基于仿真教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合的數(shù)控車削加工課程課堂教學(xué)設(shè)計(jì)探究*

劉建豪 葛金翠 李 宇 金 星

柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616

近年來，我國機(jī)械加工行業(yè)在不斷發(fā)展和進(jìn)步，在很大程度上帶動了我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，是我國重點(diǎn)發(fā)展和建設(shè)的行業(yè)之一。在機(jī)械加工業(yè)發(fā)展的過程中，數(shù)控加工與編程技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，在機(jī)械加工工業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，所以對專業(yè)技術(shù)人才的需求也在不斷增多[1]。數(shù)控車削加工是數(shù)控技術(shù)、機(jī)械制造與自動化等機(jī)電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)主干課程。課程主體內(nèi)容包括數(shù)控車削機(jī)床加工工藝編制、數(shù)控加工編程指令與應(yīng)用、基本操作技能等[2]。在對典型零件完成數(shù)控加工工藝分析和數(shù)控加工編程后，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)可以驗(yàn)證零件編程加工的可操作性，最后通過數(shù)控機(jī)床實(shí)踐操作完成項(xiàng)目任務(wù)的加工驗(yàn)證。采用數(shù)控加工仿真教學(xué)與數(shù)控機(jī)床實(shí)戰(zhàn)操作相結(jié)合教學(xué)模式，能提高數(shù)控加工教學(xué)效果，增加實(shí)踐教學(xué)的安全性，提升學(xué)生工程實(shí)踐技能，達(dá)到提高數(shù)控加工人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的[3]。

一、仿真教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合的必要性

（一）數(shù)控加工仿真教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)控車削加工課程編程指令繁多，復(fù)雜，實(shí)踐操作要求高，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。數(shù)控加工仿真教學(xué)作為理論教學(xué)與實(shí)踐操作的過渡環(huán)節(jié)，對連接理論與實(shí)踐起著重要作用，具體優(yōu)點(diǎn)如下：降低教學(xué)設(shè)備投資成本；提高實(shí)踐操作安全性；提高教師教學(xué)質(zhì)量；提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（二）仿真教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合的必要性

數(shù)控仿真軟件和實(shí)際機(jī)床還是存在很大區(qū)別的，它無法替代實(shí)際機(jī)床，也無法替代在真實(shí)切削加工中的實(shí)際感受。包括走刀路徑不明顯、切削深度和刀具要求不夠?qū)嶋H、對刀時對操作者要求不高、對產(chǎn)品粗糙度無法進(jìn)行檢驗(yàn)等，而這些恰恰是對一個學(xué)生技能訓(xùn)練的重要要求[4]。學(xué)習(xí)數(shù)控車削加工，實(shí)踐操作是必不可少的環(huán)節(jié)，數(shù)控仿真加工豐富了課程教學(xué)的手段，但不是目的，部分同學(xué)沉迷數(shù)控仿真加工，忽視實(shí)踐操作，造成眼高手低的窘境，這些值得任課教師警惕。學(xué)生在數(shù)控仿真加工的基礎(chǔ)上，及時結(jié)合實(shí)踐操作，找出仿真軟件與實(shí)際機(jī)床在操作、切削參數(shù)選取、走刀路徑等方面的差別，最終以實(shí)際機(jī)床操作驗(yàn)證操作規(guī)范、數(shù)控加工工藝、編程指令的正確應(yīng)用。

二、輪廓粗精加工復(fù)合循環(huán)G71、G70指令課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

輪廓粗精加工復(fù)合循環(huán)G71、G70指令是數(shù)控車削加工課程中一個非常重要的編程指令，是零件粗加工最常用的編程指令之一，是要求學(xué)生必須熟練掌握的一個編程指令?，F(xiàn)以輪廓粗精加工復(fù)合循環(huán)G71、G70指令為例，基于仿真教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合，展開數(shù)控車削加工課程的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

（一）任務(wù)展示

如圖1所示的軸類零件，毛坯尺寸為Φ38×60mm，材料為45鋼。編寫其數(shù)控加工程序，并完成數(shù)控仿真加工和機(jī)床實(shí)操加工。

圖1 軸類零件

（二）任務(wù)分析

該零件是一個簡單的階梯軸，由圓柱面、圓弧面、圓錐面組成，適合數(shù)控車床加工；該零件尺寸標(biāo)注完整，尺寸精度和表面粗糙度要求較高，需要安排粗精加工保證；零件毛坯材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。綜上，該零件適合選用輪廓粗精加工復(fù)合循環(huán)G71、G70指令加工，引導(dǎo)進(jìn)行G71、G70指令學(xué)習(xí)。

