基于低碳節(jié)能的數(shù)控車削實訓(xùn)項目優(yōu)化設(shè)計

金興偉 郭 茜

（江蘇省無錫立信中等專業(yè)學(xué)校 江蘇 無錫 214063）

基于低碳節(jié)能的數(shù)控車削實訓(xùn)項目優(yōu)化設(shè)計

金興偉 郭 茜

（江蘇省無錫立信中等專業(yè)學(xué)校 江蘇 無錫 214063）

介紹了在實訓(xùn)過程中為了節(jié)約實訓(xùn)耗材實現(xiàn)低碳節(jié)能的目的，同時達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求，考慮教學(xué)內(nèi)容之間的聯(lián)系，優(yōu)化設(shè)計的數(shù)控車削實訓(xùn)項目。實踐表明，運用該項目進行實訓(xùn)，可以重復(fù)嵌套使用實訓(xùn)材料，節(jié)約實訓(xùn)耗材。

低碳；節(jié)能；數(shù)控車削；實訓(xùn)項目

數(shù)控車削實訓(xùn)是中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中一項重要的專業(yè)技能訓(xùn)練，項目教學(xué)法是這一技能訓(xùn)練中廣泛采用的教學(xué)方法，其中項目的選擇顯得尤為重要。目前，大多數(shù)學(xué)校選用的項目多是針對某一訓(xùn)練內(nèi)容而單獨設(shè)置的項目，學(xué)生實訓(xùn)后的材料直接報廢，因而在實訓(xùn)過程中用于訓(xùn)練的耗材量較大，造成了一定的浪費。為了節(jié)約實訓(xùn)過程中的耗材同時達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求，實現(xiàn)低碳節(jié)能的目的，擬在設(shè)計和選用項目的時候，考慮教學(xué)內(nèi)容之間的聯(lián)系，優(yōu)化設(shè)計實訓(xùn)項目，使得前面項目中用過的實訓(xùn)材料還可用于后面項目的訓(xùn)練，從而可以重復(fù)嵌套使用實訓(xùn)材料，節(jié)約實訓(xùn)耗材。

基于低碳節(jié)能的數(shù)控車削實訓(xùn)項目的優(yōu)化設(shè)計

低碳指較低（更低）的溫室氣體（二氧化碳為主）排放。節(jié)能指盡可能地減少能源消耗量，生產(chǎn)出與原來同樣數(shù)量、同樣質(zhì)量的產(chǎn)品；或者是以原來同樣數(shù)量的能源消耗量，生產(chǎn)出比原來數(shù)量更多或數(shù)量相等質(zhì)量更好的產(chǎn)品。

提倡低碳理念，一方面要積極承擔(dān)環(huán)境保護責(zé)任，完成國家節(jié)能降耗指標(biāo)的要求；另一方面要調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，提高能源利用效益，發(fā)展新興工業(yè)，建設(shè)生態(tài)文明。

目前，國內(nèi)外很多院校在開展數(shù)控車削實訓(xùn)時，都采用由簡到繁、由易到難的訓(xùn)練項目，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，而忽視了低碳節(jié)能的因素。隨著低碳節(jié)能理念的不斷深入，雖有部分院校已經(jīng)開始重視實訓(xùn)項目的改進，以達(dá)到節(jié)約實訓(xùn)材料的目的，但尚未有成熟的研究成果。

基于低碳節(jié)能的目的，考慮實訓(xùn)材料的嵌套使用，有兩種數(shù)控車削實訓(xùn)項目的設(shè)計方案。方案一：設(shè)計實訓(xùn)項目的時候，側(cè)重考慮長度方向的尺寸因素影響，使得在實訓(xùn)過程中，前一項目加工出的工件只需切除第一段材料即可繼續(xù)用于第二個項目的加工，材料實現(xiàn)嵌套加工；方案二：設(shè)計實訓(xùn)項目的時候，側(cè)重考慮直徑方向的尺寸因素影響，前面項目的直徑尺寸較大，后面項目的直徑尺寸較小，使得在實訓(xùn)過程中，前一項目加工出的工件仍可用于后一項目的加工，也可實現(xiàn)材料的嵌套加工。

結(jié)果分析

（一）根據(jù)方案一設(shè)計的實訓(xùn)項目結(jié)果分析

圖1 零件尺寸圖

圖2 零件尺寸圖

圖3 零件尺寸圖

根據(jù)方案一的設(shè)計思想設(shè)計了數(shù)控車削實訓(xùn)項目，筆者以三個入門項目為例來進行分析，如圖1，圖2，圖3所示。圖4為三個項目的三維實體模型。分析如下：（1）未考慮材料的嵌套使用，三個項目所使用的毛坯均為Φ45mm× 50mm的圓棒料（材料以45#鋼為例），則使用材料的重量為：m= ρV=7.85g/cm3×π×4.52×5×3= 7491g=7.491kg。（2）考慮材料的嵌套使用，第一個項目加工后的工件切除第一段Φ26mm×16mm的臺階，繼續(xù)用于第二個項目的加工，第二個項目加工后的工件切除第一段Φ22mm×10mm的臺階，繼續(xù)用于第三個項目的加工，則三個項目所使用的毛坯為Φ45mm×80mm的圓棒料，使用材料的重量為：m=ρV=7.85g/cm3×π× 4.52×8=3995g=3.995kg。

通過上面的計算和圖5可以發(fā)現(xiàn)，考慮了材料的嵌套使用后，同樣的實訓(xùn)項目，使用的實訓(xùn)材料僅為原來的53%，節(jié)約了47%的實訓(xùn)材料，大大降低了實訓(xùn)成本。

