應(yīng)用模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法提高數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量的研究

王 輝

（吉林工商學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130507）

數(shù)控車工實(shí)習(xí)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門實(shí)踐課程，在上學(xué)期學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了《數(shù)控加工技術(shù)》這門理論課程，基本掌握了一些常用的數(shù)控編程指令，然后通過(guò)一周的數(shù)控車工實(shí)習(xí)，把所學(xué)的理論知識(shí)用于生產(chǎn)實(shí)踐，把知識(shí)和勞動(dòng)變成實(shí)際產(chǎn)品，讓他們能學(xué)到真正的數(shù)控加工技能，學(xué)有所成。本人根據(jù)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)習(xí)時(shí)間，初步摸索出一套模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，運(yùn)用這種教學(xué)方法來(lái)提高數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)幾次的實(shí)際運(yùn)用和調(diào)整，證明此教學(xué)方法適用于應(yīng)用技術(shù)型本科院校和符合學(xué)生的現(xiàn)有水平，教學(xué)效果的滿意度達(dá)到100%。

1 模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法

模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法就是把課程里的內(nèi)容分成幾個(gè)模塊，在每個(gè)模塊中制定教學(xué)內(nèi)容和要求，然后為學(xué)生講解相關(guān)的理論知識(shí)，最后給他們分配與之相關(guān)的實(shí)習(xí)任務(wù)，通過(guò)學(xué)生的不斷練習(xí)和老師的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，使他們能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)圓滿地完成實(shí)習(xí)任務(wù)。數(shù)控車工實(shí)習(xí)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，必須采用一體化教學(xué)，即老師講授理論知識(shí)，學(xué)生動(dòng)手實(shí)際加工，老師現(xiàn)場(chǎng)巡視指導(dǎo)等都必須在車間現(xiàn)場(chǎng)完成，避免了分散教學(xué)，這樣才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法就是一體化教學(xué)的體現(xiàn)。

數(shù)控車工實(shí)習(xí)開始之前，老師需要準(zhǔn)備好以下四項(xiàng)工作：①分組實(shí)習(xí)。老師根據(jù)本校的數(shù)控車床數(shù)量，把一個(gè)班級(jí)的學(xué)生分成若干小組，每小組的成員是3或4人，每臺(tái)車床分配的學(xué)生數(shù)量要合適，這樣才能保證每名學(xué)生都有充分的時(shí)間操作機(jī)床和練習(xí)加工。②制定模塊數(shù)量及內(nèi)容。根據(jù)《數(shù)控加工技術(shù)》理論課程的內(nèi)容和實(shí)習(xí)時(shí)間，確定劃分模塊數(shù)量及每個(gè)模塊中的理論知識(shí)，做到數(shù)量和難度適中，實(shí)習(xí)進(jìn)度緊湊，訓(xùn)練節(jié)奏有條不紊，最終使學(xué)生能夠完成數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的全部?jī)?nèi)容。如表1所示。③分配實(shí)習(xí)任務(wù)。針對(duì)每個(gè)模塊中的編程指令，老師繪制相應(yīng)的零件圖和編寫工藝卡，然后把圖紙分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生通過(guò)加工這些零件，就可以理解和掌握老師講過(guò)的指令和工藝知識(shí)。④實(shí)施任務(wù)。老師為學(xué)生講解零件圖、工藝卡、典型例題，然后播放零件的加工過(guò)程視頻，同時(shí)著重強(qiáng)調(diào)一下需要注意的安全和技術(shù)問(wèn)題。老師要規(guī)定每名學(xué)生編寫程序、工藝卡和加工零件的時(shí)間，督促他們都要按時(shí)完成任務(wù)。

筆者為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生制定了以下四個(gè)數(shù)控車工實(shí)習(xí)模塊及任務(wù)。

表1 數(shù)控車工實(shí)習(xí)的四個(gè)模塊

模塊3應(yīng)用圓弧插補(bǔ)指令G02，G03，軸向粗車循環(huán)指令G71，仿形粗車循環(huán)指令G73，精車指令G70，編寫蠟臺(tái)的加工程序和工藝卡。任務(wù)3動(dòng)手實(shí)踐車削蠟臺(tái)模塊4應(yīng)用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令G41，G42，G40和刀具磨損補(bǔ)償，編寫臺(tái)階軸加工程序和工藝卡。任務(wù)4動(dòng)手實(shí)踐車削臺(tái)階軸

2 模塊1“練習(xí)數(shù)控車床的基本操作和試切對(duì)刀法”和任務(wù)1“熟練操作機(jī)床和對(duì)刀”

