工程訓(xùn)練平臺(tái)下數(shù)控實(shí)踐教學(xué)改革探索

許曉東，雷福祥，廖結(jié)安，周 嶺

（塔里木大學(xué)機(jī)電學(xué)院，新疆 阿拉爾市 843300）

關(guān) 鍵 字：工程訓(xùn)練；數(shù)控加工；數(shù)控教學(xué)

1 工訓(xùn)平臺(tái)下目前數(shù)控實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

（1）工程訓(xùn)練中心是高校實(shí)踐教育的重要教學(xué)機(jī)構(gòu)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的重要的教學(xué)平臺(tái)。工程訓(xùn)練中心不僅包括傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，如金工實(shí)習(xí)中，普通車工、普通銑工、刨床、磨床、鉆床的教學(xué)實(shí)習(xí)，而且應(yīng)包含現(xiàn)代實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，如數(shù)控實(shí)習(xí)、計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)習(xí)、電子電工教學(xué)實(shí)習(xí)等。各院校工訓(xùn)中心數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地設(shè)備一般都配備數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割、激光切割機(jī)、激光內(nèi)雕機(jī)等數(shù)控設(shè)備、3D打印機(jī)等設(shè)備。

2015年塔里木大學(xué)工程訓(xùn)練中心建設(shè)開(kāi)始起步，依托機(jī)械電氣化工程學(xué)院“金工實(shí)訓(xùn)基地”和“數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)基地”首批500萬(wàn)資金用于實(shí)訓(xùn)設(shè)備購(gòu)置，2016年購(gòu)置設(shè)備到位，可用于工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)設(shè)備資產(chǎn)超過(guò)1 000萬(wàn)元，2016年塔里木大學(xué)“十三五”發(fā)展規(guī)劃將工程訓(xùn)練中心建設(shè)納入重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，工程訓(xùn)練中心場(chǎng)地建設(shè)項(xiàng)目為14 000 m2的廠房和6 000 m2的3層樓工程訓(xùn)練中心大樓；2017年工程建設(shè)開(kāi)始。

（2）目前我校學(xué)生在學(xué)習(xí)《數(shù)控技術(shù)》這門課時(shí)，理解能力強(qiáng)，基礎(chǔ)理論扎實(shí)，但是在實(shí)踐動(dòng)手能力方面與技工院校學(xué)生相比有很大的差距。學(xué)生在完成理論課時(shí)學(xué)習(xí)后，進(jìn)行3周的數(shù)控機(jī)床操作加工，加工內(nèi)容較為陳舊，與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)。如何利用工程訓(xùn)練中心建設(shè)為發(fā)展契機(jī)，提高數(shù)控實(shí)踐教學(xué)水平，適應(yīng)新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，培養(yǎng)高層次數(shù)控技能人才，本文提出了一些建議。

2 改革措施

2.1 提高學(xué)生數(shù)控程序編制及工藝分析能力

（1）數(shù)控機(jī)床具有加工精度高、加工集成度高、柔性程度高等特點(diǎn)，能夠根據(jù)市場(chǎng)環(huán)境的變化快速調(diào)整加工策略、加工方法。數(shù)控機(jī)床極大提高了制造業(yè)發(fā)展水平，如5軸機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工、是國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重要支撐。目前大型加工企業(yè)大多實(shí)行無(wú)人化管理，工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)械手大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)械手組成了全新的生產(chǎn)線。

（2）在數(shù)控加工編程實(shí)習(xí)中，我校數(shù)控實(shí)習(xí)將數(shù)控程序編制作為考核重要內(nèi)容。目前，自動(dòng)加工軟件應(yīng)用非常廣泛，如Mastercam、UG軟件，這些軟件通過(guò)導(dǎo)入三維模型，通過(guò)分析自動(dòng)生成數(shù)控程序，已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。但是手工編程作為學(xué)習(xí)數(shù)控知識(shí)的基礎(chǔ)，不僅不能弱化，反而要得到加強(qiáng)。通過(guò)手工編程，可以使學(xué)生真正掌握數(shù)控機(jī)床工作原理、插補(bǔ)計(jì)算方法、切削工藝方法等。

