“臺階軸的加工”的仿真加工教學(xué)實例探析

莫小鳳

【摘 要】本文以數(shù)控技術(shù)課程為基點，以臺階軸零件的仿真加工為例，論述數(shù)控技術(shù)教學(xué)方法，以培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力，培養(yǎng)既具備扎實的理論基礎(chǔ)又擁有很強的技能運用能力的人才。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控技術(shù) 教學(xué)方法 項目驅(qū)動

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）06B-0042-02

數(shù)控技術(shù)可以說是現(xiàn)代制造技術(shù)的基石，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中，推動現(xiàn)代制造業(yè)飛速發(fā)展?？梢哉f，一個國家的數(shù)控技術(shù)水平和普及程度反映了這個國家的制造業(yè)水平。我國正由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，數(shù)控機床的應(yīng)用越來越普遍，因此，制造行業(yè)對數(shù)控人才的需求將越來越多。目前，我國的數(shù)控應(yīng)用型人才非常緊缺，因此機械專業(yè)都普遍將數(shù)控技術(shù)課程作為生要的專業(yè)課程來進行教學(xué)。數(shù)控技術(shù)內(nèi)容廣泛，涉及的知識點較多，是一門綜合性非常強的課程。它既包含機械、電子技術(shù)、計算機信息技術(shù)，又包含自動控制、檢測技術(shù)等，是典型的多學(xué)科知識綜合應(yīng)用的技術(shù)。對學(xué)生的綜合應(yīng)用能力要求較高，課程教學(xué)難度較大?，F(xiàn)以“臺階軸的加工”仿真加工教學(xué)內(nèi)容為例，談一談數(shù)控技術(shù)教學(xué)的一些策略。

一、制訂教學(xué)目標(biāo)

在教學(xué)前做好教學(xué)的準(zhǔn)備工作，制訂臺階軸類零件加工的教學(xué)目標(biāo)。本次教學(xué)的目標(biāo)分為三部分：

（一）知識目標(biāo)

使學(xué)生對臺階軸類零件的整個加工過程有所了解，能夠按照規(guī)范操作機床。

（二）能力目標(biāo)

使學(xué)生具備讀圖的能力，可以根據(jù)實際情況選擇合理的粗、精加工切削用量，并能獨立分析簡單工件的工藝特點。

（三）情感目標(biāo)

通過臺階軸零件的加工模擬實習(xí)，幫助學(xué)生掌握臺階軸車削的技巧；讓學(xué)生對臺階軸類零件的加工工藝特點有基本的了解，可以獨立編制常用的數(shù)控機床指令；引導(dǎo)學(xué)生獨立編制臺階軸類零件的數(shù)控程序，使學(xué)生具備制訂數(shù)控加工程序的能力及掌握臺階類零件的工藝設(shè)計方法，并能夠獨立使用數(shù)控系統(tǒng)仿真軟件模擬加工過程，制作虛擬加工件；通過仿真加工實驗讓學(xué)生體會到成就感，提高學(xué)生對數(shù)控技術(shù)課程的熱愛；培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范的操作習(xí)慣、認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力和分工協(xié)作意識。

二、選定教學(xué)方法

根據(jù)臺階軸零件（如圖 1 所示）加工是一個比較全面的零件加工過程，在這個過程中，學(xué)生要讀圖、分析尺寸、設(shè)計工藝、編寫程序、上機操作，是一個完整的加工項目，因此，在教學(xué)中采用了項目驅(qū)動法進行教學(xué)。

圖1

三、實施教學(xué)過程

在這加工項目過程中，讓學(xué)生親歷項目的設(shè)計、分析、實施、完成這樣一個完整的流程，最后得到一個完整的作品，獲得項目成果，使學(xué)生體會成就感。這個教學(xué)項目計劃用時4個課時。在實施教學(xué)過程中，主要是讓學(xué)生自己動手操作，老師從旁指導(dǎo)，避免學(xué)生產(chǎn)生畏難心理。重點在于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。在教學(xué)中，幫助學(xué)生將 G00 和 G01 等抽象的數(shù)控指令學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化成具體的加工實踐，并通過體驗臺階軸零件的加工過程，對臺階軸類零件的工藝設(shè)計有更為全面的了解，通過實際操作使學(xué)生熟練掌握所用數(shù)控指令的走刀路線、格式等技巧。使學(xué)生感知機床加工指令和零件加工過程完美融合的結(jié)果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提升學(xué)習(xí)效率。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容制訂教學(xué)流程，將學(xué)生分成若干個小組，每組 4-5 名，每組合理搭配優(yōu)秀、一般、較差的學(xué)生比例。讓學(xué)生以小組為單位對項目進行分析，制訂項目操作計劃、工作步驟，并進行合理分工。由小組長負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以便使項目工作得以順利開展。在項目操作過程中，要求各小組組長及時向教師反饋出現(xiàn)的問題，教師根據(jù)反饋的問題進行針對性的指導(dǎo)。對普遍存在的典型問題，教師集中講解。學(xué)生的主要任務(wù)是梳理加工思路，制訂加工計劃，根據(jù)加工計劃實施項目。通過項目的實施，逐步掌握臺階軸零件的加工工藝特點、加工步驟、數(shù)控編程指令的含義和使用方法等，懂得如何確定切削用量和外圓車刀刀位點。具體教學(xué)流程如下：

