工程訓(xùn)練中心數(shù)控教學(xué)探討

高海燕

（上海大學(xué)，上海 200444）

一、引 言

工程訓(xùn)練中心是培養(yǎng)工科學(xué)生的一個(gè)重要基地，各學(xué)校在工程訓(xùn)練中心的建設(shè)過(guò)程中投入巨大，除基本的金屬切削機(jī)床、材料成型設(shè)備外，各種數(shù)控機(jī)床、特種加工機(jī)床、精密測(cè)量等設(shè)備也已經(jīng)成為工程實(shí)踐教學(xué)的主力裝備。2008年11月，國(guó)家機(jī)械制造基礎(chǔ)及工程訓(xùn)練課程指導(dǎo)委員會(huì)就《普通高校工程訓(xùn)練中心建設(shè)基本要求》作了詳細(xì)闡述，其中數(shù)控設(shè)備至少應(yīng)有：6臺(tái)數(shù)控車(chē)床、3臺(tái)數(shù)控銑床、2臺(tái)數(shù)控切割機(jī)床，并且各學(xué)?？筛鶕?jù)實(shí)際教學(xué)需要，增加一定數(shù)量的加工中心，工程訓(xùn)練中心除教學(xué)任務(wù)外，還有巨大的潛力可以挖掘。同時(shí)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)家在科學(xué)研究上的投入力度越來(lái)越大，這些科研項(xiàng)目對(duì)機(jī)械加工都有著巨大的需求，但這些需求一般為單件或者小批量，并且設(shè)計(jì)尚未完善或者一直處于改進(jìn)之中，與現(xiàn)代企業(yè)的大批量生產(chǎn)存在一定脫節(jié)，而工程訓(xùn)練中心的硬件設(shè)施與任務(wù)恰好能夠滿足科研項(xiàng)目中機(jī)械加工的需求，同時(shí)又能改善學(xué)生的學(xué)習(xí)條件。

二、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及教學(xué)

數(shù)控機(jī)床是指可以通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，進(jìn)行自動(dòng)控制的機(jī)床。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有很多優(yōu)點(diǎn)：高柔性，適合單件、小批量生產(chǎn)，適合新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)；加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)率高，數(shù)控機(jī)床的加工自動(dòng)化，免除了普通機(jī)床上工人的疲勞、粗心、估計(jì)等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性；并且數(shù)控機(jī)床對(duì)操作工人的要求降低，一個(gè)普通機(jī)床的高級(jí)技工，不是短時(shí)間內(nèi)可以培養(yǎng)的，而相對(duì)來(lái)說(shuō)數(shù)控機(jī)床操作工人培養(yǎng)時(shí)間極短（如數(shù)控車(chē)工需要一周即可，還會(huì)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的加工程序）。

由于數(shù)控技術(shù)教學(xué)和培訓(xùn)都離不開(kāi)數(shù)控機(jī)床，而數(shù)控機(jī)床本身價(jià)格比較昂貴，同時(shí)訓(xùn)練過(guò)程不可避免地存在誤操作過(guò)程，這對(duì)機(jī)床安全是一個(gè)巨大的隱患，同時(shí)數(shù)控機(jī)床的數(shù)量有限，難以滿足大量學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練的需求。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，很好地解決了這些矛盾。數(shù)控加工仿真是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)人機(jī)交互技術(shù)，具有生動(dòng)的界面和強(qiáng)大的顯示功能，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設(shè)計(jì)以滿足不同的監(jiān)控與學(xué)習(xí)要求；仿真系統(tǒng)的通用性較強(qiáng)，其語(yǔ)法診斷功能可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)編程。在模擬過(guò)程中，系統(tǒng)能及時(shí)提供錯(cuò)誤信息以及刀具相對(duì)移動(dòng)軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，很容易發(fā)現(xiàn)和修改編寫(xiě)程序的錯(cuò)誤，高仿真界面及動(dòng)態(tài)的模擬仿真系統(tǒng)可有效地顯示代替機(jī)床實(shí)際運(yùn)行狀況并且還能夠提示操作信息，使數(shù)控機(jī)床的編程操作易于課堂化教學(xué)，從而既節(jié)省了機(jī)床設(shè)備和實(shí)習(xí)消耗，降低了實(shí)做危險(xiǎn)，又大大提高了教學(xué)效率，規(guī)避了實(shí)習(xí)人員的操作風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)相同的模擬界面，使其具備了整個(gè)加工過(guò)程的模擬仿真能力，即使仿真系統(tǒng)在模擬中出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會(huì)危及學(xué)生和機(jī)床安全，學(xué)生反而還可以從中吸取大量的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，所以說(shuō)它是初學(xué)者理想的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐工具。因此，數(shù)控加工仿真技術(shù)在數(shù)控教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛［1］［2］。

