《數(shù)控車削》實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

黃文軍　張涵　李天鵬

【摘 要】本文分析了榆林學(xué)院工程訓(xùn)練中心《數(shù)控車削》實(shí)訓(xùn)課的現(xiàn)狀，探討了數(shù)控仿真技術(shù)在數(shù)控車削加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢，通過比較分析得出結(jié)論：在數(shù)控車削虛擬仿真環(huán)境中進(jìn)行零件的數(shù)控加工，能夠降低生產(chǎn)成本、提高實(shí)訓(xùn)效率，防止因誤操作對設(shè)備的損壞，并在教學(xué)上很大程度上緩解了設(shè)備不足與學(xué)生動手能力培養(yǎng)的矛盾，提高了教學(xué)效益。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控；仿真；教學(xué)改革

中圖分類號： TG659-4；G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0160-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.073

Teaching Reform and practice of practical training course “NC turning”

HUANG Wen-jun ZHANG Han LI Tian-peng

（Engineering Training Center，Yunlin University，Yulin Shaanxi 719000，China）

【Abstract】In this paper， the present situation of “NC turning” training course in Engineering training Center of Yulin University was analyzed， and the advantages of NC simulation technology in NC turning training teaching were discussed. Through comparative analysis， it was concluded that NC machining of parts in the virtual simulation environment of NC turning could reduce the production cost， improve the efficiency of practical training， and prevent the damage to the equipment due to misoperation. To a great extent， it alleviated the contradiction between the shortage of equipment and the cultivation of students practical ability，and improved the efficiency of teaching.

【Key words】NC；Simulation；Teaching Reform

0 前言

金工實(shí)習(xí)是高等學(xué)院學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的基本環(huán)節(jié)，是大學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械加工工藝知識、增強(qiáng)大學(xué)生綜合實(shí)踐素質(zhì)、提高大學(xué)生工程技術(shù)實(shí)踐能力、培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力的實(shí)踐性基礎(chǔ)課程[1]。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，工程技術(shù)人才直接影響科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，決定國家的工業(yè)競爭力，是國之重器的關(guān)鍵性因素[2]。因此，為確保在工業(yè)發(fā)展競爭中的有利地位，世界各國，特別是歐美發(fā)達(dá)國家尤其重視工程教育的改革和發(fā)展，力求培養(yǎng)出具有高競爭力的工程技術(shù)人才[3]。目前我國工科類高校已建成的工程訓(xùn)練中心成為工科類大學(xué)中教學(xué)規(guī)模最大，受教學(xué)生最多的實(shí)踐教學(xué)基地。數(shù)控車削技術(shù)是工程訓(xùn)練實(shí)踐課中必不可少的一個(gè)工種，是先進(jìn)制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在機(jī)械制造行業(yè)中有著舉足輕重的作用。

榆林學(xué)院學(xué)院工程訓(xùn)練中心，創(chuàng)辦于2004年，目前開設(shè)的工種有鉗工實(shí)訓(xùn)、車工實(shí)訓(xùn)、刨工實(shí)訓(xùn)、銑工實(shí)訓(xùn)，以及數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)等多個(gè)項(xiàng)目，其中數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)設(shè)備有廣數(shù)系統(tǒng)數(shù)控車床兩臺、南京巨森系統(tǒng)數(shù)控車床兩臺。南京巨森系統(tǒng)數(shù)控語言在市面上并不是很常見，可以參考學(xué)習(xí)的素材相當(dāng)少，真正使用頻率高的是廣數(shù)系統(tǒng)語言的數(shù)控車床。但是兩臺數(shù)控車床面對全校工科專業(yè)學(xué)生每年的學(xué)習(xí)任務(wù)，排課任務(wù)、教師上課以及設(shè)備壓力相當(dāng)大。而數(shù)控設(shè)備價(jià)格昂貴，少則每臺10萬，大學(xué)生在實(shí)訓(xùn)實(shí)踐學(xué)習(xí)過程中不可能做到一人一機(jī)，因此數(shù)控仿真軟件正好可以彌補(bǔ)這方面的不足。