學(xué)生通過(guò)練習(xí)基本操作和試切對(duì)刀，可以熟悉機(jī)床操作面板的功能區(qū)，編輯區(qū)，顯示區(qū)，狀態(tài)區(qū)上的所有按鍵，學(xué)會(huì)了開關(guān)機(jī)床；回機(jī)床參考點(diǎn)；手動(dòng)控制刀架運(yùn)動(dòng)；在MDI模式下輸入單段程序控制主軸正反轉(zhuǎn)和停止；在編輯模式下輸入、編輯和修改程序；在自動(dòng)模式下按下機(jī)床鎖、輔助鎖、空運(yùn)行來(lái)模擬加工過(guò)程；換刀和對(duì)刀，掌握了如何建立工件坐標(biāo)系；在刀具偏置磨損參數(shù)窗口中輸入刀偏值等基本操作，為后續(xù)的實(shí)際加工打下基礎(chǔ)。

3 模塊2“應(yīng)用G00，G01，G90指令編寫圓錐加工程序和工藝卡”和任務(wù)2“動(dòng)手實(shí)踐車削圓錐”

此模塊設(shè)計(jì)了圓錐零件，目的是使學(xué)生初步了解加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)并執(zhí)行程序以后，車床是如何運(yùn)動(dòng)的，同時(shí)觀察G90指令程序段執(zhí)行過(guò)程中車刀的走刀路線（簡(jiǎn)稱刀路）。學(xué)會(huì)數(shù)控車床編程的關(guān)鍵就是看懂刀路，只有看懂了刀路，才能真正理解加工程序，做到知其然知其所以然。學(xué)生完成了這部分任務(wù)后，頭腦中就能形成數(shù)控車床編程的思維模式。

圓錐零件圖如圖1所示。圓錐加工程序及程序注釋如下：

O0001（程序名）

G00X100 Z100 M03 S400 T0101 G99；

G00 X43 Z10；（快速定位到循環(huán)起刀點(diǎn)）

G90 X41 Z-50 F0.3；（切削 φ36外圓）

X39；（第二次循環(huán)加工）

X37；（第三次循環(huán)加工）

X36；（第四次循環(huán)加工）

G90 X34 Z-35 F0.3；（切削 φ28外圓）

X32；

X30；

X28；

G00 X43 Z2；（快速定位到圓錐的循環(huán)起刀點(diǎn)）

G90 X28 Z-20 R-2 F0.3；（切削圓錐）

R-4；

R-6；

R-7.3；

G00 X100 Z100 T0202；（換 2號(hào)切斷刀）

X43 Z-54 S300；（刀片寬 4mm）

G01 X0 W0 F0.05；（切斷工件）

G00 X100 Z100；（快速返回至換刀點(diǎn)）

M05；（主軸停止）

M30；（程序結(jié)束并復(fù)位）

圖1 圓錐零件圖

4 模塊3“應(yīng)用圓弧插補(bǔ)指令G02，G03，軸向粗車循環(huán)指令G71，仿形粗車循環(huán)指令G73，精車指令G70，編寫蠟臺(tái)的加工程序和工藝卡”和任務(wù)3“動(dòng)手實(shí)踐車削蠟臺(tái)”

此模塊設(shè)計(jì)了蠟臺(tái)零件，目的是使學(xué)生掌握在數(shù)控車床編程中應(yīng)用最廣泛的G71指令，觀察G71指令程序段執(zhí)行過(guò)程中的刀路，比較它與G90指令的不同之處和復(fù)雜程度。用蠟臺(tái)零件作為加工實(shí)例，可以提高學(xué)生的工藝知識(shí)水平，也提高了車外圓，平端面，運(yùn)用G02和G03指令加工弧面，倒角，切斷等工序加工的編程水平。

