机械工程类应用型本科实践教学体系的创新与实践

1、机械工程类应用型本科实践教学体系的创新与实践机电传动控制综合实习的研究与实践为了提高机械工程类应用型本科学生的动手能力，以此加强学生基础理论和专业知识的综合应用能力，逐步培养学生发现、分析并解决工程实际问题的能力，根据“基于最终目标零距离”人才培养理念，必须努力拓宽实践教学渠道，为从认识、熟悉、理解到掌握专业实践技能和能力提供创新平台。为此，机电工程学院在研讨的基础上提出并构建了特色鲜明的机电传动控制综合实习校内实习项目，作为重建的应用型人才培养教学体系中的第三层（即系统综合创新层）的主要的应用实践内容。本实习项目设置的任务和目的是通过一系列设计性、创新性实验与实习训练，使学生熟悉、了解机电传

2、动的方法、常用元器件，使从先修基础与专业课程中所学的基本理论、基础知识在模拟的工程实践环境中得到验证和展示，从而使机电传动的相关知识通过这样一个颇为综合的实践环节中消化、理解、内化与提高。本实习项目是在常州工学院原有华中数控车床（JDZ06）的基础上，根据机械工程类应用型本科人才培养的的基本目标，基于透明系统（软、硬件系统）的设计思想，设计和开发了可用于教学目的综合实训平台，实训的内容涉及机、电一体化原理与系统方面的多学科知识。根据机床的基本功能和综合实习的训练目标，按照基本功能分类将机电传动控制综合实习系统分为四大模块，每个模块构成一个相互独立的运动单元，同时四个单元又能根据要求进行整合。通

3、过面板上左下角的钥匙开关可以预选本系统的运行模式，在单元运行模式下，各单元可以单独控制各执行部件进行相应的动作；而在综合运行模式下，本系统的控制部分组合成一台完整的数控车床，通过数控系统进行相应的操作。具体来说，本系统共有机床电气控制、机床主轴变速实验、机床运动数字控制、电动刀架及其PLC控制四个单元组成。其中，1）机床电气控制单元主要由操作面板、总开关、警示灯和低压电器柜等组成。2）机床主轴变速实验单元由操作面板、变频装置、速度显示模块、传感器、机械齿轮变速装置、主轴电机和低压电器柜等组成。3）机床运动数字控制单元由操作面板、数控系统、驱动系统、十字工作台和低压电器柜等组成。4）电动刀架及其

4、PLC控制单元由操作面板、可编程控制器、自动换刀装置、传感器和低压电器柜等组成。机床电气控制单元是整套系统的电源供给单元，也是典型机床控制回路的模拟单元。通过本单元的实习训练可以使学生理解变压器、断路器、接触器、总开关等常用低压电器的设计和选用。学生还可以通过面板按钮进行操作，通过指示灯的指示状态了解虚拟电机的工作状态，也可以帮助学生了解机床电气控制回路设计的注意事项。机床主轴变速实验单元主要是用来控制主轴模块的实验单元。总体变速方式有机械变速和变频调速两种方式。当本系统处于单元运行模式时，用测试导线将操作面板上的信号接收和单元运行信号输出进行一一对应连接，通过按钮选择进行主轴电机的正转、反转

5、和停止控制，此时测速仪显示当前主轴的实际转速。当系统处于综合运行时，用测试导线将操作面板上的信号接收和综合运行信号输出进行一一对应连接，并用测试导线将模拟量输入输出也进行一一对应连接，修改A001号参数后通过下一单元的数控系统进行集中控制。在操作过程中学生可以通过变频装置、测速装置和相应的指示灯状态了解当前机床的实际工作状态，也可以通过修改相应的参数改变当前的控制方式、模拟量的给定方式、加速时间和减速时间等操作，还可以通过万用表进行模拟电压、控制电压的测量和检测。从而对变频装置的变速原理和典型变频器的应用有一个理性到感性再到理性的认识。机床运动数字控制单元是系统控制部分的核心，承担了系统所有外