1 數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)課程改革的必要性

數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)是工程實(shí)訓(xùn)的重要工種之一，是高等院校絕大部分工科專業(yè)金工實(shí)習(xí)必修的技能之一，因此工程訓(xùn)練中心開設(shè)了數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)課，采用模塊化教學(xué)法，但結(jié)合目前工程訓(xùn)練中心金工實(shí)習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀，在數(shù)控車削加工教學(xué)中面臨著諸多問題[4-5]：

（1）數(shù)控機(jī)床教學(xué)設(shè)備陳舊、損耗大。各高校的工程訓(xùn)練中心（或是實(shí)訓(xùn)中心）需要承擔(dān)全校工科專業(yè)或是全校專業(yè)的金工實(shí)習(xí)，少則500人，多則5000人，如此高的頻率地使用數(shù)控機(jī)床，緊張的維修經(jīng)費(fèi)使得儀器設(shè)備得不到專業(yè)系統(tǒng)的維護(hù)，進(jìn)而影響后期的教學(xué)效果。

（2）數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)教學(xué)傳統(tǒng)、內(nèi)容枯燥乏味。現(xiàn)如今很多高等學(xué)校數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)教學(xué)模塊采用比較傳統(tǒng)的教學(xué)方法，將演示視頻、掛圖和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師示范操作作為主要教學(xué)手段，這樣無法激起學(xué)生求知的興致。教學(xué)內(nèi)容單一、固定、一成不變，與時(shí)代發(fā)展不同步。

（3）學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作安全無法得到有效的保證。學(xué)生觀看完教示范視頻后直接接觸并操作機(jī)床，對于理論知識不扎實(shí)或動手能力較差的學(xué)生人身安全得不到有效保障，一名實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)7-15臺數(shù)控設(shè)備很難做到時(shí)刻監(jiān)管。

（4）車削實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式固定，學(xué)習(xí)時(shí)間不夠靈活。傳統(tǒng)教學(xué)方式局限于課堂及實(shí)訓(xùn)場地，由于安全責(zé)任問題，只能在規(guī)定上課的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)操作，在自主學(xué)習(xí)的條件下，學(xué)生的課外時(shí)間得不到充分的利用，缺乏學(xué)習(xí)的靈活性。

2 建立數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢

（1）實(shí)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生一臺模擬設(shè)備的情況下，降低實(shí)訓(xùn)教學(xué)成本。數(shù)控車削設(shè)備價(jià)格昂貴，少則每臺10萬，多則每臺100萬，在如此情況下，實(shí)現(xiàn)“ 一人一機(jī)”教學(xué)模式，購買設(shè)備經(jīng)費(fèi)是一個(gè)天文數(shù)字。數(shù)控仿真軟件是一種專門針對于數(shù)控操作者和學(xué)習(xí)者研發(fā)的一款以計(jì)算機(jī)為中心，仿照數(shù)控機(jī)床的真實(shí)操作界面，對對刀、編寫程序、檢查、模擬加工等一系列的操作進(jìn)行模擬仿真，完成數(shù)控技術(shù)加工學(xué)習(xí)的軟件。數(shù)控仿真模擬軟件，不同于數(shù)控機(jī)床等硬件的儀器設(shè)備，一次性采購，沒有后期的保養(yǎng)、維護(hù)、維修等后期費(fèi)用的投入。伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子產(chǎn)品功能越來越強(qiáng)，價(jià)格卻越來越低，電腦已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，已經(jīng)走進(jìn)校園，走進(jìn)我們的課堂。數(shù)控機(jī)床的價(jià)格少則十幾萬，多則上百萬。一臺數(shù)控車床的價(jià)格可以購買20多臺電腦，很大程度上節(jié)約了儀器設(shè)備成本。在有限的財(cái)政預(yù)算下，利用“電腦+數(shù)控仿真模擬軟件”的新教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)學(xué)生一臺“儀器”，有利于學(xué)習(xí)者面對問題、獨(dú)立思考、解決問題，提升了學(xué)生動手動腦的能力。

