數(shù)控銑削工程實(shí)訓(xùn)教改設(shè)想與方案

摘 要：數(shù)控銑削工程實(shí)訓(xùn)是一門重要的實(shí)踐性課程，可以有效地提高參訓(xùn)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。文章介紹了廣東工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心數(shù)控組，針對(duì)新的設(shè)備情況和參訓(xùn)對(duì)象改革實(shí)訓(xùn)教學(xué)計(jì)劃，并制定出一整套具體實(shí)施方案的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削加工 工程訓(xùn)練 教學(xué)改革 實(shí)施方案

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

數(shù)控銑削加工是現(xiàn)代制造代表之一的數(shù)字控制技術(shù)最早、最廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用加工技術(shù)。由數(shù)控銑床發(fā)展起來的加工中心也是FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等先進(jìn)制造領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。在工科高等院校，工程訓(xùn)練是將課堂理論知識(shí)具體化、形象化的一門實(shí)踐課程，數(shù)控銑削實(shí)訓(xùn)由于其本身技術(shù)特點(diǎn)和涵蓋的知識(shí)面，可以綜合考核學(xué)生從設(shè)計(jì)造型到加工的整體CAD/CAM工程觀念，因而成為各類工程訓(xùn)練教學(xué)評(píng)估和抽查重點(diǎn)。

廣東工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心從2001年在龍洞校區(qū)成立，到2005年搬遷進(jìn)大學(xué)城，自身從校級(jí)金工實(shí)習(xí)基地，一步一個(gè)臺(tái)階發(fā)展成長(zhǎng)為省級(jí)、國家級(jí)示范中心。作為數(shù)控實(shí)訓(xùn)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，數(shù)控銑床依照上級(jí)主管部門“少品種、多臺(tái)套”的要求，先后裝備了配置華中世紀(jì)星21M系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控升降臺(tái)銑床4臺(tái)；Siemens 802S系統(tǒng)的落地式數(shù)控銑4臺(tái)；配Siemens 802D及802S系統(tǒng)的大型床身式數(shù)控銑2臺(tái)。另外還購置了3臺(tái)高速雕銑機(jī)，分別配Fanuc Series Oi MC及“新代”控制系統(tǒng)。

數(shù)控系統(tǒng)的多樣化方便了我們有針對(duì)性地開展科研協(xié)作和培訓(xùn)，但在日常的工程訓(xùn)練中，系統(tǒng)之間編程代碼和控制操作的差異，增添了實(shí)踐教學(xué)的難度和工作量。尤其在參訓(xùn)學(xué)生人數(shù)逐漸增加，指導(dǎo)人員不足，一名老師需要分管三種以上系統(tǒng)設(shè)備的情況下，矛盾尤為突出。

一、數(shù)控銑削加工特性與實(shí)訓(xùn)難點(diǎn)

拿到工程圖紙或設(shè)計(jì)要求后，先采用Master-CAM或Cimatron、UG等工程軟件繪制出實(shí)體模型，再根據(jù)設(shè)備、刀具情況設(shè)定加工軌跡和參數(shù)，之后通過后處理器生成NC代碼。程序傳入機(jī)床以后，還需刀具、工件裝夾準(zhǔn)備，對(duì)刀確定加工坐標(biāo)系原點(diǎn)等一系列繁雜的操作，才能啟動(dòng)自動(dòng)加工。對(duì)新零件，正式加工前往往還必須經(jīng)過圖形校驗(yàn)及首件試切。以上構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)控銑削加工過程。按照循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律，學(xué)生應(yīng)該先修完CAD工程制圖，金屬加工工藝學(xué)，了解一定的數(shù)字控制原理；完成普通銑床實(shí)訓(xùn)后，再參加數(shù)控銑削訓(xùn)練，才能形成一個(gè)較系統(tǒng)的認(rèn)知體系。但實(shí)際上，由于工程洲練安排在大學(xué)二年級(jí)，參訓(xùn)人數(shù)多、專業(yè)面廣，多數(shù)學(xué)生沒有上過先行課程，甚至來到數(shù)控項(xiàng)目才第一次見到機(jī)器——看見外形像鉆頭的立式銑刀，錯(cuò)把數(shù)控銑當(dāng)認(rèn)作了鉆孔的鉆床。另外，實(shí)驗(yàn)課程化的安排，使課時(shí)相對(duì)分散，相當(dāng)部分班級(jí)不能集中完成數(shù)控訓(xùn)練，造成了學(xué)新忘舊的弊端。

