能量，从而保证各项指令以及工作可以正常进行，所以在工作的时候，保证电源的稳定、可靠是非常重要的。所以，制造商在进行设计的时候需要综合考虑交流电压的波动以及范围，将额定电压控制在+10%左右，然后可以将PLC连入交流的电网中。2）中央处理器。其主要是作为该系统的“大脑”进行工作，主要负责指令的下达以及调控，并且可以接受用户的程序编写。其工作的时候，用户主要通过扫描将程序输入计算机中，经过存储器的逐条分析、一一对比，将指令进行配对，然后进行下达，最终实现数据的传输。3）存储器。顾名思义，存储器就是存储设备，主要将指令、信息、程序进行暂存以及保管，当接收到调试的指令以后，然后再将指令传递出去。PLC存储器主要可以分成两大类：系统存储器，可以存放系统本身的程序，其目的是保证整个系统各个部分平稳运行。另一种是用户存储器，其主要是在系统运行的时候方便用户程序编写的存储器。4）功能模块。功能模块可以实现逻辑控制器的各种操作。比如当自动加工完成以后，我们想要提醒管理者将一些工件取走，这时候就可以设置报警器。我们常见的还有延时模块、定位模块等等。

2PLC逻辑层特点

虽然PLC逻辑层在进行引进的时候已经经过了优化，但是由于各种各样因素的影响，其在运行的时候，依然容易发生各种各样的问题。比如其与运行的平台要求不符的时候，就会造成数据处理的问题，所以，我们需要根据逻辑层的特点，处理出现的问题。1）安全性。当前情况下，伴随着PLC用户的普及扩大，我们有必要大力推广一体化技术来实现用户平台的操作效率，这样可以从根本上提升服务的水平。不仅如此，PLC还可以有效地识别潜在风险，另外，我们采用控制技术之后便可以有效地提升数据的安全、可靠、稳定性能。2）一体化。一体化的控制可以有效地保障系统的稳定运行，而且可以实现原始数据的处理，完成PLC数据的调配。这种控制技术是一种多数据的调整。不仅如此，逻辑层还具有非常规的专项特征，可以有效地利用数据传输的方案，对其进行筛选、处理。3）转换性。采用了一体化的技术之后的PLC系统表现出了非常强大的专业化水平，尤其是在大数据的处理时，其发挥了非常重要的作用。在数据兼容平台上，其可以实现数据的传输、控制等重要作用。另外，在数据的存储、转换等方面，PLC机床都具有较为明显的优势，因此，PLC技术可以在很大的程度上提升生产的效率。

3数控机床当中PLC技术的应用

凭借着PLC技术的远程控制、遥感等技术，我们可以打造一个数据控制的一体化平台，进而保障工业化生产的专业技术平台。在数控机床，PLC技术的具体应用情况如下：1）数据的端口。如果PLC接口不能够完成数据的匹配工作，那么信号传递的速度就会降低，进而导致数据传输的时候出现比较大的误差。针对这个问题，我们可以采用更换硬件的方法来解决，另外我们还可以建立有效的转换平台，对数据进行及时的收录。2）数控中心。我们对PLC技术进行一体化的控制以后，实现了对数据的存储、传输、处理、调配，提升了资源的利用效率，保证了信息的有效性。不仅如此，其还保证了数据的有效利用，在较大的程度上减少了人为操作所产生的误差，使得数据更加真实、可靠。3）数据的传输。随着互联网的发展，PLC技术即面临着机遇，也面临着挑战。在当前情况下，技术可以通过硬件、软件等方式改变，并且可以实现数据的一体化，技术可以实现为工业化生产提供环境。基于移动互联网技术，我们需要对数控以及机床的一体化来拟定合理的方案，对智能系统的一体化来选择科学合理的方案，对操作系统的性能进行优化，保证数据处理的有效进行。另外，在控制中，由于方案的改进，更高级的数控技术可以达到。这样便为数据的传输提供了更加高效、虚拟的平台。

4结论

PLC逻辑层在软件、硬件两个方面实现了对于控制系统的规划以及设计，其是一种更加先进的机床体系。未来的数控机床在操作上需要设置更加专业化的平台，需要建立更加系统完整的方案，同时还需要结合PLC的逻辑层来选择一些可行的数字、技术来作为支撑，从而探索更加智能化的设计方案。

参考文献

[1]孔德红.数控机床典型控制功能PLC编制模板研究[J].制造技术与机床，2015（6）：175-178.

[2]朱楠.浅谈PLC在数控机床中的运用[J].制造业自动化，2012（9）：96-97.

[3]王红梅.基于PLC与数控机床联合控制的气动机械手[J].液压与气动，2011（10）：41-44.

