數(shù)控加工中心改造及教學改革

曹　霞　黃志榮

摘 要： 本文針對數(shù)控專業(yè)實驗室中大型設(shè)備被閑置的情況，以一臺老式數(shù)控機床的改造為例，探討如何有效解決這類問題，從而更好地進行教學和科研工作，培養(yǎng)更多的高素質(zhì)的機械專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控加工中心 改造 教學實驗

我校機械學院在上世紀80年代初購置了一系列大型數(shù)控機床設(shè)備，其中1985年購買了一臺北京精密機床廠生產(chǎn)的JCS-018立式加工中心，采用FANUC—BESK 7M系統(tǒng)的全功能數(shù)控機床，7CM系統(tǒng)的全部功能由系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，并組建了關(guān)于數(shù)控方面教學和研究的專業(yè)實驗室，開展了數(shù)控專業(yè)實驗教學。這種專業(yè)實驗教學是高等工科院校的一個重要教學環(huán)節(jié)，它對提高人才素質(zhì)，特別是對大學生及研究生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力的提高起著至關(guān)重要的作用［１］，為我校數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)作出了貢獻。

但這種具有高、精、尖特點的大中型數(shù)控設(shè)備在使用過程中常出現(xiàn)設(shè)備故障率高，需要按時定期維護，而且維護成本高，技術(shù)難點多，再加上學校后期管理中對這些設(shè)備沒有配備專門實驗人員，只是由教師和科研人員管理使用，資金短缺，維護不及時也不到位，致使這些設(shè)備除了教學實驗以外，基本上處于閑置和隱性退役狀態(tài)。目前，這種大型設(shè)備的閑置現(xiàn)象在我國高校中比較普遍，也比較嚴重［２］。

為了解決目前這一情況，有效利用這些閑置資源，在院領(lǐng)導的支持下，我們決定對JCS-018立式加工中心進行部分功能的維修及開發(fā)，保證其正常運轉(zhuǎn)，滿足教學和科研的需要。如果改造成功，將其作為試點，對其它大型閑置設(shè)備進行改造將有深遠意義。

一、改造前該機床本身狀況及使用情況

該機床從引進到現(xiàn)在，主要用于學校的教學實驗演示及科研，基本沒有用于產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。改造前整個機床僅能做簡單的數(shù)控加工演示，經(jīng)有關(guān)專家對該機床做詳細的檢查后，得出機床本身的狀況：

1.數(shù)控操作系統(tǒng)已經(jīng)淘汰，用于教學已經(jīng)不能滿足社會對該種人才的需要。

2.由于年代過長，機床電氣部分的一些電路已老化，系統(tǒng)主板存在一些問題。

3.數(shù)控程序輸入部分僅能靠人工輸入，紙帶傳輸機已經(jīng)損壞，不能使用，而且長期沒用使用該機床，以致操作面板受潮，部分開關(guān)接觸不良。

4.自動換刀裝置已損壞，不能使用。

5.由于該機床實際使用工作時間不長，因此機床機械部分還相當完好，定位精度較高。

二、教學實驗中存在的問題

7CM數(shù)控操作系統(tǒng)年代過久，早已被社會上的企業(yè)所淘汰，學生沒有學習積極性；自動換刀裝置是數(shù)控機床區(qū)別與其它普通機床的一大特點，不能體現(xiàn)出來，使學生少了一次學習的機會；問題最為嚴重的是程序傳輸部分：紙帶傳輸裝置不能使用，在做教學演示時，必須人工逐句逐行地輸入，相當浪費時間，對于同個演示程序問題不大，但如若演示程序不同，每次就都必須重新輸入，教師很辛苦，同時也不利于學生學習，實驗時間本來就少而緊，由于輸入相當浪費時間，因此演示的內(nèi)容很少，學生能親自上機操作的機會不多?，F(xiàn)在教學演示基本上是簡單的程序，如果程序過于復雜，那么輸入時間就會很長，而課時根本不允許。

三、改造的內(nèi)容及目標

根據(jù)目前設(shè)備狀況，較好的方案是因地制宜，發(fā)揮機床機械部分較好這一優(yōu)勢，結(jié)合教學實驗中反映較為突出的問題，針對現(xiàn)有資金不多這一情況，首先對機床程序傳輸部分進行改造，實現(xiàn)用計算機直接或間接控制該機床進行加工。一方面可以提高數(shù)控編程技術(shù)教學實驗的水平和質(zhì)量，進一步培養(yǎng)學生的基本動手能力和創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮學生專業(yè)實驗的自主性，結(jié)合實際的生產(chǎn)需要，學習先進的現(xiàn)代機械制造技術(shù)，培養(yǎng)高素質(zhì)的機械專業(yè)人才。另一方面可以利用教學實驗以外的時間，進行對外產(chǎn)品加工，實現(xiàn)效益創(chuàng)收，實現(xiàn)“以機養(yǎng)機”，即把對外加工產(chǎn)生的利潤作用機床的日常維護及機床進一步改造的費用。

