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實踐教學體系建設的指導思想是堅持“理論教學與實踐能力培養(yǎng)相結合”的原則,注重課堂教學和工程實踐相結合,教學內(nèi)容緊跟“數(shù)控技術”的新技術、新裝備及其發(fā)展趨勢。教學中既傳授基本知識,又注重基本技能、工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),將“理論是基礎,實踐是保證,應用是重點”[1]的教學理念貫穿于實踐教學各環(huán)節(jié)之中,逐步形成一個由“認識實習、金工實習、課程實驗、數(shù)控技能培訓、數(shù)控競賽、數(shù)控加工工藝分析與數(shù)控加工編程課程設計、生產(chǎn)實習、創(chuàng)新實踐、畢業(yè)設計”等九個環(huán)節(jié)組成的實踐教學體系,如圖1所示。實踐教學按照“傳承性,階梯性,連續(xù)性,創(chuàng)新性”的思想進行設計。在實踐教學中,按照工程實踐教育、認識與訓練、實驗與實踐、技能培訓與課程設計、創(chuàng)新實踐與畢業(yè)設計五個層次,形成階段化、模塊化的教學過程,將工程實踐能力培養(yǎng)由淺入深、循序漸進,貫穿于教學的各個環(huán)節(jié),合理設計實踐教學體系中的各環(huán)節(jié)及其內(nèi)容,培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。
數(shù)控技術應用實踐教學體系分五個層次貫穿于整個本科教學的全過程:
第一層次:學科教授做學科講座,觀看數(shù)控加工錄像資料,參觀學校教學設施,培養(yǎng)學生學習數(shù)控技術的興趣。
第二層次:校內(nèi)外結合,開展認識實習和金工實習,進行機械工程認識與訓練。
第三層次:實驗、實踐、設計和創(chuàng)新實踐結合,進行數(shù)控技術應用實驗與實踐教學。
第四層次:將數(shù)控技能培訓和課程設計相結合,培養(yǎng)學生利用數(shù)控實踐知識分析問題和解決問題的能力;并組織學生參加數(shù)控大賽、進行數(shù)控技能訓練。
第五層次:開展廣泛的創(chuàng)新活動,并通過畢業(yè)設計,提升學生分析問題、解決問題的能力。
2數(shù)控技術及應用實踐教學體系結構
2.1認識實習
新生入校的第一學期,組織學生觀看數(shù)控加工錄像資料,請專家教授進行數(shù)控加工技術講座,組織學生參觀學校實驗室的數(shù)控教學設備,在校外工廠參觀先進的數(shù)控加工設備及數(shù)控加工過程,使學生對數(shù)控技術有一個感性認識,提升學生學習數(shù)控技術的興趣。
2.2金工實習
學生金工實習的過程中,設置數(shù)控機床操作和自動編程等兩個數(shù)控技術的實習項目。在數(shù)控機床操作項目中利用教學型數(shù)控機床所含有的簡易自動編程軟件,讓學生自己設計加工圖案,然后自動生成加工程序,再在蠟塊或有機玻璃上雕刻出所設計的圖像,這樣極大的激發(fā)學生的學習熱情。在自動編程項目中要求學生在CAXA制造工程師軟件中完成三維實體造型,然后根據(jù)教師提示完成加工工藝設置,生成數(shù)控加工刀具路徑,最后生成數(shù)控加工程序。完成比較好的程序還可以上傳到數(shù)控機床上,加工出零件來。
2.3課程實驗