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【关键词】矢量控制；变频器；数控车床

数控车床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及其拖动、自动控制、检测等技术为一身的自动化设备。其中主轴运动是数控车床的一个重要内容，以完成切削任务，其动力约占整台车床的动力的70%～80%。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档和无级调速。

在目前数控车床中，主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求，必须有以下性能：（1）宽调速范围，且速度稳定性能要高；（2）在断续负载下，电机的转速波动要小；（3）加减速时间短；（4）过载能力强；（5）噪声低、震动小、寿命长。

1.变频器矢量控制阐述

矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

2.数控车床主轴变频的系统结构与运行模式

2.1主轴变频控制的基本原理

由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为：n=（60f/p）×（1-s）

其中P—电动机的极对数，s—转差率，f—供电电源的频率，n—电动机的转速。从上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz（甚至更高频率）之间任意调节，因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。

当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，一般可以通过设定最高频率来进行限定。

变频器在数控车床的应用中变频器与数控装置的联系通常包括：（1）数控装置到变频器的正反转信号；（2）数控装置到变频器的速度或频率信号；（3）变频器到数控装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。

2.2主轴变频控制的系统构成

不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。

在本系统中，速度信号的传递是通过数控装置到变频器的模拟给定通道（电压或电流），通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。

3.无速度传感器的矢量控制变频器

3.1主轴变频器的基本选型

目前较为简单的一类变频器是V/F控制（简称标量控制），它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制（用于恒转矩）和平方V/F控制（用于风机水泵变转矩）。

标量控制的弱点在于低频转矩不够（需要转矩提升）、速度稳定性不好（调速范围1：10），因此在车床主轴变频使用过程中被逐步淘汰，而矢量控制的变频器正逐步进行推广。

所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要的转矩。

矢量控制相对于标量控制而言，其优点有：（1）控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美；（2）能适应要求高速响应的场合；（3）调速范围大（1：100）；（4）可进行转矩控制。

当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，区别在于后者具有更高的速度控制精度（万分之五），而前者为千分之五，但是在数控车床中无速度传感器的矢量变频器的控制性能已经符合控制要求，所以这里推荐并介绍无速度传感器的矢量变频器。

3.2无速度传感器的矢量变频器

无速度传感器的矢量变频器目前包括西门子、艾默生、东芝、日立、LG、森兰等厂家都有成熟的产品推出，总结各自产品的特点，它们都具有以下特点：（1）电机参数自动辩识和手动输入相结合；（2）过载能力强，如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s；（3）低频高输出转矩，如150%额定转矩/1HZ；（4）各种保护齐全（通俗地讲，就是不容易炸模块）。

无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性，而且改善了针对各种负载变化产生的不特定环境下的速度可控性。

3.3矢量控制中的电机参数辨识

由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从异步电动机的T型等效电路表示中可以看出，电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外，还有R1（定子电阻）、X11（定子漏感抗）、R2（转子电阻）、X21（转子漏感抗）、Xm（互感抗）和I0（空载电流）。

参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识2种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入；在旋转辨识中，变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。

在参数辨识中，必须注意：（1）若旋转辨识中出现过流或过压故障，可适当增减加减速时间；（2）旋转辨识只能在空载中进行；（3）如辨识前必须首先正确输入电机铭牌的参数。

3.4数控车床主轴变频矢量控制的功能设置

使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分：

（1）矢量控制方式的设定和电机参数。

（2）开关量数字输入和输出。

（3）模拟量输入特性曲线。

（4）SR速度闭环参数设定。

【参考文献】

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关键词：电气系统 数控机床 PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0028-02

由于近年来，PLC（可编程控制器）技术取得了快速发展，其在自动控制之中的运用也变得更为广泛。PLC是一种专门为工业运用而设计出来的计算机，目前已经被运用到数控机床这一工业领域之中。可编程控制器在控制的性能和硬件成本等诸多方面所展现出的种种优势均为其他种类的工业控制产品所无法进行比拟的。所以，可编程控制器技术在工业自动化在数控机床中的运用正在变得愈来愈多。

1、数控车床电气控制电路分析

1.1　工作原理及功能

数控车床根据被加工零件工作图与工艺过程卡，用规定的数控代码和程序格式编写加工程序，将正确的加工程序输入数控系统，数控系统将给定的加工程序和输入的信号，进行运算和控制处理，然后将处理的结果送往控制系统，驱动机床的各运动部件有序地按机械加工要求运行，自动地制造出合格的零件。数控车床是用来加工轴类或盘类的回转体零件，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，广泛应用于机械制造业。改造后的车床应该满足上述功能。