四、實踐情況及效果

根據(jù)紙帶傳輸機的原理，我們對該機床程序傳輸部分進行了改造，實現(xiàn)了用計算機傳輸程序，目前正在用于教學實驗和教師的科研工作。

1.在教學上取的效果。

在未改造之前，受到人工編程、人工輸入程序，以及機床本身內(nèi)存太小的限制，只能進行一般比較簡單的二維平面銑削實驗演示，如圖1。

圖1

經(jīng)過改造實現(xiàn)用計算機傳輸程序直接控制機床在線加工后，能實現(xiàn)類似于半球這樣三維物體的加工演示，也能進行較復雜三維曲線的加工實驗演示，如圖2。

圖2

可以看到，經(jīng)過改造后，不但原本處于閑置和隱性退役狀態(tài)的老式機床重新正常運轉(zhuǎn)起來了，而且大大提高了我院數(shù)控實驗教學的質(zhì)量，基本解決了原來實驗教學中存在的問題。學院在20世紀中期就開設(shè)了三維造型及數(shù)控加工的相關(guān)課程，傳授學生如何應(yīng)用如Solidworks，MasterCAM，UG，Pro/E等目前比較流行的三維造型及NC加工軟件實現(xiàn)機械產(chǎn)品從設(shè)計到加工的全過程，以前受由于機床的限制，NC加工的過程一直只能用計算機仿真來代替，現(xiàn)在可以在數(shù)控加工中心上實現(xiàn)了。用一個移動存儲盤就能很好地保存這些資料，避免了資料的遺失或損壞，也避免了實驗教師的重復勞動。學生可以在其它計算機上做好NC加工的前期準備工作，實驗時能很快實現(xiàn)加工演示，節(jié)省了很多時間，增加了每個學生進行實際上機操作的機會，有利于培養(yǎng)學生的動手能力，發(fā)揮學生的創(chuàng)造力。

2.實現(xiàn)對外產(chǎn)品加工和效益創(chuàng)收。

利用實驗教學的空余時間，以該機床目前的性能完全有能力進行一些機械產(chǎn)品的對外加工，例如凸輪，噴絲板的計量孔加工等。圖3就是該機床進行噴絲板計量孔加工的過程，經(jīng)過在線檢測，計量孔的質(zhì)量符合廠家的要求。

圖3

經(jīng)過改造后，除滿足教學科研外，還有效利用設(shè)備空閑時間，實現(xiàn)了效益創(chuàng)收。不僅可收回前期投入改造的資金，除去機床日常運作的開銷費用，同時還可以積攢資金，為該機床的進一步改造創(chuàng)造條件。在此成功的基礎(chǔ)上，下一步準備對自動換刀裝置進行改造，最終給該機床換上先進的數(shù)控操作系統(tǒng)，達到良性循環(huán)，實現(xiàn)真正的“以機養(yǎng)機”。

五、后期維護及管理

鑒于以前的經(jīng)驗教訓，實驗室的設(shè)備管理維護采用學生勤工儉學方式。學生進行培訓符合上崗要求后，才能進行日常科研和設(shè)備管理工作。勤工儉學費用直接從該設(shè)備的效益創(chuàng)收中支出。這樣做既有利于該設(shè)備的維護和使用，又可以增強學生的實際科研工作能力，同時為學生提供了勤工儉學的崗位。

六、結(jié)語

以上是我院對JCS-018立式加工中心改造的實例，為解決這類實驗室大型設(shè)備閑置問題提供了一條可行性很強的方案，并以此試點的成功經(jīng)驗向全院乃至全校推廣，為學校的教學實驗、科研工作，以及培養(yǎng)高素質(zhì)的人才提供了更好的硬件條件。

參考文獻：

［1］羅意平，潘迪夫，楊岳，劉國買.專業(yè)實驗教學改革的研究與實踐［J］.實驗室研究與探索，2002，（03）：16-18.

［2］王軍寧.大型精密儀器設(shè)備閑置問題的管理與對策［J］.實驗室研究與探索，1996，（06）：151-153.