在講授粗加工復(fù)合循環(huán)G71指令和精加工循環(huán)G70指令時，由于指令格式和走刀路線比較復(fù)雜，學(xué)生在理解時有困難，筆者在講解的時候，利用多媒體的動畫演示功能，逐次分解演示走刀路線，結(jié)合走刀路線，對應(yīng)講解指令格式，引導(dǎo)學(xué)生清楚的理解指令格式和走刀路線，提高教學(xué)效果。

（三）制定加工工藝方案

1．確定加工方案

班級內(nèi)建立學(xué)習(xí)小組，教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組討論加工方案，通過提問反饋各組的加工方案，教師進(jìn)行點(diǎn)評，最終優(yōu)選確定加工方案如下：

手動平端面→G71粗車輪廓（單邊留0．25mm精加工余量）→G70精車輪廓→工件掉頭→手動平端面至零件尺寸總長。

2．確定零件的定位基準(zhǔn)：選定零件坯料軸線和左端端面為定位基準(zhǔn)。

3．確定裝夾方案：左端采取通用三爪自定心卡盤夾緊，毛坯伸出50mm左右；工件掉頭后，三爪自定心卡盤夾取Φ33mm精加工面，墊銅皮保護(hù)精加工面，毛坯伸出16mm左右。

4．確定工件坐標(biāo)系、對刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)：確定以工件右端面與軸心線的交點(diǎn)O為工件原點(diǎn)，建立XOZ工件坐標(biāo)系；采用手動試切對刀方法把O點(diǎn)作為對刀點(diǎn)；采用（x100，z100）作為換刀點(diǎn)。

5．確定機(jī)床：CAK6140。

6．確定刀具：手動平端面選用45°硬質(zhì)合金端面車刀；粗、精車輪廓選用90°硬質(zhì)合金外圓車刀。

7．確定量具：游標(biāo)卡尺（0-150mm）；千分尺（0-25mm、25-50mm）。

8．確定切削用量：教師引導(dǎo)學(xué)生自主查表、計(jì)算確定切削用量，通過提問反饋各組意見，教師點(diǎn)評，優(yōu)選確定，見表1切削用量選用表。

表1 切削用量選用表

（四）編寫加工程序

根據(jù)加工工藝方案，引導(dǎo)學(xué)生編程，鼓勵組內(nèi)討論，組與組之間相互檢查改錯。挑選優(yōu)秀學(xué)生編程如下：

（五）數(shù)控仿真加工

指導(dǎo)學(xué)生操作數(shù)控加工仿真軟件，完成仿真加工。在課堂練習(xí)上引入競爭獎懲機(jī)制，對于順利完成仿真加工的同學(xué)，在保證加工質(zhì)量的前提下，根據(jù)提交作業(yè)順序進(jìn)行平時成績課堂作業(yè)部分加分。筆者的方法是班級內(nèi)提交作業(yè)前3名加20分，前10名加10分，前20名加5分，并對于前20名同學(xué)點(diǎn)名表揚(yáng)。完不成課堂作業(yè)減10分。獎懲機(jī)制的引入極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，人人積極主動學(xué)習(xí)，爭先恐后，奮勇爭先，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

（六）機(jī)床實(shí)踐操作

在理論學(xué)習(xí)和仿真加工完成的基礎(chǔ)上，安排必要學(xué)時要求學(xué)生進(jìn)行機(jī)床實(shí)踐操作。教師首先強(qiáng)調(diào)實(shí)訓(xùn)室安全規(guī)則，演示機(jī)床操作規(guī)范，強(qiáng)調(diào)工件裝夾、刀具裝夾技巧，根據(jù)切削情況調(diào)整機(jī)床進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速倍率等，要求學(xué)生以組為單位根據(jù)自己的編程完成機(jī)床實(shí)操加工。

三、考核評價(jià)

課程中所有的項(xiàng)目都采用過程考核，教師根據(jù)實(shí)施過程的重要步驟設(shè)定采分點(diǎn)，對實(shí)施操作的學(xué)生進(jìn)行考核，并記分，匯總到考核評價(jià)表中[5]。有的步驟實(shí)施個人考核，有的項(xiàng)目采用小組考核，而且在考核過程中學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)技能均納入考核范疇，根據(jù)學(xué)生操作機(jī)床的規(guī)范性及零件加工的質(zhì)量等具體制定每個項(xiàng)目的考核評價(jià)表，最后的個人總成績是過程中各個項(xiàng)目的累加，根據(jù)設(shè)定的比例得出學(xué)生最后的總成績。

四、結(jié)語

仿真教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合的數(shù)控車削加工課程教學(xué)改革，在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。通過仿真教學(xué)的過渡，學(xué)生可以更好地將理論知識與實(shí)踐技能相結(jié)合，既鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動手能力，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和技能水平，為學(xué)生畢業(yè)后從事機(jī)電類專業(yè)崗位工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。