通過認識實習和金工實習,學生對數(shù)控技術建立了一個初步認識,第三學年開設數(shù)控技術及其應用課程,在課程中開設教學實驗,實驗教學圍繞課堂教學內(nèi)容設置,加深學生對所學知識的理解。課程實驗開設數(shù)控機床認識實驗、數(shù)控原理實驗、數(shù)控編程實驗和數(shù)控機床操作等四個基本實驗。數(shù)控機床認識實驗通過對工業(yè)用數(shù)控機床觀察,了解數(shù)控機床(如SK50數(shù)控車床、XK715D數(shù)控立式銑床、DK77型數(shù)控電火花線切割機、數(shù)控電火花成型機等)的基本結構、加工對象及其用途;了解FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng);掌握數(shù)控機床(如SK50數(shù)控車床、XK715D數(shù)控立式銑床等)的坐標系建立、基本運動和回零操作。數(shù)控原理實驗通過對華中數(shù)控生產(chǎn)的HED-21S數(shù)控系統(tǒng)綜合實驗臺的拆裝調(diào)試,要求學生了解數(shù)控系統(tǒng)的特點、基本組成和應用;了解數(shù)控系統(tǒng)常用部件的原理與作用;熟悉常見數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床的連接與基本調(diào)試操作。數(shù)控編程實驗通過在浙大辰光軟件和宇龍數(shù)控仿真模擬軟件上完成指定零件的數(shù)控加工程序編制與調(diào)試,使學生掌握數(shù)控加工程序的手工編制方法與程序調(diào)試技巧。數(shù)控機床操作實驗,通過對CGM4300B數(shù)控銑床的操作,在蠟塊上加工零件,使學生了解數(shù)控銑床的基本特點和機床坐標系的建立;掌握數(shù)控機床常規(guī)操作方法,重點學習數(shù)控機床回零操作、手動對刀操作、工件坐標系設定、程序輸入與編輯、程序調(diào)試、自動加工等操作。
2.4數(shù)控工藝技能培訓
數(shù)控高級人才的培養(yǎng),必須十分注重學生動手能力的培養(yǎng),我們在課余時間,充分利用學?,F(xiàn)有的資源,對學有余力且對其感興趣的學生進行120學時的數(shù)控加工工藝培訓,培訓分為數(shù)控工藝分析、自動編程軟件(CAXA制造工程師)的應用、數(shù)控機床操作等三個方面。數(shù)控工藝培訓要求學生通過培訓具有基本零件的工序劃分、刀具卡具的選擇、工藝基準的制定、切削用量的選擇和切削液的選擇等數(shù)控加工工藝分析與設計能力。自動編程軟件的應用要求學生通過培訓,掌握功能齊全的實用型自動編程軟件,如MasterCAM,Cimatron,Delcam,CAXA等自動編程軟件,利用這些軟件編制較為復雜的零件或模具加工程序,同時具有駕馭目前國內(nèi)市場上流行的集成度高的諸如CATIA、Pro/E、UG(Unigraphics)等CAD/CAM軟件的能力。數(shù)控機床操作培訓要求學生熟練掌握數(shù)控機床的各種基本操作,掌握加工程序的輸入與加工程序調(diào)試,掌握自動編程后的程序傳輸方法,掌握在線加工方法??傊?,通過數(shù)控培訓增強了學生的數(shù)控技術實踐能力,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。數(shù)控技能培訓將數(shù)控技術理論與實踐有機結合,鞏固理論知識,培養(yǎng)學生的動手能力。
2.5數(shù)控加工工藝分析與數(shù)控加工編程課程設計
為加強學生的數(shù)控技術實踐能力,機械設計制造及其自動化專業(yè)在學習了數(shù)控技術及其應用與數(shù)控加工工藝等課程后,安排數(shù)控加工工藝分析與數(shù)控編程課程設計,要求學生從零件圖的識圖開始,通過數(shù)控加工工藝分析和設計,選擇刀具、卡具(包括專用卡具的設計),然后編寫數(shù)控加工程序,并對其進行調(diào)試,最后操作數(shù)控機床,加工出要求的零件來。課程設計兩周時間,要求每個學生零件圖都不相同。課程設計開設后收到了良好的效果,達到了預期的目的。