二、數(shù)控銑削實(shí)訓(xùn)新設(shè)想

我校參加工程訓(xùn)練的學(xué)生除了理工科類外，還有部分文科學(xué)院的學(xué)生，如：藝術(shù)學(xué)院的“上業(yè)設(shè)計(jì)”專業(yè)等。按照資源共享原則，大學(xué)城區(qū)華南師范大學(xué)、廣州大學(xué)、中山大學(xué)等兄弟院校，每個(gè)學(xué)期都安排兩至三批相關(guān)專業(yè)本科生來工程訓(xùn)練基地參加培訓(xùn)。

根據(jù)參加工程實(shí)訓(xùn)的對(duì)象情況，促使我們構(gòu)思新的數(shù)控銑削工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)想。數(shù)控教學(xué)組集思廣益，經(jīng)過嘗試、總結(jié)、再改進(jìn)，針對(duì)不同訓(xùn)練目標(biāo)、不同學(xué)時(shí)安排，規(guī)劃出新的教學(xué)計(jì)劃：

一是針對(duì)人數(shù)較多的環(huán)境、食品、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等非機(jī)類專業(yè)的學(xué)生，其工程訓(xùn)練目標(biāo)以了解為主，數(shù)控實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)H5個(gè)學(xué)時(shí)。我們計(jì)劃不安排編程講解，先介紹激光、三坐標(biāo)測(cè)量等先進(jìn)制造技術(shù)，再將一個(gè)班50多人分為五組，分別開展數(shù)控銑床與數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)，只介紹一些基本操作要領(lǐng)，加工以演示為主。使他們對(duì)數(shù)控和先進(jìn)制造技術(shù)有概貌性的認(rèn)識(shí)。

二是工業(yè)工程、自動(dòng)化等近機(jī)類專業(yè)，實(shí)訓(xùn)總共為72個(gè)學(xué)時(shí)，其中數(shù)控項(xiàng)目安排7學(xué)時(shí)左右。要求他們掌握必用的輔助功能M代碼和基本的G代碼(COO、C01、G02、G03、G54～G59、G90、Ggl等)，能夠編制二維零件的數(shù)控程序。機(jī)床實(shí)際操作方面要求能夠?qū)⒆约壕幹频某绦?，輸入機(jī)器進(jìn)行圖形校驗(yàn)并加工成型。

三是機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生是各類技能競(jìng)賽和教學(xué)評(píng)估抽查的重點(diǎn)，代表學(xué)校工程訓(xùn)練的整體水平，這些學(xué)生三年級(jí)后的專業(yè)課程還將涉及大量有關(guān)數(shù)控加工和先進(jìn)制造技術(shù)方面的內(nèi)容。工程實(shí)訓(xùn)時(shí)間達(dá)96個(gè)學(xué)時(shí)，“數(shù)控項(xiàng)目”一般安排11～14個(gè)學(xué)時(shí)。因此，我們將機(jī)類專業(yè)學(xué)生作為教學(xué)的重點(diǎn)對(duì)象，數(shù)控車、數(shù)控銑、先進(jìn)制造三個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目合理編排，適時(shí)輪換，實(shí)訓(xùn)中爭(zhēng)取多安排時(shí)間給學(xué)生動(dòng)手操作。同時(shí)在數(shù)控銑削項(xiàng)目上，除了要求熟練掌握二維零件的編程與加工外，我們計(jì)劃對(duì)參訓(xùn)學(xué)生從三維零件造型、刀具路徑設(shè)定，到后處理、加工的工程處理能力進(jìn)行一體化培訓(xùn)。

四是對(duì)大學(xué)城區(qū)內(nèi)在我校工程訓(xùn)練中心建立實(shí)訓(xùn)教學(xué)基地的華師大、廣大、中大的參訓(xùn)同學(xué)，我們將盡力發(fā)揮設(shè)備和教學(xué)師資上的優(yōu)勢(shì)，保質(zhì)保量完成培訓(xùn)任務(wù)，其數(shù)控和先進(jìn)制造訓(xùn)練項(xiàng)目，我們按96學(xué)時(shí)內(nèi)容安排。

三、具體實(shí)施計(jì)劃

好的設(shè)想還有賴于具體可行的方案來落實(shí)。經(jīng)過對(duì)多種方案之分析比較，我們從訓(xùn)練內(nèi)容設(shè)置、流程安排，再到實(shí)習(xí)紀(jì)律維護(hù)等方面，歸納制訂出若干條具體的實(shí)施計(jì)劃。