（2）實(shí)現(xiàn)耗材“零”損耗，提升數(shù)控機(jī)床利用率。《數(shù)控車削》實(shí)訓(xùn)課程，不同于理論課程，是一門對學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐操作性要求相當(dāng)高的實(shí)訓(xùn)工種課，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手實(shí)踐，通過學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床基本的操作規(guī)則和編程技巧，再反復(fù)練習(xí)，進(jìn)而提升學(xué)生操作數(shù)控機(jī)床的能力。在這樣“學(xué)習(xí)+練習(xí)”的學(xué)習(xí)過程中，數(shù)控機(jī)床必將會消耗大量的實(shí)訓(xùn)耗材。尤其是對剛剛開始接觸數(shù)控機(jī)床的學(xué)生，由于對機(jī)床操作系統(tǒng)語言掌握得不夠牢固，加上操作上的失誤，對耗材的需求量更加旺盛。引進(jìn)數(shù)控仿真模擬軟件后，學(xué)生可以在電腦上模擬真實(shí)的數(shù)控機(jī)床操作環(huán)境，輸入程序，建立坐標(biāo)，設(shè)置刀偏補(bǔ)償，模擬仿真，程序修改等操作。經(jīng)過此輪訓(xùn)練，可以減少編程錯(cuò)誤，防止邏輯失誤，在實(shí)現(xiàn)耗材“零”損耗的情況下，學(xué)生學(xué)習(xí)編程語言，掌握數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)的基本知識。

（3）增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)安全性、降低故障發(fā)生率。利用數(shù)控仿真模擬軟件，學(xué)生在電腦上的虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)，降低了學(xué)生第一次學(xué)習(xí)數(shù)控車床因?yàn)殄e(cuò)誤操作而造成的儀器設(shè)備損壞，進(jìn)而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的效率，也加大了機(jī)床操作的安全性。由于數(shù)控車削仿真程序是在虛擬環(huán)境下編程、檢查、仿真，仿真成功后，再上數(shù)控車床操作，在此過程中縮短了程序調(diào)試時(shí)間，提高了數(shù)控設(shè)備的利用率，同時(shí)降低了程序邏輯出錯(cuò)的可能性，減少刀具損害及工件破壞的幾率，從而降低數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障的概率。

（4）靈活利用學(xué)習(xí)時(shí)間。從傳統(tǒng)的操作數(shù)控設(shè)備，變成在電腦軟件上模擬仿真，時(shí)間上比較靈活。學(xué)生們學(xué)習(xí)不拘泥于固定的時(shí)間，只要一臺電腦，安裝上模擬仿真軟件，課堂就從實(shí)訓(xùn)場地延伸到教室、圖書館、宿舍等地，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變成了主動學(xué)習(xí)。《數(shù)控車削》實(shí)訓(xùn)是理論和實(shí)踐結(jié)合相當(dāng)緊密的課程，為了更好地服務(wù)學(xué)生，提升教學(xué)效果，運(yùn)用數(shù)控仿真軟件，不僅可以增加學(xué)生們學(xué)習(xí)數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)的興趣，而且可以培養(yǎng)了學(xué)生們的自主意識，變被動的學(xué)習(xí)變成主動學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語

虛擬仿真環(huán)境中學(xué)習(xí)數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)操作，動態(tài)模擬仿真比較真實(shí)地反映出實(shí)際的切削加工過程，不僅能夠檢查數(shù)控代碼的正確性和邏輯性，還能增強(qiáng)實(shí)際實(shí)訓(xùn)操作的安全性，變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，提升了教學(xué)效果。但是數(shù)控仿真技術(shù)仍然是一個(gè)輔助的手段，用手操作鼠標(biāo)鍵盤和接觸真實(shí)的操作界面還是有差距，數(shù)控機(jī)床實(shí)際的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)方向，主軸的轉(zhuǎn)動速度、車刀切削的進(jìn)給量和切削速度，以及各類刀具的形狀跟現(xiàn)實(shí)存在一定的差距，還有在卡盤上車削零件的裝夾和測量等與實(shí)際手感相差比較大，這樣的手感是在電腦上練習(xí)不出來的。因此，完全用數(shù)控仿真軟件練習(xí)代替實(shí)際數(shù)控加工編程的實(shí)訓(xùn)是不可能的，這樣無法達(dá)到教學(xué)的實(shí)際要求，只有在科學(xué)安排的情況下，合理并有效地運(yùn)用數(shù)控仿真模擬軟件做到提升《數(shù)控車削》實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果。

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