2.6數(shù)控技術創(chuàng)新實驗
重視創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié),大力發(fā)掘資源,調(diào)動學生的主動性和創(chuàng)造性,根據(jù)不同年級的特點,分層次開展開放性數(shù)控創(chuàng)新實踐活動,要求學生根據(jù)學?,F(xiàn)有的設備狀況及自身的理論知識與教師一起設計創(chuàng)新實驗,并在實驗的基礎上逐步完善設計內(nèi)容。數(shù)控創(chuàng)新實踐活動基本上圍繞三個方面進行,一是圍繞產(chǎn)品建模、系統(tǒng)仿真、NC代碼生成、網(wǎng)絡傳輸?shù)搅慵臄?shù)控加工進行;二是圍繞數(shù)控系統(tǒng)構建、普通機床的數(shù)控化改造、專用機床控制系統(tǒng)的模擬設計等內(nèi)容進行,三是圍繞數(shù)控機床的故障分析與數(shù)控機床的維護維修等內(nèi)容開展。通過創(chuàng)新實驗的設計,培養(yǎng)和強化學生綜合運用知識的能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。
2.7生產(chǎn)實習
我們始終將生產(chǎn)實習環(huán)節(jié)視為強化教學效果、實現(xiàn)理論聯(lián)系實際的最有效手段。對高層次數(shù)控人才培養(yǎng)來說,生產(chǎn)實習基地一般選擇在數(shù)控機床制造廠。要十分重視實習基地的建設,對已建成完善的實習教學基地,實現(xiàn)制度化的管理。為學生的實踐能力的提高搭建一個更好的平臺。
學生在實習基地實習內(nèi)容一般分為兩大部分,一是在數(shù)控機床組裝車間了解數(shù)控機床的裝配調(diào)試,包括電器部分裝配調(diào)試和機械部分裝配調(diào)試。二是在零部件制造車間掌握數(shù)控機床主要零部件的制造工藝過程,了解數(shù)控制造廠的工藝設計規(guī)程,掌握典型零件的數(shù)控加工工藝與數(shù)控加工程序的編制。三是跟隨數(shù)控機床維修人員進行售后服務,掌握數(shù)控機床維護維修的基本方法。通過生產(chǎn)實習,使學生進一步掌握數(shù)控機床的結構原理,更加了解數(shù)控加工工藝分析的方法和數(shù)控加工程序編制。更加強化學生的工程意識、工程實踐能力和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。
2.8數(shù)控競賽
利用校團委在校內(nèi)組織數(shù)控大賽或與兄弟院校的數(shù)控對抗賽,組織學生參加兩年一屆的六部委舉辦的全國數(shù)控技能大賽,促使學生帶著問題去學習,克服了學生理論學習的盲目性,提高了學生學習的興趣與積極性,更有利于學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的提高。
2.9畢業(yè)設計
通過理論、實踐、培訓、創(chuàng)新四位一體的教學過程,把數(shù)控技術基礎理論、實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)融為一體,在畢業(yè)設計中將這些知識綜合應用,培養(yǎng)學生綜合應用能力。學校高度重視學生的畢業(yè)設計環(huán)節(jié),所有指導教師深入現(xiàn)場獲得了第一手資料,結合現(xiàn)場實際,精心遴選題目,提供給學生科學、合理的論文題目。為部分學生選配現(xiàn)場工程技術人員為畢業(yè)設計指導教師。要求學生除查閱資料外,用一定的時間到現(xiàn)場去學習、調(diào)研。有條件的時候,學生可直接在現(xiàn)場完成畢業(yè)設計。通過各種方式將畢業(yè)設計與現(xiàn)場實際相結合,收到良好的效果。
