随着中国制造业的快速发展，数控机床应用日益广泛，企业急需数控机床调试、操作和维修等方面的高级技能人才。许多以培养工程应用型人才为目标的工科院校都设置了机械设计制造及其自动化、机械电子工程、数控技术应用等专业。在教学计划中一般都开设了数控原理与系统、数控系统综合实践、数控机床电气调试与维护和数控机床故障诊断与维修等主干专业课程。这些课程的特点是理论与实践结合紧密，特别强调实践环节的训练，但在以往的教学过程中，往往实验装置数量较少，并且功能比较单一，学生得不到综合训练。毕业以后，上手比较慢，适应性较差。为此，我们率先自行开发出N G系列国产数控系统实验装置、N B F系列FANU C数控系统综合实验装置以及N I M系列西门子数控系统电气实验装置等多个品种的综合实验平台，取得了良好的教学效果。

三菱公司数控系统是世界上先进的机床数控系统之一，并且近年来在国内也越来越广泛地得到应用，但目前针对三菱数控系统而开发的实验装置较少。为了让学生掌握世界上著名公司更全面的最新数控技术，实现数控实验平台的系列化和多样化，又研制出了N M系列三菱数控系统综合实验装置。考虑到三菱数控系统的产品规格较多，不便面面俱到，下面就以典型的三菱E60型数控系统为例介绍该实验平台研制的整个过程以及可以开展的主要实验项目等。

一、实验平台设计思想

在数控机床电气控制综合实习和实验教学环节中，希望学生通过参与开放性的数控机床综合实验平台，学习和掌握数控机床的电气控制系统设计、模块组合、参数设置、数控编程、梯形图设计、故障诊断等多项综合实验和实习功能。通过综合实验和实习，达到理论联系实际和提高综合动手能力的效果。而一般情况下，数控机床主要电器元件大多安装在机床电气控制柜中，结构和功能都不具开放性，电气调试和维修需要专业人员完成，机床厂家和用户都不希望修改设备的出厂参数和相关功能，以免破坏了系统架构，无法恢复而影响正常运行和生产。为此，我们设计研发的基于三菱数控系统综合实验平台可以回避上述缺点，做到开放参与和反复使用，并且与虚拟仿真软件结合应用，可以达到半实物仿真的直观效果。

二、实验平台性能特点

本文介绍的三菱数控系统综合实验平台除了完成相关专业课程的实践教学环节和实验项目以外，还具有如下主要的技术性能特点：

1.开放性：结构设计简单、清晰、透明，对电气控制系统组成比较容易掌握。数控系统中的系统参数和P L C(可编程逻辑控制器)程序都是开放的，学生可以自行设计程序或增减参数，以掌握各项实验内容以及相应的含义。由于数控系统具有可靠的备份功能，实验用的演示参数和学生编写的控制程序可以在实验后予以删除，从而不影响系统的正常运行。

2.功能强：实验装置提供了数控机床中常用的输入开关信号和输出状态显示，在其上可以完成10多个电气控制实验和实习项目。

3.安全性：把主要的电器元件都安装在电气支架里，将运转的电动机部件可靠地单独安装在执行支架上，外面安装了一个透明的强度足够的有机玻璃罩，可以让实验者清楚地观察到电动机的实际转动过程，既安全又方便。

4.扩展性：该实验平台本身就是一个完整的数控机床电气控制组成系统。由于选择的进给电动机扭矩为6N m，还可以根据需要进行相应的功能扩展，配置机床机械部分以后，通过电动机驱动可以实现真实的数控机床控制和模拟加工过程。

5.完整性：除了机床执行机械部分以外，实验平台中还包含有普通数控车床常用的四工位电动刀架。整个数控机床电气控制系统在该实验装置中都能得以体现，为了演示和操作机床，还设计了通用数控机床操作面板和机床动作模拟控制板。