1.2　电气控制电路的分析

1.2.1　主轴电机电气控制

主轴电动机M3是一台交流变频电动机，由变频器驱动，正转、反转及速度控制也是由数控系统进行控制。

1.2.2　主轴控制

来自零件程序的输入信号有：M03、M04、M05。

来自机床操作面板有主轴正转、反转、点动、停止。

输出信号：主轴正转Q0.0；主轴反转Q0.1；主轴停止Q0.2。

1.2.3　其他辅助电机控制

数控车床辅助电机主要有刀架电机、冷却泵电机、泵电机，各辅助电机的控制简述如下：

（1）冷却泵电动机控制：

来自零件程序输入信号有：MO8、MO9；来自机床操作面板，冷却起停键；冷却控制输出信号：Q0.3；手动控制-按纽；自动控制-数控指令M代码。

（2）泵电动机控制：

输入信号：来自机床参数设置导轨间隔；来自机床控制面板导轨键；输出信号控制Q06；手动控制-按钮；自动控制-机床参数设定。

（3）刀架电动机控制：

输入信号：I0.0　I0.1　I0.2　I0.3　I0.4　I0.5　I0.6　来自刀位检测信号

来自零件程序T代码有I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；

来自机床控制面板手动换刀键。

输出信号：刀架正转Q0.4；刀架反转Q0.5。手动控制—按钮：数控系统

KM1

KM2

刀架电动机M3。自动控制—数控指令T代码：数控系统

KM1

KM2

刀架电动机M3。

2、电气系统设计

2.1　强电电气控制柜的设计

2.1.1　控制电路及组成

（1）控制电路：1）交流380V电源通过漏电保护总开关QS和空气开关QF1供主轴变频器使用。2）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过空气开关QF2、供给伺服放大器作电源用。3）交流380V电源通过变压器转换成交流220V电源通过U41、W41经开关电源供直流24V给系统供电用。4）交流380V电源通过空气开关QF3，接触器KM1、KM2使刀架正转（换位）、反转。

（2）电路组成：380V电源经开关QS后接入各电源回路中，开关QS后有4个空气开关（QF1、QF2、QF3、QF4）、3个接触器（KM1、KM2、KM3）、1个DC24/5A开关电源、1个2.2KW变压器等组成。所有强电都安装在电控柜内。

2.1.2　电源输出

（1）I/O接口模块直流24V接线柱已与外部相连。如发现电压不稳，立急断电，查明原因并解决后才能上电，直流24V开关电源容量为直流24V/5A，数控系统需3A，外部电源可提供2A容量供用户使用。（2）电源输出模块有一电源钥匙开关，其开关是为强电的控制回路供电。

2.2　电气控制电路的设计

数控系统由隔离变压器提供AC220V电源，以避免电网扰动对系统的干扰。X轴和Z轴的驱动装置由机床变压器提供AC220V电源。采用两个开关稳压电源分别提供I/O+24V和中间继电器+24V，以避免干扰对I/O信号的影响。整个系统的电源配置必须接地可良好，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。

2.2.1　主电路设计

数控车床主电路包括主轴控制电路、刀架电机控制电路、冷却电机控制电路和伺服驱动组成。如图1所示为数控车床电气控制中的380V强电回路图。

QS为电源总开关，QF1、QF3、QF4、QF2分别为主轴控制、刀架控制、冷却控制、伺服驱动空气开关为电路的短路保护。TC1为控制变压器，初级为AC380V，次级为AC220V。

主轴控制电动机M1，由变频器控制主轴的转速；刀架电动机M3由接触器KM1/KM2来控制正反转；冷却控制电动机M2由接触器KM3控制正转。

2.2.2　控制电路设计

数控车床控制电路包括冷却控制、刀架控制、风机冷却、开关电源、CNC系统控制等组成。如图2所示。

数控车床系统输出接口，控制功能有主轴正转、主轴反转、冷却控制、刀架正转、刀架反转等功能。伺服驱动系统。其正转、反转及速度控制是由数控系统进行控制的。

3、结语

数控机床是集计算机技术、PLC　技术、自动化技术等于一身的机电一体化产物，作为数控机床核心的控制系统直接关系到设备的正常运行，利用数控机床PLC　的强大功能，可以充分发挥数控机床控制系统的作用，还可以为数控机床故障诊断及故障维修带来极大的方便

参考文献

[1]张路霞.利用PLC进行数控机床的故障检测[J].设备管理与维修，2011.3.

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【关键词】说课；数控机床；电气控制；课程建设

1 课程标准

1.1 课程定位

本课程是数控技术专业的职业技能课。数控机床装调与维修能力是该专业对口工作岗位要求学生具备的核心能力之一。因此，本课程的课程定位为：掌握数控机床电气控制系统的整体结构和工作原理，为从事操作、调试、维修数控机床相关工作奠定基础。

1.2 课程目标

在课程衔接上，《数控机床电气控制》的先导课程有：电工电子，PLC技术应用及实训，数控原理与数控机床；后续课程为数控机床故障诊断与维修。所以该课程在课程体系中起承上启下的作用，以期通过对该课程的学习达到以下三个目标：

1）知识目标：

掌握常用低压电器、执行电器及检测装置的工作原理；

掌握数控机床电气控制系统的基本环节和基本电路的工作原理。

2）能力目标：

具有识读简单数控机床电气原理图和连接图的能力；

具有安装、调试与检修简单机床的电气线路的能力。

3）素质目标：

对从事机床电气线路的维护、安装和调试等工作充满热情；

养成良好的职业素养和强烈的责任感。

1.3 课程内容设计

1.3.1 课程内容设计理念

《数控机床电气控制》课程是基于工作过程的理念设计的：根据职业能力确定教学目标、根据工作任务整合教学内容、根据工作岗位设计教学情境、根据工作流程设计教学过程、根据职业标准设计评价标准。

遵循该理念，我们首先针对对口岗位深入企业调研，根据调研结果确定岗位所需的职业能力、工作任务与工作流程等，从而确定学习领域课程的学习目标、学习内容与教学过程等。最终，我们设计了6个项目，分别为：数控机床电气控制概述、数控机床常用电器、数控机床电气控制系统、普通机床电气控制、机床数控装置、可编程逻辑控制器及其应用。

