數(shù)控加工中心改造及教學(xué)改革

摘 要： 本文針對(duì)數(shù)控專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中大型設(shè)備被閑置的情況，以一臺(tái)老式數(shù)控機(jī)床的改造為例，探討如何有效解決這類問題，從而更好地進(jìn)行教學(xué)和科研工作，培養(yǎng)更多的高素質(zhì)的機(jī)械專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控加工中心 改造 教學(xué)實(shí)驗(yàn)

我校機(jī)械學(xué)院在上世紀(jì)80年代初購置了一系列大型數(shù)控機(jī)床設(shè)備，其中1985年購買了一臺(tái)北京精密機(jī)床廠生產(chǎn)的JCS-018立式加工中心，采用FANUC—BESK 7M系統(tǒng)的全功能數(shù)控機(jī)床，7CM系統(tǒng)的全部功能由系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)，并組建了關(guān)于數(shù)控方面教學(xué)和研究的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開展了數(shù)控專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這種專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等工科院校的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)提高人才素質(zhì)，特別是對(duì)大學(xué)生及研究生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的提高起著至關(guān)重要的作用［１］，為我校數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)作出了貢獻(xiàn)。

但這種具有高、精、尖特點(diǎn)的大中型數(shù)控設(shè)備在使用過程中常出現(xiàn)設(shè)備故障率高，需要按時(shí)定期維護(hù)，而且維護(hù)成本高，技術(shù)難點(diǎn)多，再加上學(xué)校后期管理中對(duì)這些設(shè)備沒有配備專門實(shí)驗(yàn)人員，只是由教師和科研人員管理使用，資金短缺，維護(hù)不及時(shí)也不到位，致使這些設(shè)備除了教學(xué)實(shí)驗(yàn)以外，基本上處于閑置和隱性退役狀態(tài)。目前，這種大型設(shè)備的閑置現(xiàn)象在我國高校中比較普遍，也比較嚴(yán)重［２］。

為了解決目前這一情況，有效利用這些閑置資源，在院領(lǐng)導(dǎo)的支持下，我們決定對(duì)JCS-018立式加工中心進(jìn)行部分功能的維修及開發(fā)，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足教學(xué)和科研的需要。如果改造成功，將其作為試點(diǎn)，對(duì)其它大型閑置設(shè)備進(jìn)行改造將有深遠(yuǎn)意義。

一、改造前該機(jī)床本身狀況及使用情況

該機(jī)床從引進(jìn)到現(xiàn)在，主要用于學(xué)校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)演示及科研，基本沒有用于產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。改造前整個(gè)機(jī)床僅能做簡單的數(shù)控加工演示，經(jīng)有關(guān)專家對(duì)該機(jī)床做詳細(xì)的檢查后，得出機(jī)床本身的狀況：

1.數(shù)控操作系統(tǒng)已經(jīng)淘汰，用于教學(xué)已經(jīng)不能滿足社會(huì)對(duì)該種人才的需要。

2.由于年代過長，機(jī)床電氣部分的一些電路已老化，系統(tǒng)主板存在一些問題。

3.數(shù)控程序輸入部分僅能靠人工輸入，紙帶傳輸機(jī)已經(jīng)損壞，不能使用，而且長期沒用使用該機(jī)床，以致操作面板受潮，部分開關(guān)接觸不良。

4.自動(dòng)換刀裝置已損壞，不能使用。

5.由于該機(jī)床實(shí)際使用工作時(shí)間不長，因此機(jī)床機(jī)械部分還相當(dāng)完好，定位精度較高。

二、教學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的問題

7CM數(shù)控操作系統(tǒng)年代過久，早已被社會(huì)上的企業(yè)所淘汰，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)積極性；自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控機(jī)床區(qū)別與其它普通機(jī)床的一大特點(diǎn)，不能體現(xiàn)出來，使學(xué)生少了一次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)；問題最為嚴(yán)重的是程序傳輸部分：紙帶傳輸裝置不能使用，在做教學(xué)演示時(shí)，必須人工逐句逐行地輸入，相當(dāng)浪費(fèi)時(shí)間，對(duì)于同個(gè)演示程序問題不大，但如若演示程序不同，每次就都必須重新輸入，教師很辛苦，同時(shí)也不利于學(xué)生學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間本來就少而緊，由于輸入相當(dāng)浪費(fèi)時(shí)間，因此演示的內(nèi)容很少，學(xué)生能親自上機(jī)操作的機(jī)會(huì)不多。現(xiàn)在教學(xué)演示基本上是簡單的程序，如果程序過于復(fù)雜，那么輸入時(shí)間就會(huì)很長，而課時(shí)根本不允許。

三、改造的內(nèi)容及目標(biāo)