三、实验装置结构组成

N M-1型三菱数控(车床)系统综合实验装置主要是由先进的三菱E60 N C控制单元、基本I/O单元模块、全数字伺服驱动单元和H F伺服电动机、主轴用无级变频调速器和电动机、刀架电动机、机床操作面板和其控制机床模拟信号板以及运动执行台等部分组成，具体如图1所示。

1.结构单元设计

综合实验装置支架的整体结构由金属制作，其余部分使用有机玻璃，电动机等较重的结构部件安装在金属支架上，伺服放大器等较轻的电气部件安装在有机玻璃上。这样，实验装置中安装的所有元器件都一目了然，可以便于学生实践和学习观察。

2.电气单元设计

综合实验装置电气控制系统由两部分组成：一部分是数控系统控制部分；另一部分是伺服放大器和电动机等强电执行部分。在控制部分，主要安装有三菱数控系统显示一体化控制器、基本I/O单元、机床操作面板、模拟操作和显示平台等。设计的机床实验模拟面板如图2所示，其中I区为模拟输出状态显示，Ⅱ区为模拟输入开关量，Ⅲ区为机床现场模拟信号。在执行部分，主要安装了两轴伺服一体化放大器、主轴变频器、主轴位置编码器、伺服电动机和主轴电动机、刀架电动机以及机床电器元件等，除机床的机械部分以外，数控机床电气元件都清楚地安装在实验台上，通过透明的有机玻璃可以很容易地理解数控机床电气控制系统组成。

四、软件功能设计

为了使实验装置能够承担并模拟一台完整的数控机床电气控制系统，除了进行电气控制功能的硬件设计与调试以外，还开发了P L C梯形图程序设计以及内部参数设置等实验项目。提供的P L C程序和参数全部面向实验者开放，学生既可以利用提供的完整P L C程序和设置的参数，进行数控机床加工编程操作学习；也可以参考提供的程序实例，自行开发相应的P L C程序；还可以利用提供的数控系统，学习参数设置，理解参数对应的各项数控功能。在实验装置中配套提供了数据存储卡，即使实验者误删除了原始P L C程序和其中的系统参数，也可通过数据存储卡进行还原和恢复，这样既安全又方便。

五、开设的实验项目

利用上述综合实验平台，目前主要开设了如下的实验项目和实习内容。当然，还可以在此基础之上，进一步开发出更加丰富的综合性、设计性实验项目：

1.三菱数控系统硬件连接组成实验

2.三菱数控系统功能参数设置实验

3.三菱数控系统PLC编程实验

4.三菱数控系统控制进给伺服电动机实验

5.三菱数控系统控制主轴变频电动机实验

6.三菱数控系统控制电动刀架实验

7.三菱数控系统螺纹加工功能实现

8.三菱数控系统电气控制调试实习

9.三菱数控系统编程加工操作实习

10.三菱数控系统典型故障分析与维修实习

针对硬件实验平台，我们还配套研制了相应的数控车/铣加工虚拟仿真软件，学生可以在计算机上预先学习数控加工程序的编程和模拟仿真，然后下载到该实验装置予以物理验证。如果将两者结合起来使用，不但增加了实验平台的灵活性，扩充了系统功能，并且还能解决实验装置台套数不够的矛盾，很受教师和学生的欢迎。

六、结束语

N M系列三菱数控系统综合实验平台的研制，使我校的数控实验教学形成了系列化和立体化，极大丰富了自动化(数控技术应用)专业的实践教学体系，为学生掌握数控机床的电气应用技术提供了很好的学习条件。通过课程实验、课程设计、教学实习、学生科技创新和毕业设计等教学环节的应用，实际使用表明，学生不但可以学习数控加工编程操作、参数设置、伺服调试、故障诊断和维护，而且还可以学习更深层次的梯形图P L C编程和调试，有利于学生提前了解和学习世界上最新的数控技术。同时，也为教师进一步掌握数控系统强大的先进功能提供了很好的实验平台。实践证明，该实验平台完全适合教学的需要，普遍反映效果很好。

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