3結語
數(shù)控技術在現(xiàn)代制造技術中的應用,最具代表性的是數(shù)控機床,所以數(shù)控機床的實訓應是整個機械工程實訓的重點內(nèi)容之一,數(shù)控機床的實訓時間占訓練時間的比例應大一些。常見的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心,這3種機床的數(shù)量多,具有代表性。對于一臺數(shù)控機床來說,包括4方面的內(nèi)容:制造、操作、編程和維修。實訓的主要內(nèi)容以操作、編程和加工簡單的零件為主,增加學生的感性認識為主要目的。
1.1合理安排數(shù)控機床實訓的時間由于機械工程實訓總學時的限制,青島農(nóng)業(yè)大學機械專業(yè)學生共實習4周。數(shù)控機床實訓的內(nèi)容較多,在訓練時間的安排上,數(shù)控車床2天、數(shù)控銑床和加工中心2天、其他數(shù)控機床1天,這樣既重點突出又全面。數(shù)控機床應用了先進的數(shù)控技術,和普通機床的實訓相比,講解的時間會多一些。一般操作講解、黑板上指令講解的時間約占1/2,讓學生能較深刻地理解數(shù)控機床是如何加工零件的;學生操作機床加工零件的時間約占1/2,使學生有較充足的時間增強對數(shù)控機床加工零件的感性認識??傊瑢嵱柕闹攸c雖為實踐,數(shù)控機床訓練的特點又決定了講解占了約一半的時間。
1.2合理安排數(shù)控機床實訓的內(nèi)容和方法在數(shù)控機床實訓中,操作、編程和加工零件是主要內(nèi)容。首先對照機床講解基本的操作;然后學習數(shù)控的編程知識;最后加工出零件。編程方法的講解,只能在黑板上講解組成程序的指令字、程序的格式等,然后編寫一個簡單的程序。數(shù)控機床的坐標系是主要內(nèi)容之一,機械坐標系、工件坐標系(編程坐標系)的概念,它們的作用是什么,必須結合編程才能講清楚。數(shù)控機床是按程序自動加工零件的,刀具沿程序指令的刀路運動切削工件,刀路的位置必須使用坐標系描述。所以,首先講清各種坐標系的概念,進而才能講清對刀等關鍵的概念,才能理解為什么在編程坐標系下編寫的程序可以在機床上加工出零件等問題。數(shù)控機床的實訓內(nèi)容應與數(shù)控機床理論課的內(nèi)容相輔相成,各有側重,通過數(shù)控機床的實訓為下一步學習數(shù)控機床理論課打下良好的基礎。數(shù)控機床實訓應以機床操作、編程、日常保養(yǎng)和安全使用為基本內(nèi)容,重點應放在編程和操作上。通過基本編程知識和操作的學習,學生可具備基本的編程和操作能力,為了提高學生的實訓興趣和創(chuàng)新意識,可以讓學生自己設計一個簡單的零件,自己編程,經(jīng)指導教師檢查無誤后上機加工;或者編程加工一些有趣的零件。如:數(shù)控車床上可以加工仿真子彈、仿真酒瓶等;數(shù)控銑床上可以加工一些漢字,如“歡迎實習”等。
1.3手工編程和自動編程數(shù)控編程分手工編程和自動編程,形狀復雜的零件加工程序只能由計算機自動編程來完成。在實訓內(nèi)容上,應手工編程和計算機自動編程并重。手工編程是數(shù)控車床實習的基本內(nèi)容,通過手工編程加工簡單的小零件,是普遍采用的訓練方法。但隨著計算機技術的發(fā)展,CAD/CAM在機械加工中的廣泛應用,計算機自動編程也應是數(shù)控機床特別是數(shù)控銑床實習必講內(nèi)容之一。由于實訓時間的限制,這部分的內(nèi)容較多。所以,可以精簡為由實習指導教師通過一個例子演示給學生看,邊演示邊講解,講明形狀復雜及包含曲面的零件或模具的加工必須用計算機自動編程的方法編程,然后加工成所需的零件或模具。自動編程是通過計算機軟件完成的,常用的具有計算機編程功能的軟件有:CAXA、UG、Cimatron、Pro/E等。