6、部动作的集中控制和操作。当系统处于单元运行时，通过操作该单元操作面板可以完成二维工作台的回参考点、手动、手轮、自动等操作。当系统处于综合运行时，通过操作该单元操作面板可以完成主轴速度控制、刀具自动交换、工作台的手动、自动运行等所有外部动作。也可以通过参数的修改和程序的编制完成单轴直线插补、两轴直线圆弧插补等功能。系统还配备了用户准备G代码机能、辅助机能M代码、用户公英制转换、增量绝对值插补、宏程序等功能。系统还配备了完善的用户诊断功能，通过诊断数据可以自诊断出故障的部位和故障原因。电动刀架及其PLC控制单元是用来控制刀架的自动交换和PLC程序编程练习的实验装置。当系统处于单元运行状态时，用测试

7、导线将操作面板上的公共端和单元运行信号进行一一对应连接，通过操作控制面板实现刀具的自动交换。 当系统处于综合运行状态时，用测试导线将操作面板上的公共端和综合运行信号进行一一对应连接，通过数控系统实现刀具的自动交换。通过机电传动控制综合实习平台主要可以完成下列基本实验、实习或实训项目：1. 机床电气控制技术1） 理解强电控制回路的连接要求；2）掌握常见低压电器工作原理及应用技能；3）掌握典型机电顺序控制回路的设计方法。2. 机电综合变速（调速）技术1） 理解典型主轴驱动系统的总体结构与连接要求，掌握变频控制的基本要求，掌握电位器控制主轴转速的操作技能；2）掌握外部模拟量控制转速的操作技能；3）掌

8、握变频电机变频调速原理，进行变频调速操作实验；4） 掌握变频器参数的调整与维修技能；5）熟练掌握常见故障的综合分析与处理方法；6）掌握自动换刀系统的原理与调整方法，理解辅助部件的原理与调整方法。3. 机电系统运动控制技术1）掌握进给传动系统机械部件的原理与调整方法；2）掌握数控系统的基本操作；3）掌握数控编程基本指令的应用，数控系统的设置与参数调整技能；4）理解典型驱动系统的结构与连接要求；5）掌握在线诊断与常见故障的排除方法。4. 电动刀架与PLC控制技术1）掌握交流电动机的启停和正反转控制；2）掌握PLC开关量顺序控制原理、PLC顺序控制基本程序的编制；3）掌握PLC基本指令及常见应用指令

9、的应用和编程软件的应用；4）了解有关传感器的原理与应用。5. 机电系统整体连接与调试1）理解典型机电系统的总体结构与连接要求；2）掌握机电系统基本组成部分的调试方法、掌握常见故障的综合分析与处理方法。机电一体化类、机电传动控制类技术与课程机械设计制造及其自动化专业应用型本科人才培养的核心内容，一直是机电工程学院重点建设和重点研究的内容之一，这方面的课堂教学和实践性技能与能力培养的建设和研究一直未曾间断。但将机电传动控制综合实习作为我校机械类应用型本科人才培养的一个创新性平台来进行系统的研究和建设则是2002年开始的。从相关实验、实习项目的实施、改进、完善开始，机电工程学院领导和机械设计制造及其

10、自动化系有关教师一起，不断实践、探索与创新，坚持边建设边研究边实践边完善，在直到2006年全面完成机电传动控制综合实习项目。并在2006届、2007届机械设计制造及其自动化专业学生中进行了系统的实施，作为已经学习了大量专业基础课、专业课的、即将通过毕业设计综合实践检验学习成果之前的一次系统、全面的综合实习训练，学生们表现出极大的兴趣和热情，从查阅资料到系统设计，从编程练习到动手操作，从理论梳理到感性认识，学生们真切地感受着虚拟工程环境下的综合实训。广大学生普遍反映通过机电传动控制综合实习的设计性、创造性实践训练，大大增强了学生的工程意识，强化了应用能力的培养，显著提高了学生工程实践与创新能力，必将对毕业后尽快适应高新技术环境下的岗位工作奠定良好的基础。在2006年12月我校进行的本科教学水平评估过程中，无论是平台建设的构建还