編制數(shù)控程序前，首先確定工藝路線，這是難點(diǎn)也是重點(diǎn)，根據(jù)零件的幾何尺寸確定加工方法和制定加工計(jì)劃。第一，首先確定采用哪類機(jī)床進(jìn)行加工，機(jī)床夾具如何選擇，是否需要專用夾具。第二，根據(jù)加工精度和表面粗糙度要求確定刀具類型。第三，確定加工路線，選擇正確對(duì)刀點(diǎn)、建立工件坐標(biāo)系、確定毛胚大小、精加工余量。第四，確定切削參數(shù)，如切削深度和寬度、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等。

在完成數(shù)控程序編制準(zhǔn)備工作后，即可編制數(shù)控程序。學(xué)生根據(jù)使用機(jī)床系統(tǒng)，選擇對(duì)應(yīng)的數(shù)控指令，特別要注意廣州數(shù)控與華中數(shù)控在指令格式上有很大的差別，一定要查檢查清楚，如G92在廣數(shù)系統(tǒng)是車削螺紋，而在華中數(shù)控系統(tǒng)是設(shè)置工件零點(diǎn)。學(xué)生應(yīng)按照編制程序規(guī)范要求，逐段編制，不清楚指令代碼，必須查閱資料，不能嘗試性編寫。

程序檢驗(yàn)：將編制好的程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，不能進(jìn)行直接自動(dòng)加工，必須經(jīng)過(guò)程序檢驗(yàn)，目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都可以模擬空運(yùn)行時(shí)加工軌跡。一方面，將空運(yùn)行、機(jī)床鎖、輔助鎖打開(kāi)，點(diǎn)擊自動(dòng)加工，可以觀察加工時(shí)軌跡路線，如果加工路線與機(jī)床夾具發(fā)生干涉，要及時(shí)修改加工工藝。另一方面，如果程序報(bào)錯(cuò)，可以找到錯(cuò)誤位置，進(jìn)行修改。對(duì)于加工鋁料、金屬材料及特殊材料可以采用試切法，檢查加工試件，判斷切削參數(shù)，加工精度是否滿足要求，如果發(fā)現(xiàn)試切效果不滿足要求時(shí)，可及時(shí)修改加工工藝及參數(shù)。

2.2 加強(qiáng)數(shù)控仿真加工教學(xué)

數(shù)控仿真是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬數(shù)控加工過(guò)程，將加工過(guò)程中所有數(shù)據(jù)通過(guò)圖像直觀反映，加工過(guò)程中的三維動(dòng)態(tài)直觀展示在計(jì)算機(jī)上，可以使學(xué)生快速、扎實(shí)掌握加工方法。由于我校工訓(xùn)平臺(tái)正在建設(shè)階段，不可能做到“一人一機(jī)”，數(shù)控仿真教學(xué)發(fā)揮著巨大的優(yōu)勢(shì)，仿真軟件完全可以模擬數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程，學(xué)生可以通過(guò)軟件校驗(yàn)程序及工藝是否正確，從而降低了在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行嘗試性操作的危險(xiǎn)性，尤其是我校地處祖國(guó)邊陲，數(shù)控機(jī)床的維護(hù)維修非常困難，加大數(shù)控仿真的教學(xué)所占比重，可以有效提高實(shí)踐效果。

目前國(guó)內(nèi)高校普遍采用的仿真軟件有VNUC、上海宇龍等。這些軟件完全具備模擬數(shù)控加工過(guò)程及加工工程三維圖形顯示。

數(shù)控仿真軟件與數(shù)控加工軟件相配合使用可以極大程度提高數(shù)控實(shí)訓(xùn)實(shí)踐效果。目前我校主要利用mastercam軟件進(jìn)行實(shí)體加工。計(jì)劃增設(shè)基于UG三維實(shí)體制造選修課。通過(guò)學(xué)習(xí)UG三維制造加工軟件，學(xué)生一方面可通過(guò)三維繪圖軟件完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配。另一方面，通過(guò)三維軟件計(jì)算出零件加工的代碼程序，并利用相應(yīng)仿真軟件進(jìn)行加工過(guò)程仿真。自動(dòng)編程方法的學(xué)習(xí)與應(yīng)用更進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)數(shù)控技術(shù)的理解，極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)的熱情。