1.3.2 课程内容组织与安排

我们以实际数控机床设备或机床配件为载体、遵循“行动导向”的认知规律，实施项目化教学。

1.3.3 课程重难点及解决办法

课程重点为：

1）数控机床常用控制电器的结构及原理；

2）数控机床电气控制线路的基本环节。

课程难点为：

1）数控机床电气原理图的分析；

2）数控机床电气故障分析及排除。

针对以上重难点，我们的解决办法是：

1）认知规律，由简单到复杂、由单一到综合设计项目；

2）配合任务，讲解关联知识；配合进度，训练技能方法；

3）理论与实践相结合，加深对知识的理解。

2 教材及教学参考资料

2.1 教材及参考资料

教材选用的是大连理工大学出版社出版、新世纪高职高专教材编审委员会组编的《数控机床电气控制》，教参一是化学工业出版社出版的《数控机床电气控制》，为高职高专“十一五”规划教材；另一教参为西安电子科技大学出版的《数控机床电气控制》，为高职高专“十二五”规划教材。为了拓展学生的知识面、满足不同层次学生的需求，还向学生了推荐了国家精品课程资源网及一些院校的省级和校级精品课程网站。

3 学情与学生学习方法的指导

目前学生普遍呈现理论基础薄弱、学习热情不高、喜欢动手操作及习惯老师监管的现状。针对这种现状，我们在教学时，充分利用多媒体条件，图文并茂激发其学习兴趣；理论与实验相结合，利用其喜欢动手的特点提高教学效果；过程性评价与终结性评价相结合，将压力从期末向平时分散，改善学生自控力不足、习惯老师监管的问题。

4 教学方法与手段

4.1 教学方法

该课程采用任务驱动法、分组讨论法、讲授法和情境教学法四种教学方法。

任务驱动法：提出任务目标，创建真实的教学环境，让学生在一开始就得到启发、产生兴趣，从而提高学习的积极性。

分组讨论法：提出任务后，让学生进行分组讨论，充分发挥其主体性。

讲授法：通过多媒体课件演示电气控制电路的工作原理，使学生掌握控制电路的基本组成及设计思路。

情境教学法：配合对实验设备的操作，使教学内容更加形象生动，理论联系实际。

4.2 教学手段

本课程采多媒体教学教学法，以提高教学生动性和效率。同时，充分利用网络资源，将课堂教学延伸到课外。此外，还积极组织学生参与比赛和考证，通过比赛和考证促进教学效果的提高。

4.3 考核标准

过程性评价与终结性评价相结合，将压力从期末向平时分散。

5 教学程序设计

以机床工作台的前进和后退控制为例来说明一个项目的教学程序设计。

首先，复习正转控制的电气原理，复习完后提出很多场合需要电动机能够实现正反转，如机床工作台的前进和后退，问如何实现正反转控制？（15分钟）

第二，以正转电路为基础，分别从主电路和控制电路两部分推导正反转电路的原理图。（25分钟）

第三，正反转电路的完善。

问题一：如果在按下正转启动按钮时不小心按下反转启动按钮，会成电路短路故障

问题一解决方法：在正转接触器的线圈KM1支路中串入反转接触器KM2的常闭触头，在KM2的线圈支路中串入KM1的常闭触头――这就是“互锁”的概念

问题二：电动机由正转变反转或由反转变正转的操作中，必须先按停车按钮SB1，难以提高生产效率。

问题二解决方法：在KM1的线圈电路中串入反转启动的常闭触头，在KM2的线圈电路中串入正转启动的常闭触头，实现正转到反转及反转到正转的直接切换――这就是“机械互锁”的概念，并与前面的互锁一起构成“双重互锁”。

第四，电气原理讲解（25分钟）。从正转，正转向反转切换、停止三部分讲解电气原理。

第五，布置作业（5分钟）。要求学生了解正反转在其它场合的应用，尤其是在数控机床中的应用，从而拓展学生的认识。

课程特色：

1）课程基于工作过程设计课程，教学与实际贴切；

2）过程考核与综合考核相结合，实施全过程监控。

【参考文献】

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关键词：PLC；数控机床；控制系统

1、可编程控制器

可编程控制器简称PLC，普遍被运用在内部程序的存储工作中，为系统提供了良好的编程条件，用户可以借助该存储器进行计数、算数操作、逻辑运算等活动，而通过输入定时、顺序控制等指令后即可生效，而生产过程中可以依靠PLC进行数字、模拟方式的输入/输出控制。PLC数控机床利用了传统数控机床的优势，同时嵌入了先进的PLC技术、通讯技术、计算机技术，发挥自动控制和微电子的作用，使其满足数控机床运行和新型工业生产的双重要求。

2、数控机床

数控机床以机床本体为基础，通过核心部分数控装置来发号和控制驱动机床，伺服系统发出指令后驱动机床会按照标准流程来执行，数控机床依靠三大主体部门来发挥职能作用，而数控系统会控制机床内部，以数字输入的形式来完成信息输出与输入工作。