一是打破編程與實(shí)操課時(shí)平分的慣例，以學(xué)生感興趣、可操作性強(qiáng)的銑削加工為主導(dǎo)，將程序代碼講解壓縮至兩節(jié)課。對(duì)短學(xué)時(shí)的非機(jī)類學(xué)生，則采取先演示如何調(diào)出程序自動(dòng)加工，運(yùn)行中再簡(jiǎn)要介紹NC程序代碼；二是數(shù)控理論中與機(jī)床密切相關(guān)的內(nèi)容，安排至設(shè)備旁對(duì)照實(shí)物講解。如：改革實(shí)訓(xùn)一開始就集中講座的慣例，先到一臺(tái)大型的銑床做手動(dòng)銑平面的示范，使他們認(rèn)識(shí)銑削特點(diǎn)，再介紹三坐標(biāo)的軸向和正方向確定標(biāo)準(zhǔn)；三是NC程序是數(shù)控系統(tǒng)唯一可識(shí)別的代碼，機(jī)類專業(yè)學(xué)生必須具備一定的編程知識(shí)。具體講解時(shí)我們盡力將內(nèi)容刪繁就簡(jiǎn)，舍棄效果不理想的復(fù)合指令，僅介紹編程必須掌握的通用G代碼等；四是二維、三維加工件例題選用。為提高學(xué)生興趣，我們創(chuàng)新設(shè)計(jì)了風(fēng)扇葉、化妝瓶、水龍頭等幾套既突出曲面特點(diǎn)又新穎的編程零件。

新計(jì)劃以實(shí)際操作和加工為主導(dǎo)，為此擬定以下措施。一是數(shù)控實(shí)操訓(xùn)練時(shí)，將學(xué)員按機(jī)床分為若干小組，指定一名組長(zhǎng)負(fù)責(zé)；嚴(yán)格落實(shí)設(shè)備和量具使用記錄，責(zé)任到人，發(fā)揮學(xué)生自我約束與管理的自覺性；二是運(yùn)用工程領(lǐng)域“操作分析”原理，將實(shí)操訓(xùn)練內(nèi)容分節(jié)拍、模塊化漸次進(jìn)行。協(xié)調(diào)好講與做，演示與動(dòng)手的尺度，指導(dǎo)老師每演示完一項(xiàng)內(nèi)容，都留出時(shí)間給學(xué)生在機(jī)床上動(dòng)手操作。先熟悉基本操作，再做加工。完成了二維加工，再進(jìn)行三維工件加工訓(xùn)練；三是碰邊確定工件坐標(biāo)系零點(diǎn)時(shí)，摒棄了耗時(shí)費(fèi)力，易出錯(cuò)的G92，改為采用機(jī)床坐標(biāo)的G54指令；四是利用先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室FMS的兩臺(tái)加工中心來演示四軸銑削和刀庫自動(dòng)更換刀具；五是要求指導(dǎo)人員注意調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。訓(xùn)練開始前，布置若干思考題，使參訓(xùn)者帶著問題學(xué)習(xí)，強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)效果；六是在講解程序與操作過程中，結(jié)合學(xué)生們所學(xué)專業(yè)，闡述數(shù)控與相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)聯(lián)系，扼要介紹技術(shù)史上有名的“東芝事件，”意在開拓學(xué)生們的視野，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和責(zé)任感。

四、結(jié)束語

眾所周知，動(dòng)手能力和創(chuàng)新性不足是我國高校生的通病。提高工程訓(xùn)練水平是彌補(bǔ)這一缺陷的有效手段。數(shù)控實(shí)訓(xùn)又不同于一般的金工實(shí)習(xí)項(xiàng)目，它能多方位訓(xùn)練學(xué)員的智力與技巧的綜合運(yùn)用能力?；谝陨险J(rèn)識(shí)，我們改進(jìn)了數(shù)控銑削實(shí)訓(xùn)的教學(xué)規(guī)劃和流程安排，盡可能增加受訓(xùn)學(xué)生動(dòng)手參與的機(jī)會(huì)。實(shí)踐證明，隨著新方案的落實(shí)，對(duì)教與學(xué)雙方均起到顯著的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]顧京數(shù)控機(jī)床加工程序編制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 2—4

[2]李春田，工業(yè)工程及其應(yīng)用[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，199241—47

[3]數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試網(wǎng)東芝事件——看看五軸數(shù)控機(jī)床[OL].[2008—03—22]http://jpkc.czmec.cn/shukonglizhi-gushi/2008—03—22/82.html.

(文字編輯、責(zé)任校對(duì)：王麗華)