目前我校使用三維設(shè)計(jì)軟件Solidwork，據(jù)調(diào)查目前常用的設(shè)計(jì)、仿真、加工、分析軟件為UG，UG軟件實(shí)用性非常強(qiáng)，是數(shù)控二維、三維、多軸加工的重要軟件。目前我校沒(méi)有開(kāi)設(shè)UG軟件的教學(xué)，只是作為學(xué)生愛(ài)好，跟著老師學(xué)習(xí)，通過(guò)學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)UG設(shè)計(jì)加工，可以大大加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，零件加工精度顯著提高。Mastercam軟件是教學(xué)中數(shù)控加工軟件，但是目前教學(xué)中，該軟件使用深度還不夠，大部分學(xué)生停留在二維加工層次應(yīng)用，仿真加工提升空間非常大。

2.3 科學(xué)研究應(yīng)與工程訓(xùn)練平臺(tái)相結(jié)合

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)家對(duì)高校投入了大量的科研經(jīng)費(fèi)，其中工科的科研項(xiàng)目必須有機(jī)械加工產(chǎn)品作為支撐?？茖W(xué)研究的過(guò)程就是提出設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)原理、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)、樣機(jī)試制不斷改進(jìn)，理論與實(shí)踐相聯(lián)的過(guò)程?？蒲许?xiàng)目在進(jìn)行過(guò)程中必然會(huì)遇到樣機(jī)不斷改進(jìn)、調(diào)試。如果單純靠科研人員來(lái)進(jìn)行樣機(jī)生產(chǎn)，不僅會(huì)浪費(fèi)大量的精力，而且樣機(jī)制作也可能不如專業(yè)技能人員?？蒲袌F(tuán)隊(duì)中缺少具有機(jī)械加工能力的專業(yè)技能人才，把全部加工任務(wù)都交給加工企業(yè)完成，不僅加工成本高，而且鍛煉不了自己的科研團(tuán)隊(duì)。而高校工訓(xùn)中心在加工能力上有優(yōu)勢(shì)，科研團(tuán)隊(duì)可以組織研究生、本科團(tuán)隊(duì)參與到實(shí)際加工中，利用工訓(xùn)中心數(shù)控涉筆加工不僅可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題能力，而且可以極大程度提高數(shù)控機(jī)床的設(shè)備利用率。工訓(xùn)中心老師可以參與到科研團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)對(duì)老師和學(xué)生設(shè)備操作的培訓(xùn)，提高團(tuán)隊(duì)機(jī)械加工的能力，不僅可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上有哪些不足，采用哪種改進(jìn)方法，積累加工經(jīng)驗(yàn)，有利于設(shè)備后期改進(jìn)和參數(shù)優(yōu)化。學(xué)生參與到科研項(xiàng)目中，提高積極性，培養(yǎng)自信心，擴(kuò)大知識(shí)面。

3 總結(jié)

本文從數(shù)控程序編制、數(shù)控仿真、科研項(xiàng)目與工訓(xùn)平臺(tái)結(jié)合幾個(gè)方面提出了當(dāng)前高?！稊?shù)控技術(shù)》在工訓(xùn)平臺(tái)下實(shí)踐教學(xué)改革思路。作為從事高校工程訓(xùn)練指導(dǎo)老師，要不斷探索創(chuàng)新，努力研究先進(jìn)制造技術(shù)，不斷提高自身實(shí)際加工能力，服務(wù)于師生。作為實(shí)驗(yàn)教師，要參與到科研項(xiàng)目，將科研項(xiàng)目與自己的工訓(xùn)能力有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造最大的價(jià)值。