3、数控机床控制系统

3.1 数控机床控制系统结构组成

数控机床控制系统结构如图1所示，通过输入信息到数控装置中，使其作用于PLC、主轴控制单元、速度控制单元以及伺服电机，机床电器逻辑控制装置，位置检测反馈装置会通过数控装置将信息输出，完成整个系统的联通工作。

3.2 数控装置的组成

微型计算机为数控装置提供了稳定的基础和条件，使其能满足各项数字控制活动要求，而数控机床通常简称为CNC，它拥有微型计算机机构和数控装置功能模块两大主要部分，为系统运行提供了输入/输出装置、存储器、接口以及总线、中央处理单元，但是针对单一或复杂命令的执行都要启动软件和硬件双重装置，在系统程序的指挥下完成，而控制和管理软件会协调和指挥硬件。

4、基于PLC数控机床控制系统的设计

我们在数控机床控制系统中嵌入可编程控制器，以变频器、电机、光栅尺等装置为主，保持系统的全封闭循环空间，通过存储器编程来加强数控系统的精度，不断增加适用对象数量。数控机床本身能够检测刀位情况，操作换刀、断刀等活动，还能检测和连接通信，进一步提升了数控机床的性能和作用，在实现生产自动化的过程中降低成本、提高生产效率，保证数控机床系统的正常运行。

4.1 硬件结构

针对数控机床的硬件设计利用机械部分为基础，通过硬件电路和上下位软件来完成整体构造，数控机床控制系统中的硬件电路发挥着机床驱动的作用，同时能为各部门传递有效的信息，为系统提供最稳固的保护。机械手换刀、断刀检测都是硬件部分提供的功能之一，气缸外壁的电磁感应系统会控制并显示机床机械手的位置，而光纤传感器会随时检查刀具的情况。

4.2 系统初始化

系统初始化会提供工作原点复位和机床原点复位两项选择，如图2所示为系统坐标系示意图，在工件原点中放置毛坯和芯模，通过工件、工作和机床三大坐标来完成系统指令。机床原点的复位操作通过数轴的极限开关来控制，而按下复位按钮后机床就会回到初始原点，准确定位旋压加工位置。机床坐标系为整个机床坐标复位工作提供了有效的参照，保证机床待机加工前后的位置符合生产标准，减少位置误差。机床运行过程中零件装卡无恙以及旋压制品装卸正常的基础上要减少原则和位置距离，使得加工起始位置能满足设定原则，机床功能在考虑硬件结构的基础上挖掘可编程控制器的作用。

4.3 系统功能模块设计

针对系统功能模块的设计要同时满足硬件和软件双重要求，而只有符合系统运行和硬件结构的软件才能使用于机床中。嵌入下位机软件的过程中需要满足许多条件，当将其放置到SIMO-TIOND环境中时，下位机会接收来自各部门的数据，将机床运行状态和部件执行情况监测出来。

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【关键词】可编程控制器（PLC）；数控机床控制系统；实际应用

前言

目前，可编程控制器（PLC）应该广泛地应用于数控机床的前期设计、数据处理、过程控制、生产控制中，提高了数控机床的自动化控制水平和加工精度。在本文中，笔者对可编程控制器（PLC）在数控机床控制系统中运用的情况提供了相关见解。

1 PLC在数控机床控制系统中的运用难点

一般而言，数控机床主要由主体机床、输入/输出设备、检测反馈设备、伺服系统、可编程控制器（PLC）、触摸屏等六个部分构成。

数控机床的每一个构成部分均有不同的分工和职责，所以可编程控制器（PLC）的应用也存在不同的困难：（1）主体机床主要包括机械设备和电气设备两个关键设备，因此在进行总体方案设计的时候应该综合考虑机械设备和电气设备两个方面，而后才能够确定数控机床的各种功能。不论是数控机床的数控系统，还是数控机床的机械要求均非常复杂，为了能够扬长避短，机电设计双方必须要进行及时有效地沟通。（2）输入/输出设备主要负责把各种加工信息传输给计算机以及将计算机的操作指令回传给操作系统，因此，输入/输出设备要求具有可靠稳定的工作状态和良好的信息传输能力，将信息延迟降到最低。（3）检测反馈设备主要负责检测控制系统的运行状态是否安全是否稳定，实现故障元件自动检测、系统行程保护等功能非常重要，同样也具有一定难度。不建议使用开环控制方式，开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。闭环控制的优点是充分发挥了反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使校正行动更准确，更有力，如通过编码器或者光栅尺反馈达到伺服的精确定位。（4）伺服系统的选件、装备、编程、操作等必须要具有一定的合理性，同时保证机床加工具有很高的稳定性和精度。实际操作中的加工速度和加工精度需要进行很好地权衡。另外，一旦现场条件出现转变，伺服系统当中的各种操作参数也应该进行相应地修改，但是这些修改必须要满足操作连续性的要求，并且允许在线进行修改。（5）除此之外，应该将压敏电阻安装在电源输入端从而有效防止防止可编程控制器（PLC）因为电压过高等原因而损坏；变压器等发热元件不能够安装可编程控制器（PLC）的下方，并且伺服驱动器也要与可编程控制器（PLC）保持一定距离，避免因为过热造成可编程控制器（PLC）烧毁。