當(dāng)然，數(shù)控加工仿真技術(shù)同真正的數(shù)控機(jī)床存在一定的差別，容易引起以下弊端：（1）過(guò)于依賴計(jì)算機(jī)完成所有的操作，因?yàn)閳D紙繪制、G代碼生成、仿真加工都可在計(jì)算機(jī)上完成，仿真與實(shí)際機(jī)床之間存在各種差異；（2）忽略加工工藝，仿真系統(tǒng)的仿真加工過(guò)程速度一般為5倍（調(diào)節(jié)范圍：1-100），使得操作人員忽略進(jìn)給速度、刀具轉(zhuǎn)速和加工質(zhì)量等；（3）無(wú)法保證加工質(zhì)量，由于仿真軟件只能仿真加工過(guò)程，對(duì)于零件的表面粗糙度和尺寸精度等無(wú)法保證。

因此，數(shù)控教學(xué)必須采用數(shù)控加工仿真與實(shí)訓(xùn)操作相結(jié)合的方法，即先通過(guò)仿真系統(tǒng)讓學(xué)生對(duì)數(shù)控編程有一定的了解，再通過(guò)實(shí)訓(xùn)操作使學(xué)生理解仿真與機(jī)床實(shí)訓(xùn)的差別，不能僅僅為了學(xué)生和機(jī)床安全廢除實(shí)訓(xùn)操作，這樣既可大大減少學(xué)生理解錯(cuò)誤而產(chǎn)生的各種機(jī)床損壞及人身傷害，又可提高學(xué)生的實(shí)際操作技能。

三、科研團(tuán)隊(duì)與工程訓(xùn)練中心的合作前景

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)家和其他組織在科研上的投入力度越來(lái)越大，其中理工類(lèi)的科研對(duì)機(jī)械加工有著巨大的需求。絕大部分新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或者新技術(shù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)品的需求并不明確或者存在一個(gè)逐漸深化的過(guò)程，對(duì)零部件的定型需要一個(gè)漫長(zhǎng)的、反復(fù)的過(guò)程，需要對(duì)零件進(jìn)行單件或者小批量的試制、修改。一般的科研團(tuán)隊(duì)在機(jī)械加工方面的人員、設(shè)備力量非常薄弱，如果把這些任務(wù)交給企業(yè)去做，往往價(jià)格昂貴而又費(fèi)時(shí)。而這恰恰是工程訓(xùn)練中心的強(qiáng)項(xiàng)，并且科研團(tuán)隊(duì)中往往有一大批計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)很好的研究生，利用數(shù)控機(jī)床的仿真軟件，可以較快地學(xué)習(xí)數(shù)控設(shè)備的操作技術(shù)。一般說(shuō)來(lái)，在工程訓(xùn)練中心學(xué)習(xí)的主要群體是低年級(jí)的學(xué)生，也有少數(shù)高年級(jí)的學(xué)生，這些學(xué)生在此學(xué)習(xí)的目標(biāo)往往比較簡(jiǎn)單，僅僅是學(xué)習(xí)基本的操作技術(shù)，加工零件也僅僅是作為練習(xí)。如果科研團(tuán)隊(duì)與工程訓(xùn)練中心合作，對(duì)科研團(tuán)隊(duì)的研究生進(jìn)行培訓(xùn)，訓(xùn)練他們自己進(jìn)行機(jī)械加工的能力，不僅能節(jié)省大量時(shí)間促進(jìn)科研進(jìn)程，更重要的是積累了加工經(jīng)驗(yàn)，這有助于后續(xù)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。同時(shí)，對(duì)本科生來(lái)說(shuō)，與研究生一起操作數(shù)控機(jī)床不僅僅是練習(xí)了，而是在生產(chǎn)在科研，能夠極大地提高他們的積極性，培養(yǎng)自信心，增加他們的知識(shí)面，能夠進(jìn)一步推動(dòng)高年級(jí)本科生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的潮流，部分優(yōu)秀的低年級(jí)學(xué)生也能參與到科研中，這對(duì)本科生的其他課程學(xué)習(xí)是非常有益的。

四、結(jié) 論

數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)控教學(xué)的重要方法，這種方法功能強(qiáng)大、成本低、安全可靠，可在短時(shí)間內(nèi)大量培訓(xùn)數(shù)控操作工，這些特點(diǎn)與科研項(xiàng)目存在互補(bǔ)之處，雙方合作是互惠互利的，既能改善教學(xué)條件，又能推動(dòng)科研項(xiàng)目的進(jìn)展。

［1］ 耿習(xí)琴，郝小忠，高玨.數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2008，37（5）：77-80.

［2］ 鄧以誠(chéng)，楊東方，尹作升.數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件在工程訓(xùn)練中的應(yīng)用［J］.硅谷，2011，（5）.