1.4數(shù)控機床仿真軟件的應用機械工程實訓場地往往有限,數(shù)控機床價格較貴,配備的數(shù)控機床的種類和數(shù)量有限,平均到每一名學生的上機操作時間較少。為了解決這個矛盾,可以安排一定的時間,讓學生在機房使用數(shù)控機床仿真軟件練習數(shù)控機床的操作、編程和加工仿真。也可以不做統(tǒng)一安排,讓學生課后根據(jù)自己的情況自由上機練習。數(shù)控機床實訓的內(nèi)容多,時間相對較少,一定要制訂詳細可行的實訓計劃,明確每天的訓練任務、訓練目的、訓練方法和訓練設備。這樣學生面對從未見過的設備就不會感到茫然,教師指導學生也會有條不紊,順利完成實訓任務。
2演示教學法的應用
2.1什么是演示教學法由于機械工程實訓總學時的限制,學生不可能自己動手操作每一種機床,特別是一些比較危險、貴重和精密的設備,比如高壓水切割機床、三坐標測量機以及電火花線切割、電火花成型等機床。為了解決這個矛盾,基于學校的實際情況,采用了演示教學的實訓方法。所謂演示教學法即指導教師講解機床的加工原理、操作方法、編程方法,然后自己操作機床加工一個零件演示給學生看。通過演示教學的實訓方法,解決了實訓內(nèi)容多時間少、機床有限及教師有限的矛盾,還可以給學生打下進一步學習研究的基礎。
2.2以電火花線切割為例電火花線切割屬于特種加工,特種加工是利用電能、化學能、光能或聲能等能量對工程材料進行加工的工藝方法。在特種加工中,加工工具(廣義的刀具)、加工工件與傳統(tǒng)的機加工不同,一般不是采用機械力加工,在實習時學生首先會想到加工工具是怎樣加工工件的。所以實習指導教師在實習的開始,應首先講明電火花線切割的加工原理。實習步驟如下:(1)指導教師啟動機床,用薄鋼板切割一個小五角星演示給學生看。學生發(fā)現(xiàn)一根很長的光滑的金屬鉬絲可以切割鋼板時,一定感到吃驚,想知道它的加工原理是什么。(2)在切割小五角星的過程中指導教師講解加工的原理,舉一個日常生活中簡單的電火花放電的例子:我們平時開關電器或插拔插頭時,會發(fā)現(xiàn)有時有電火花放電,嚴重時開關或插頭的導電部位有被燒的痕跡,甚至掉渣。電火花線切割的加工原理就是利用電火花放電產(chǎn)生的熱量使金屬被燒腐蝕而起到切割的作用。講完這個常見的現(xiàn)象后,再講電火花線切割的加工原理,學生就感到易于理解了。(3)指導教師再講解機床的操作方法。(4)簡單講解編程的方法,整個過程大約45min。
3多媒體技術在機械工程實訓中的應用
隨著計算機技術的飛速發(fā)展,計算機的多媒體技術和仿真技術已經(jīng)應用于各行各業(yè)。機械工程實訓是一種實踐教學活動,但是計算機的多媒體技術和仿真技術在機械工程實訓中也能發(fā)揮重要的作用。由于實訓的內(nèi)容不可能面面俱到,在學生實習完基本的內(nèi)容后,可利用多媒體技術補充和總結,會起到良好的教學效果。
4結束語
關鍵詞 數(shù)控仿真模擬軟件;數(shù)控編程加工;教學質(zhì)量
中圖分類號:G434文獻標識碼:B文章編號:1671-489X(2012)15-0139-02
數(shù)控仿真軟件是一款在計數(shù)機中進行數(shù)控操作加工仿真的專業(yè)軟件,可以同時進行刀具軌跡和機床運動仿真。數(shù)控仿真軟件采用三維顯示及虛擬現(xiàn)實技術,對數(shù)控加工過程的模擬達到極其逼真的程度,并且機床的運行過程和虛擬的工廠環(huán)境也能被模擬出來,以檢驗加工過程中可能存在的問題。目前,比較常見的數(shù)控仿真軟件有斯沃仿真、上海宇龍、南京宇航等。