2 基于PLC的数控机床控制系统方案

2.1 粗定位阶段和精定位阶段的科学划分

将定位过程科学划分为粗定位阶段和精定位阶段，能够在保障地位精度的同时有效提高定位速度。具体内容是，脉冲控制步进电机采用频率相同但是脉冲当量不同的脉冲对其进行控制。（1）粗定位阶段主要是指，在点位过程（处于该过程时刀具不进行切削作业）当中采用大脉冲当量，例如，0.1mm/步、1.0mm/步、1.5mm/步等等。（2）精定位阶段主要是指，完成粗定位阶段之后，应该采用小脉冲当量来使工作台或者刀具慢慢代加工零件进而确保定位精度，例如，0.01mm步。从分工角度来看，粗定位阶段负责提升定位速度，精定位阶段负责保证定位精度，并且由于精定位阶段仅仅占全部定位行程的1%-2%左右，基本上不影响定位速度。在机械设备方面可以采用两套变速装置，粗定位阶段由电机直接驱动，精定位阶段则进行降速驱动，由电磁离合器控制两套变速装置的切换。

2.2 利用BCD码拨盘数据输人应用功能指令

在可编程控制器（PLC）控制系统当中安装BCD码拨盘之后，则可以省略数码输人显示电路。此举不仅让硬件电路得到了简化和优化，更加降低了可编程控制器（PLC）输入点的使用数量，此外，还能够实现各种操作执行的存储与传输，提高了操作的方便性。如果配合简单的硬件译码电路，就可显示有关参数的动态变化。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动，最好设置一输人键，当确认各片拨盘都拨到位后再按该键，这时数据才被PLC读人并处理。

2.3 触摸屏全指令显示

采用触摸屏对指令、故障信息等内容进行直观显示，工作人员通常显示的故障代码可以找到问题根源；另外，在触摸屏上进行各种手动操作更加简单容易。

2.4 PLC外部元件故障的自动检测

由于PLC具有极高的可靠性，因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障，应不仅具有声光报警功能，而且能立即显示故障代码，以便用户据此迅速判断出故障原因。

2.5 检查反馈功能

数控机床各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息，由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严，设计和调试都比开环系统难，但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。

2.6 可编程控制器（PLC）梯形图编程方法

应用于数控机床当中的可编程控制器（PLC）具有良好检测功能与显示功能，其中，可编程控制器（PLC）梯形图能够显示数控机床的各种参数信息，例如机床参数、机床工作状态、刀具管理数据、坐标位置数据等，具有十分广泛的用途。通过可编程控制器（PLC）梯形图，我们能够非常直观地观察机床的定时器、内部继电器以及各种接口的状态信息。同时，我们可以利用可编程控制器（PLC）梯形图所反映出来的控制逻辑，对数控机床设备的故障原因进行跟踪。具体而言就是，可编程控制器（PLC）梯形图本身具有动态监控功能，能够对相关设备运行信号是否正确进行观察，出现出现信号错误，则能够利用梯形图对其进行向前或者向后的翻查与跟踪，确定导致节点处于错误状态的因素，我们予以及时地纠正。

为了更加生动地阐述可编程控制器（PLC）梯形图编程方法，下面将Fanuc Oi系列数控系统作为本文的案例进行比较详细的分析和探讨。首先按下【SYSTEM】键进入到可编程控制器（PLC）梯形图界面，随后按下【PMC】软键，而后选择按下【PMCLAD】，至此，我们便进入到可编程控制器（PLC）动态显示的梯形图程序界面。如果需要检索相关的程序，则应该按下【SEARCH】检索信号软键，利用界面上的左右方向软件或者上下翻页软件来检索自己所需要的信号。

3 结束语

在当前的工业自动化控制领域，可编程控制器（PLC）非常受到人们的亲睐，更是因此获得大规模的应用。相对于其它的工业自动化控制产品，可编程控制器（PLC）具有硬件成本低、组机周期短以及控制性能强等诸多优势，并且由于可编程控制器（PLC）已经问世几十年，经过不断地完善和更新，其技术已经相当成熟，具有良好的运行稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]周荃. 浅谈PLC在数控机床控制系统中的应用[J]. 潍坊高等职业教育，2008，(04)：125-126.

[2]刘芬. 论PLC控制在机床数控系统中的应用[J]. 河北职业技术学院学报，2007，(02)：223-224.