蠟臺(tái)零件圖如圖2所示。蠟臺(tái)加工程序及程序注釋如下：

O0002（程序名）

G00 X100 Z100 M03 S400 T0101 G99；

G00 X43 Z10；（快速定位到循環(huán)起刀點(diǎn)）

G71 U1 R0.5 F0.3；（背吃刀量1mm，退刀量0.5mm。）

G71 P1 Q2 U0.5 W0；（軸向粗車復(fù)合循環(huán)）

N1 G00 X0 W0 S800；

G01 Z0 F0.1；（精加工起點(diǎn)）

G02 X16 Z-10 R20；（精加工輪廓）

G01 X20；

X22 Z-11；

Z-16；

X16 Z-23；

X22 Z-30；

Z-37；

X26；

G03 X30 Z-39 R2；

G01 Z-45；

G02 X30 Z-65 R15；

G01 X34；

X36 Z-66；

Z-71；

N2 X45；

G70 P1 Q2；（精加工循環(huán)指令）

G00 X100 Z100 T0202；（換 2號(hào)切斷刀）

X43 Z-74 S300；（刀片寬 4mm）

G01 X0 W0 F0.05；（切斷工件）

G00 X100 Z100（快速返回至換刀點(diǎn)）

M05；（主軸停止）

M30；（程序結(jié)束并復(fù)位）

圖2 蠟臺(tái)零件圖

5 模塊4“應(yīng)用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償指令G41，G42，G40和刀具磨損補(bǔ)償，編寫臺(tái)階軸加工程序和工藝卡”和任務(wù)4“動(dòng)手實(shí)踐車削臺(tái)階軸”

此模塊設(shè)計(jì)了臺(tái)階軸零件，目的是使學(xué)生掌握刀補(bǔ)的建立，進(jìn)行，取消過(guò)程，而且必須在空走刀時(shí)，只能用移動(dòng)指令G00或G01建立或取消刀補(bǔ)。學(xué)生要知道如何判斷左刀補(bǔ)和右刀補(bǔ)，了解數(shù)控機(jī)床自動(dòng)刀補(bǔ)原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。同時(shí)學(xué)會(huì)修改刀具磨損補(bǔ)償值，在刀具偏置磨損參數(shù)窗口中輸入刀尖圓弧半徑R0.4，刀尖方位號(hào)T3，刀具磨損補(bǔ)償值U－△d，W－△w等操作。要最終保證零件的尺寸精度，必須進(jìn)行刀補(bǔ)和修改磨損值這兩項(xiàng)工作。

刀具用久后會(huì)發(fā)生自然磨損，使產(chǎn)品尺寸產(chǎn)生誤差，因此需要對(duì)刀具進(jìn)行磨損量補(bǔ)償，才能達(dá)到圖紙尺寸要求。

例如：圖紙尺寸要求Φ16±0.05，粗加工理論余量是Φ16.5－Φ16=0.5，如果測(cè)量后的粗加工實(shí)際余量是Φ16.6－Φ16=0.6，那么，理論余量－實(shí)際余量=0.5－0.6=－0.1，所以，刀具的 X方向磨損量為0.1mm，則在刀具磨損參數(shù)中輸入X方向磨損量：U－0.1。同理，測(cè)量長(zhǎng)度尺寸，然后輸入Z方向磨損量：W－△w。注意：磨損量都是輸入負(fù)值。

臺(tái)階軸零件圖如圖3所示。臺(tái)階軸加工程序及程序注釋如下：

圖3 臺(tái)階軸零件圖

O0003

G00 X100 Z100 M03 S400 T0101 G99；

G00 X43 Z2；

G71 U1 R0.5 F0.3；

G71 P1 Q2 U0.5 W0.5；

N1 G42 G00 X16 W0；（空走刀時(shí)建立刀補(bǔ)）

G01 X20 W-2；

W-23；

X26；

X28 W-1；

W-14；

X36 W-5；

W-10；

G02 X36 Z-72 R10；

W-11；

N2 G01 X43；

G40 G00 X100 Z100 M05；（空走刀時(shí)取消刀補(bǔ)）

M00；（程序暫停，檢測(cè)工件尺寸。）

G00 X43 Z2；（定位到循環(huán)起點(diǎn)）

G70 P1 Q2 M03 S800 F0.1；

G40 G00 X100 Z100 T0202；（空走刀時(shí)取消刀補(bǔ)）

X30 Z-25 S300；（刀片寬 4mm）

G01 X16.4 W0 F0.05；（切槽）

G04 U5.0；（延遲 5秒）

G01 X43 W0；（退刀）

G00 X43 Z-86；

G01 X0 W0；（切斷工件）

G00 X100 Z100（快速返回至換刀點(diǎn)）

M05；

M30；

6 結(jié)語(yǔ)

筆者在數(shù)控車工實(shí)習(xí)教學(xué)中采用模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，在實(shí)踐教學(xué)中調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，提高了學(xué)生對(duì)數(shù)控車床編程的興趣，使學(xué)生的編程水平提到了一個(gè)新高度。老師利用這種教學(xué)方法，層層推進(jìn)，有的放矢，事半功倍，取得了很好的教學(xué)效果，使數(shù)控車工實(shí)習(xí)中的模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法得到進(jìn)一步優(yōu)化與完善，為應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)出更多、更優(yōu)秀的應(yīng)用型技術(shù)人才。