根據(jù)目前設(shè)備狀況，較好的方案是因地制宜，發(fā)揮機(jī)床機(jī)械部分較好這一優(yōu)勢(shì)，結(jié)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)中反映較為突出的問題，針對(duì)現(xiàn)有資金不多這一情況，首先對(duì)機(jī)床程序傳輸部分進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)直接或間接控制該機(jī)床進(jìn)行加工。一方面可以提高數(shù)控編程技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的水平和質(zhì)量，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的基本動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)的自主性，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需要，學(xué)習(xí)先進(jìn)的現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)，培養(yǎng)高素質(zhì)的機(jī)械專業(yè)人才。另一方面可以利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)以外的時(shí)間，進(jìn)行對(duì)外產(chǎn)品加工，實(shí)現(xiàn)效益創(chuàng)收，實(shí)現(xiàn)“以機(jī)養(yǎng)機(jī)”，即把對(duì)外加工產(chǎn)生的利潤作用機(jī)床的日常維護(hù)及機(jī)床進(jìn)一步改造的費(fèi)用。

四、實(shí)踐情況及效果

根據(jù)紙帶傳輸機(jī)的原理，我們對(duì)該機(jī)床程序傳輸部分進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)傳輸程序，目前正在用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和教師的科研工作。

1.在教學(xué)上取的效果。

在未改造之前，受到人工編程、人工輸入程序，以及機(jī)床本身內(nèi)存太小的限制，只能進(jìn)行一般比較簡單的二維平面銑削實(shí)驗(yàn)演示，如圖1。

圖1

經(jīng)過改造實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)傳輸程序直接控制機(jī)床在線加工后，能實(shí)現(xiàn)類似于半球這樣三維物體的加工演示，也能進(jìn)行較復(fù)雜三維曲線的加工實(shí)驗(yàn)演示，如圖2。

圖2

可以看到，經(jīng)過改造后，不但原本處于閑置和隱性退役狀態(tài)的老式機(jī)床重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來了，而且大大提高了我院數(shù)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，基本解決了原來實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題。學(xué)院在20世紀(jì)中期就開設(shè)了三維造型及數(shù)控加工的相關(guān)課程，傳授學(xué)生如何應(yīng)用如Solidworks，MasterCAM，UG，Pro/E等目前比較流行的三維造型及NC加工軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工的全過程，以前受由于機(jī)床的限制，NC加工的過程一直只能用計(jì)算機(jī)仿真來代替，現(xiàn)在可以在數(shù)控加工中心上實(shí)現(xiàn)了。用一個(gè)移動(dòng)存儲(chǔ)盤就能很好地保存這些資料，避免了資料的遺失或損壞，也避免了實(shí)驗(yàn)教師的重復(fù)勞動(dòng)。學(xué)生可以在其它計(jì)算機(jī)上做好NC加工的前期準(zhǔn)備工作，實(shí)驗(yàn)時(shí)能很快實(shí)現(xiàn)加工演示，節(jié)省了很多時(shí)間，增加了每個(gè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際上機(jī)操作的機(jī)會(huì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。

2.實(shí)現(xiàn)對(duì)外產(chǎn)品加工和效益創(chuàng)收。

利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空余時(shí)間，以該機(jī)床目前的性能完全有能力進(jìn)行一些機(jī)械產(chǎn)品的對(duì)外加工，例如凸輪，噴絲板的計(jì)量孔加工等。圖3就是該機(jī)床進(jìn)行噴絲板計(jì)量孔加工的過程，經(jīng)過在線檢測，計(jì)量孔的質(zhì)量符合廠家的要求。

圖3

經(jīng)過改造后，除滿足教學(xué)科研外，還有效利用設(shè)備空閑時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了效益創(chuàng)收。不僅可收回前期投入改造的資金，除去機(jī)床日常運(yùn)作的開銷費(fèi)用，同時(shí)還可以積攢資金，為該機(jī)床的進(jìn)一步改造創(chuàng)造條件。在此成功的基礎(chǔ)上，下一步準(zhǔn)備對(duì)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行改造，最終給該機(jī)床換上先進(jìn)的數(shù)控操作系統(tǒng)，達(dá)到良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)真正的“以機(jī)養(yǎng)機(jī)”。

五、后期維護(hù)及管理

鑒于以前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理維護(hù)采用學(xué)生勤工儉學(xué)方式。學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)符合上崗要求后，才能進(jìn)行日常科研和設(shè)備管理工作。勤工儉學(xué)費(fèi)用直接從該設(shè)備的效益創(chuàng)收中支出。這樣做既有利于該設(shè)備的維護(hù)和使用，又可以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際科研工作能力，同時(shí)為學(xué)生提供了勤工儉學(xué)的崗位。

六、結(jié)語

以上是我院對(duì)JCS-018立式加工中心改造的實(shí)例，為解決這類實(shí)驗(yàn)室大型設(shè)備閑置問題提供了一條可行性很強(qiáng)的方案，并以此試點(diǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)向全院乃至全校推廣，為學(xué)校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、科研工作，以及培養(yǎng)高素質(zhì)的人才提供了更好的硬件條件。

參考文獻(xiàn)：

［1］羅意平，潘迪夫，楊岳，劉國買.專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，（03）：16-18.

［2］王軍寧.大型精密儀器設(shè)備閑置問題的管理與對(duì)策［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，1996，（06）：151-153.