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【关键词】数控机床；电气系统；故障诊断与维护

数控机床是集机、电、液、气于一体的机电一体化装备，数控机床电气控制系统是其核心，它的可靠运行，直接关系到整个设备运行正常与否。当电气控制系统发生故障时，应迅速诊断故障，排除事故，使其恢复正常，同时应进行预防性维护，这对于提高数控设备运行效率非常重要。

1数控机床电气系统故障诊断的方法

1.1直观法

这是分析故障最初采用的方法，就是利用感官的检查。它主要是利用人的感官对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及察看系统的每一处，遵循“先外后内”的原则，诊断故障采用望、闻、问、摸等方法，由外向内逐一检查，往往可将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。这要求维修人员具有丰富的实际经验，要有多学科的较宽的知识和综合判断的能力。

1.2接口状态检查法

现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器或者相应的PC调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

1.3参数调整法

众所周知，数控参数能直接影响数控机床的性能。数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

1.4交换法

这是一种简单易行的方法。当发现故障或者不能确定是否故障板而又没有备件情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查。在交换前一定要注意所要模板是否完好，而且状态是否一致，故不仅硬件接线要正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

2数控机床电气控制系统的预防性维护

（1）严格遵循操作规程数控系统编程、操作和维修人员必须经过专门的技术技能培训，熟悉数控机床的机械、数控系统、强电设备、液压、气源等部分的使用；按机床和系统使用说明的要求使用。尽量避免因操作不当引起的故障。首次采用数控机床或不熟练工人来操作时，在使用的第一年内，系统故障主要是操作不当引起的。应按操作规程要求进行维护工作。有些部件需要定时加油和定期更换。

（2）对纸带阅读机或磁盘阅读机的定期维护纸带阅读机或磁盘阅读机是数控系统输入的重要装置，数控系统参数、用户宏程序和零件程序都要通过它输入到CNC内部。纸带阅读机读带部分有污物会使读人的纸带信息出现错误。所以操作者应对其进行检查，用纱布蘸酒精擦净污物。对纸带阅读机的运动部分，如主动轮滚轴、导向滚轴、压紧滚轴等每周应定时清理，对导向滚轴、张紧臂滚轴等每半年一次加注油。对于磁盘阅读机中磁盘驱动器内的磁头，应用专用清洗盘定期进行清洗。

（3）防止数控装置过热定期清理数控装置的散热通风系统，经常检查数控装置上各冷却风扇工作是否正常。根据车间环境状况，一个季度应检查清扫一次，具体方法：拧下螺钉，拆下空气过滤器；在轻微振动过滤器的同时，用压缩空气由里向外吹掉空气过滤器内的灰尘；如果太脏，可用中性清洁剂冲洗，置于阴凉处晾干。

（4）监视数控系统的电网电压数控系统允许的电网电压范围在额定值的85～110%，如果超出范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成重要电子部件损坏。因此，要经常注意电网电压的波动。对于电网质量比较恶劣的地区，应及时配置数控系统专用的交流稳压电源装置，使故障率降低。

（5）定期检查和更换直流电动机电刷一些数控机床上使用的是直流电动机。这种电动机电刷的过度磨损会影响其性能甚至损坏。所以，必须定期检查电刷。数控车床、数控铣床、加工中心等，应每年检查一次，频繁加速机床（如冲床等），应两个月检查一次。

（6）防止尘埃进入数控装置内除检修外，要少开电气柜门。防止车间内空气中飘浮的灰尘和金属粉末落在印制电路板和电气接插件上，造成元件间绝缘电阻下降，出现故障或使元件损坏。有些数控机床的主轴控制系统安置在强电柜中，强电门关得不严，使电器元件损坏、主轴控制失灵。夏天气温过高时，有些使用者打开数控柜门，用电风扇往数控柜内吹风，以降低机内温度。这会导致系统加速损坏。电火花加工数控设备和火焰切割数控设备，周围金属粉尘大，更应注意防止外部尘埃进人数控柜内。

3数控机床电气系统维修中的注意事项

2 从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。

（2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。

（3）线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。

（4）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。

（5）不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。

（6）更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。

（7）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。

（8）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。

（9）记录线路上的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。

（10）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。

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［关键词］机电传动控制课程教学教学体系教学方法

［作者简介］张志义（1966- ），男，吉林梅河口人，北华大学，教授，博士，研究方向为机械电子。（吉林吉林132021）

［中图分类号］G642.3［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2014）14-0135-01

受科学技术发展、社会改革的压力，高等教育亟须研究大学生专业知识结构与就业市场的匹配度问题。基于此研究者提出了按照“技术+特色+创新”设置专业方向课程，从强调对学生综合能力的培养、密切联系产业出发，研究基于典型设备的“机电传动控制”课程教学内容体系和教学方法。

一、机电专业课程概述

机械设计及其自动化专业课程都与工程实际紧密相连，其特点是都可以以某一典型产品为主线，介绍课程的基本概念、原理、元件的结构功能、系统应用及典型产品。教师可以根据课程的具体要求选择一个或几个典型机电产品作为主线介绍课程内容，并结合工程实际讲解本课程理论在典型产品中的应用情况。下面以“机电传动控制”课程的教学与实践为例，介绍以典型产品为主线的教学体系与教学过程。

