工程訓練中心數控教學探究教育論文

　　關鍵詞：

　　工程訓練 數控教學 仿真技術

　　摘要：

　　介紹了工程技術訓練中心數控設備與教學的概況，以及科研項目對機械加工的需求及其特點。分析表明，工程訓練中心與科研團隊存在巨大的合作前景，可以在改善教學的同時推進科研項目的進展。

　　一、引言

　　工程訓練中心是培養工科學生的一個重要基地，各學校在工程訓練中心的建設過程中投入巨大，除基本的金屬切削機床、材料成型設備外，各種數控機床、特種加工機床、精密測量等設備也已經成為工程實踐教學的主力裝備。2008年11月，國家機械制造基礎及工程訓練課程指導委員會就《普通高校工程訓練中心建設基本要求》作了詳細闡述，其中數控設備至少應有：6臺數控車床、3臺數控銑床、2臺數控切割機床，并且各學校可根據實際教學需要，增加一定數量的加工中心，工程訓練中心除教學任務外，還有巨大的潛力可以挖掘。同時，隨著我國經濟的迅速發展，國家在科學研究上的投入力度越來越大，這些科研項目對機械加工都有著巨大的需求，但這些需求一般為單件或者小批量，并且設計尚未完善或者一直處于改進之中，與現代企業的大批量生產存在一定脫節，而工程訓練中心的硬件設施與任務恰好能夠滿足科研項目中機械加工的需求，同時又能改善學生的學習條件。

　　二、數控機床的特點及教學

　　數控機床是指可以通過計算機編程，進行自動控制的機床。與普通機床相比，數控機床具有很多優點：高柔性，適合單件、小批量生產，適合新產品的開發；加工精度高、加工質量穩定可靠、生產率高，數控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心、估計等人為誤差，提高了產品的一致性；并且數控機床對操作工人的要求降低，一個普通機床的高級技工，不是短時間內可以培養的，而相對來說數控機床操作工人培養時間極短（如數控車工需要一周即可，還會編寫簡單的加工程序）。

　　由于數控技術教學和培訓都離不開數控機床，而數控機床本身價格比較昂貴，同時訓練過程不可避免地存在誤操作過程，這對機床安全是一個巨大的隱患，同時數控機床的數量有限，難以滿足大量學生實踐訓練的需求。而隨著計算機技術的發展，數控機床加工仿真技術得到了迅猛發展，很好地解決了這些矛盾。數控加工仿真是一種先進的計算機人機交互技術，具有生動的界面和強大的顯示功能，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設計以滿足不同的監控與學習要求；仿真系統的通用性較強，其語法診斷功能可以幫助學生學習編程。在模擬過程中，系統能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，很容易發現和修改編寫程序的錯誤，高仿真界面及動態的模擬仿真系統可有效地顯示代替機床實際運行狀況并且還能夠提示操作信息，使數控機床的編程操作易于課堂化教學，從而既節省了機床設備和實習消耗，降低了實做危險，又大大提高了教學效率，規避了實習人員的操作風險。數控加工仿真系統采用了與數控機床操作系統相同的模擬界面，使其具備了整個加工過程的模擬仿真能力，即使仿真系統在模擬中出現人為的編程或操作失誤也不會危及學生和機床安全，學生反而還可以從中吸取大量的經驗和教訓，所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具。因此，數控加工仿真技術在數控教學領域的應用日益廣泛［1］［2］。 當然，數控加工仿真技術同真正的數控機床存在一定的差別，容易引起以下弊端：

　　（1）過于依賴計算機完成所有的操作，因為圖紙繪制、G代碼生成、仿真加工都可在計算機上完成，仿真與實際機床之間存在各種差異；

　　（2）忽略加工工藝，仿真系統的仿真加工過程速度一般為5倍（調節范圍：1-100），使得操作人員忽略進給速度、刀具轉速和加工質量等；

　　（3）無法保證加工質量，由于仿真軟件只能仿真加工過程，對于零件的表面粗糙度和尺寸精度等無法保證。

　　因此，數控教學必須采用數控加工仿真與實訓操作相結合的方法，即先通過仿真系統讓學生對數控編程有一定的了解，再通過實訓操作使學生理解仿真與機床實訓的差別，不能僅僅為了學生和機床安全廢除實訓操作，這樣既可大大減少學生理解錯誤而產生的各種機床損壞及人身傷害，又可提高學生的實際操作技能。

　　三、科研團隊與工程訓練中心的合作前景

　　隨著中國經濟的迅速發展，國家和其他組織在科研上的投入力度越來越大，其中理工類的科研對機械加工有著巨大的需求。絕大部分新產品開發或者新技術在開發過程中，對產品的需求并不明確或者存在一個逐漸深化的過程，對零部件的定型需要一個漫長的、反復的過程，需要對零件進行單件或者小批量的試制、修改。一般的科研團隊在機械加工方面的人員、設備力量非常薄弱，如果把這些任務交給企業去做，往往價格昂貴而又費時。而這恰恰是工程訓練中心的強項，并且科研團隊中往往有一大批計算機基礎很好的研究生，利用數控機床的仿真軟件，可以較快地學習數控設備的操作技術。

　　一般說來，在工程訓練中心學習的主要群體是低年級的學生，也有少數高年級的學生，這些學生在此學習的目標往往比較簡單，僅僅是學習基本的操作技術，加工零件也僅僅是作為練習。如果科研團隊與工程訓練中心合作，對科研團隊的研究生進行培訓，訓練他們自己進行機械加工的能力，不僅能節省大量時間促進科研進程，更重要的是積累了加工經驗，這有助于后續的設計與改進。同時，對本科生來說，與研究生一起操作數控機床不僅僅是練習了，而是在生產在科研，能夠極大地提高他們的積極性，培養自信心，增加他們的知識面，能夠進一步推動高年級本科生進實驗室的潮流，部分優秀的低年級學生也能參與到科研中，這對本科生的其他課程學習是非常有益的。

　　四、結論

　　數控機床加工仿真技術已經成為數控教學的重要方法，這種方法功能強大、成本低、安全可靠，可在短時間內大量培訓數控操作工，這些特點與科研項目存在互補之處，雙方合作是互惠互利的，既能改善教學條件，又能推動科研項目的進展。

　　參考文獻：

　　［1］耿習琴，郝小忠，高玨.數控加工仿真系統的設計及其在工程訓練中的應用［J］.中國制造業信息化，2008，37（5）：77-80.

　　［2］鄧以誠，楊東方，尹作升.數控仿真系統軟件在工程訓練中的應用［J］.硅谷，2011，（5）.

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