圖4 零件3D模型圖

（二）根據(jù)方案二設(shè)計的實訓(xùn)項目結(jié)果分析

根據(jù)方案二的設(shè)計思想設(shè)計了數(shù)控車削實訓(xùn)項目，仍以三個入門項目為例來進行分析，如圖6，圖7，圖8所示。分析如下：（1）未考慮材料的嵌套使用，三個項目所使用的毛坯分別為 Φ45mm×50mm、Φ45mm×50mm、Φ30mm×50mm的圓棒料（材料以45#鋼為例），則使用材料的重量為：m=ρV=7.85g/ cm3×π×4.52×5×2+7.85×π×32×5= 6104g=6.104kg。（2）考慮材料的嵌套使用，第一個項目加工后的工件仍可繼續(xù)用于第二個項目的加工，第二個項目加工后的工件仍可繼續(xù)用于第三個項目的加工，則三個項目所使用的毛坯為 Φ45mm× 50mm的圓棒料，使用材料的重量為：m=ρV=7.85g/cm3×π×4.52×5= 2497g=2.497kg。

通過上面的計算和圖9可以發(fā)現(xiàn)，考慮了材料的嵌套使用后，同樣的實訓(xùn)項目，使用的實訓(xùn)材料僅為原來的41%，節(jié)約了59%的實訓(xùn)材料。

圖5 比較柱狀圖

圖6 零件尺寸圖

圖7 零件尺寸圖

圖8 零件尺寸圖

圖9 比較柱狀圖

（三）方案一和方案二設(shè)計的實訓(xùn)項目對比分析

根據(jù)上述分析和圖10中可以看出，考慮材料的嵌套使用，方案一使用的實訓(xùn)材料的重量為3.995kg，方案二使用的實訓(xùn)材料的重量為2.497kg。兩種方案相比未考慮材料嵌套均有節(jié)約材料的效果，但是方案二的效果更為明顯。兩種方案本身各有特點。

方案一：該方案設(shè)計的實訓(xùn)項目在實訓(xùn)過程中只需要切除工件第一段，即可用于下一項目的訓(xùn)練，操作較為簡單，項目的設(shè)計相對來說也比較容易，但相對方案二來說，耗用的實訓(xùn)材料稍多。

方案二：該方案設(shè)計的實訓(xùn)項目在實訓(xùn)過程中可以實現(xiàn)實訓(xùn)材料的多次嵌套使用，能大幅度地節(jié)約實訓(xùn)成本，但項目的設(shè)計需考慮前后項目之間的尺寸和結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，設(shè)計相對來說比較復(fù)雜，而且由于加工后的工件直徑越來越小，給工件的裝夾和加工的刀具都帶來一定的不便，操作相對復(fù)雜一些。

各個學(xué)?？梢愿鶕?jù)本校的實訓(xùn)設(shè)備和實訓(xùn)材料的具體狀況，以及教師的教育教學(xué)狀況選擇適合學(xué)校情況的方案來進行實訓(xùn)項目的設(shè)計和實訓(xùn)材料的嵌套使用。

圖10 比較柱狀圖

基于低碳節(jié)能的數(shù)控車削實訓(xùn)項目設(shè)計的優(yōu)點

第一，教師業(yè)務(wù)素質(zhì)得到提高。通過數(shù)控車削實訓(xùn)項目的設(shè)計，教師下企業(yè)調(diào)研，了解許多企業(yè)在機械加工過程中的新工藝新思路，使專業(yè)課教師通過實踐與理論的緊密聯(lián)系，提高了實際工作能力，而且在實際工作中，教師把理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，把教學(xué)與科研相結(jié)合，促進了教師專業(yè)發(fā)展。

第二，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)。數(shù)控車削實訓(xùn)項目的設(shè)計和選擇注重教學(xué)與現(xiàn)實相結(jié)合，特別是在一些典型的圖紙方面，開闊了學(xué)生的眼界，活躍了學(xué)生的思維，激發(fā)了學(xué)生的各方面潛能。

第三，有效節(jié)約了實訓(xùn)材料，降低了教學(xué)成本。在設(shè)計數(shù)控車削實訓(xùn)項目的時候，教師考慮了教學(xué)內(nèi)容之間的聯(lián)系，基于材料嵌套使用的目的，有效地節(jié)約了實訓(xùn)材料。經(jīng)過理論計算，采用兩種方案設(shè)計的數(shù)控車削實訓(xùn)項目進行實訓(xùn)，減少了使用原有的實訓(xùn)項目耗用的實訓(xùn)材料，極大地降低了教學(xué)成本，減少了廢棄材料的排放，實現(xiàn)了低碳節(jié)能的目的。

低碳節(jié)能是當(dāng)今新型加工的主題，通過改進數(shù)控車削實訓(xùn)項目的方式，可達(dá)到低碳節(jié)能的效果，節(jié)約教學(xué)成本，提高辦學(xué)效益，提高或增強教學(xué)效果，從而改善教學(xué)環(huán)境，改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式，提升學(xué)校課堂教學(xué)質(zhì)量。

[1]陸東明，王曉忠.基于低碳理念的數(shù)控實訓(xùn)基地建設(shè)分析[J].價值工程，2011（35）.

[2]李紅梅.數(shù)控車工實訓(xùn)教學(xué)中“實訓(xùn)項目產(chǎn)品化”的探索與實踐[J].中等職業(yè)教育，2009（11）.

[3]趙紅山.數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中的項目式教學(xué)研究[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2010（7）.

G712

A

1672-5727（2013）12-0127-03

金興偉（1971—），男，江蘇無錫人，江蘇省無錫立信中等專業(yè)學(xué)校講師，研究方向為金屬切削加工工藝。

郭茜（1981—），女，四川綿陽人，碩士，江蘇省無錫立信中等專業(yè)學(xué)校講師，研究方向為計算機輔助設(shè)計與制造。