二、“机电传动控制”课程教学体系

作为机械设计及其自动化专业的主要课程之一的“机电传动控制”是一门应用性和专业性极强的课程。如何在一门课程中使学生了解机械设备所涉及的大部分控制内容，是我们要详细讨论的问题。“机电传动控制”教材主要以原《工厂电气控制》为蓝本，以普通机床控制为对象介绍继电―电接触器控制、PLC控制、电机原理等内容。为使该课程能适应科学技术的发展和课程体系的完善要求，选择数控机床作为教学对象，结合数控机床所涉及的控制知识，在教学大纲中新编入伺服电机原理、变频器原理和数控机床控制技术，力图以系统的观点和统一的框架讲授机电传动控制课程，并以数控机床为对象揭示各种控制技术的内在联系和统一关系。该教学内容体系旨在教学内容和方法与产业发展同步，以培养适应产业发展的合格的工程人才为目标。

课程内容优化是高等教育课程改革的重要内容，关系到高校的教育教学质量和人才培养质量。工程技术专业需要融合各专业技术知识，使各个阶段所学习内容连贯统一。因此，在实施方面需要对机电传动控制课程内容进行合理的组织，内容涵盖在机电控制领域工作所必须掌握的各相关学科基础知识。根据教学大纲中培养目的及课程需求，安排合适的学习单元。各个学习单元要以真实工作任务及典型的工作过程为依据，开发能力主题学习单元，考虑各能力单元之间的逻辑、递进关系，对主题学习单元进行序化并实施，最终达到课程的教学目标。

三、作为典型机电产品的数控机床课程内容及过程

目前许多机电传动控制课以介绍继电器、PLC控制为主，经过多年工程设计应用实践活动，必须以机械行业经常用到的数控机床的控制技术为研究对象，来增强学生的学习兴趣和实用性，切实培养学生的实践能力。

1.数控机床知识结构分析。数控机床是一个典型的机电产品，主要包括机床结构、机床控制两大部分，其中机床结构的相关内容在本专业的前期和后期课程中讲解。以前对于该专业学生开设了机电传动控制、传感器技术、机电接口技术，但没有介绍伺服驱动控制技术、变频器技术、数控控制技术，应将伺服驱动控制技术、变频器技术、数控控制技术编入机电传动控制教材中，使得机电传动控制教材内容更加完善、合理和统一。

2.分解数控机床控制技术内容。将数控机床控制系统分解为四大模块，数控机床的常规控制内容融入继电接触器和PLC控制章节内容中，数控机床的坐标轴控制融入伺服驱动控制章节内容中，数控机床的NCK组态等融入数控控制技术章节中，数控机床模拟主轴控制融入变频器控制章节中（见下图）。在讲授课程内容时，先讲授理论内容，再以数控机床的相关控制部分作为实例进行讲解，并在课程结束前做系统的介绍。

四、“机电传动控制”课程的教学方法和手段

1.将原有知识整合进新课程。机电传动控制课程讲授前已经讲授了机械、电子、液压等方面的基础课程，这些课程内容相对独立，但都与机电传动课程有着密切相关的联系，这就要求教师在讲授该课程时能将各课程相关内容联系起来，将所学知识前后贯穿，融于一个教学内容之中。

2.以模块方式讲解相关电气元件。机电传动课程是为机械类专业开设的一门电气控制类课程，在讲授时应将电气元件看成为黑匣子，只讲授电气元件的输入、输出及工作原理，使学生知道如何设计、使用该元件，为培养系统集成工程师做充分的准备。教学采用实物讲解、师生互动讨论、实例分析、启发教育等多种方式传授工程理念，培养学生成为机械设备自动化生产过程的维护或设计应用型人才。讲授内容理论联系实际，以典型实际机电工程项目设计开发为导向，使学生把专业知识与真实的产品研发实践结合起来。

3.课后教学延伸。在讲授机电传动课程内容时，课上如遇到相关的技术知识就及时给同学布置课外查询作业，并在下次课上用十分钟时间与同学交流，并将同学的讲述情况记入平时成绩。如讲授电机启动停止控制电路时，就将与电机有关的电机系列、电机功率、电机电流估算、所用电缆等内容布置给同学作为课外作业。通过查阅大量与机电传动控制工程相关资料，学生在工程技术的应用上得以训练并能感受真实的工程环境。

4.课内外实验与仿真。将实际的工程环境引入教学环境，采用多媒体、实物、录像来展示其原理技术，并对新技术补充；教师在课堂上通过工业案例的讲解仿真，对所学的全部知识进行汇总和整理，不断强化核心知识的应用和掌握，学生可在课后根据作业情况进行PLC的程序编制与仿真，同时注重周边相关科学技术知识的学习和积累。

总之，提出了“少教多学”“少说多练”“工业案例”“项目导入”的教学方法和策略，营造实际的工程环境，在潜移默化中增进学生的智慧、自信与分析能力，充分利用教学资源，优化教学效果。通过机电传动控制课程的教学建设与改革，在课程的教学大纲、教材、课件、教案、习题库等方面时时更新，形成了一套成熟的质量保证体系，有效地促进了教育思想观念的转变，有利于进一步形成和深化学生的工程意识，为培养合格的人才打下良好的基础。如何提升在校该专业毕业生在工作中的适应性，要进一步研究课程教学规划，让学生用有限的时间学习理论知识和实践技能，以更好地适应就业市场的需求。

［参考文献］

［1］陈新民.应用型本科的课程改革：培养目标、课程体系与教学方法［J］.中国大学教育，2011（7）.

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