第一步，學(xué)生拿到圖紙后，教師將學(xué)生分成若干小組，然后進行分組討論，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，然后闡述自己的加工方案構(gòu)想。目的是培養(yǎng)學(xué)生分析圖紙的能力和從圖紙中獲取重要加工信息的能力。

第二步，教師讓學(xué)生結(jié)合實物分析圖紙，獲取以下加工信息。

1.此零件的長度方向有四個尺寸，最大公差為 ±0.05；

2.此零件由一個 C=1∶5 的外圓錐和三個外圓臺階構(gòu)成；

3.粗糙度為 Ra3.3。

第三步，根據(jù)圖示分析獲得的信息，教師引導(dǎo)學(xué)生選擇合理的加工條件。

1.使用的機床為數(shù)控車床，型號為 CA6140；

2.使用的刀具為外圓偏刀（90 度）、車刀（45 度）；

3.使用的測量工具為游標(biāo)卡尺、外圓千分尺。

第四步，引導(dǎo)學(xué)生分組討論。教師向?qū)W生提問，應(yīng)該先加工零件左端還是右端，并點評學(xué)生的回答。然后指導(dǎo)學(xué)生編制加工工藝步驟。加工工藝步驟如下：

方法 1：按照由大到小的方法步驟加工；

方法 2：先加工小端臺階，再加工大端圓錐。

最后由教師對學(xué)生的加工方案進行點評，對比說明每種方案的優(yōu)缺點和合理性，確定最佳方案為方法 2。

第五步，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)過的三種常用外圓錐的車削加工方法，根據(jù)實際情況選擇最佳方法。其中轉(zhuǎn)動小滑板法不會像寬刀法那樣出現(xiàn)機床震動的現(xiàn)象，也不會像尾座偏移法那樣受圓錐角度限制，其具有操作靈活，不受圓錐角度限制，適合大錐度短件加工的特點，因此選擇轉(zhuǎn)動小滑板法是最合理的。

第六步，制定工藝卡片。根據(jù)以上五步的分析，教師讓學(xué)生分組制定工藝卡片。

第七步，在電腦上利用仿真軟件進行仿真加工操作，小組間互相進行零件檢測。

四、總結(jié)與反思

學(xué)生完成項目任務(wù)之后進入交流總結(jié)階段，教師可讓每個小組展示本組中加工得最好的零件，和其他同學(xué)分享在項目實施過程中遇到的問題、解決方法及心得體會，鼓勵小組之間，學(xué)生之間相互交流。最后教師針對各小組的項目計劃合理性、項目完成情況、作品質(zhì)量進行點評，讓學(xué)生明白自己在項目實施過程中的優(yōu)點和缺點。

完成項目任務(wù)是本次教學(xué)的核心步驟，在實施任務(wù)之前，教師要給學(xué)生講解清楚實施步驟，使學(xué)生明白應(yīng)該先做什么，后做什么，避免接受能力較差的學(xué)生不知道如何進行操作，盡量保證所有學(xué)生都能順利完成項目任務(wù)。根據(jù)計劃引導(dǎo)學(xué)生計算粗加工和精加工的切削量、弄清零件上的節(jié)點、進行數(shù)控編程。有些學(xué)生在編制數(shù)控程序的過程中會出現(xiàn)分不清指令格式，走刀路線不清晰等問題，這時教師要及時進行指導(dǎo)糾正。完成數(shù)控編程任務(wù)之后，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生利用仿真數(shù)控軟件完成臺階軸零件的仿真加工。在這里教師應(yīng)該詳細(xì)講解仿真軟件的操作方法，讓學(xué)生將自己編制好的數(shù)控程序輸入到仿真軟件中進行加工，檢驗自己的數(shù)控程序是否正確，測量加工產(chǎn)品，檢查誤差大小。如果誤差較大，則引導(dǎo)學(xué)生查找原因，修正后再重新進行仿真加工，直到誤差符合要求。

綜上所述，采用項目驅(qū)動教學(xué)法需要教師具備豐富的知識和經(jīng)驗、解決實際問題的應(yīng)變能力，要求教師能合理地把控教學(xué)節(jié)奏，并對學(xué)生進行及時引導(dǎo)。但由于條件限制，項目任務(wù)的實施主要是靠仿真軟件來進行，與現(xiàn)實還是有一定的差距，因此，應(yīng)等學(xué)生學(xué)會了仿真加工之后再讓學(xué)生進行現(xiàn)場加工，以獲得更好的教學(xué)效果。

【參考文獻】

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