1 數(shù)控加工仿真軟件應用于數(shù)控編程與加工教學
中的必要性和可行性
數(shù)控編程與加工主要講授數(shù)控車銑床、加工中心的編程、工藝及機床的操作等內(nèi)容,是一門工科院校數(shù)控專業(yè)學生所必須掌握的專業(yè)課,具有較強的理論性和實踐性。但在傳統(tǒng)的數(shù)控教學中,教師的理論教學只能在課堂上進行,涉及機床的具體操作時,學生只能憑想象,因此很難掌握相關數(shù)控知識。數(shù)控仿真軟件就解決了上述問題。它利用計算機仿真技術,把數(shù)控機床搬到計算機中,搬到教室里,利用投影儀把機床和機床操作面板顯示在投影儀上,教師利用仿真軟件邊講理論知識邊實踐,把所講理論知識落實在機床操作中。這樣一來,教師可以講一段就操作一下機床,使理論知識很好地和實踐結合。同時,仿真軟件可以把實習車間搬到教室,教師講完課程后可以布置實際操作的作業(yè),讓學生在計算機上進行仿真加工,加工出工件后可以利用仿真測量功能進行測量,檢驗加工零件的準確性,系統(tǒng)能自動判斷對錯,并給出成績,大大提高教學效率。
2 教學過程中的仿真應用
對于初次接觸數(shù)控編程加工的學生來說,往往難以理解不同床身的運動差異,對各種指令的刀具運動軌跡的判斷力不強,對工藝參數(shù)的選擇會影響加工結果的認識不深。
在教學過程中,使用數(shù)控仿真模擬加工軟件對數(shù)控機床的床身運動、刀具軌跡、工藝參數(shù)選擇進行仿真講解,可以較大地提高學生對數(shù)控加工過程的理解,加深對數(shù)控編程指令的認識,培養(yǎng)對工藝參數(shù)選擇的能力。下面以實例的形式分別說明上海宇龍仿真軟件在數(shù)控車床編程與加工重要章節(jié)的教學中的應用。
2.1 數(shù)控仿真軟件在數(shù)控編程加工中的應用
學生在傳統(tǒng)的課堂教學中進行編程部分的學習時,只能憑想象進行,對加工代碼的含義以及代碼格式的應用已經(jīng)是感到難以理解,還要去想象工件的結構特點如何選用合適的數(shù)控加工代碼表達出來就更困難了。例如,講述G71粗車循環(huán)代碼以及介紹其代碼的特點時,單憑教師的黑板教學模式,學生是很難理解和掌握的。因此,在教學中利用數(shù)控仿真模擬軟件描述G71粗車循環(huán)代碼的應用,它完全模擬真實數(shù)控機床的操作面板和屏幕顯示,能對編寫的程序刀具切削加工路線的正確性進行驗證,操作安全、方便。這樣就可看到真實的二維或三維仿真加工過程(如圖1、圖2所示);可以很直觀地觀察工件在加工過程中出現(xiàn)的各種情況;可以幫助學生更迅速地掌握數(shù)控機床的操作,過程逼真;可以使學生在仿真操作過程中產(chǎn)生真實感,讓學生更快地熟悉數(shù)控加工過程,掌握各類數(shù)控機床的基本操作和數(shù)控系統(tǒng)的編程指令。
2.2 對刀操作的仿真應用
對刀操作是進行數(shù)控加工前必須完成的操作步驟。對刀的目的是確定程序原點在機床坐標系中的位置,對刀點可與程序原點重合,也可在任何便于對刀之處,但該點與程序原點之間必須有確定的坐標聯(lián)系。如果用傳統(tǒng)的教學方法,僅在課堂上紙上談兵,大多數(shù)學生都難以理解;如果利用模擬軟件一邊演示一邊教學,通過車刀和工件的運動就能很好地幫助和引導學生理解這部分內(nèi)容。
例如,將工件對刀基準點建立在工件的右端面軸心處,應用數(shù)控加工仿真軟件的模擬功能演示如下:1)用外圓車刀先試切表面B,測量外圓直徑后,按OFSETSET補正形狀,輸入“外圓直徑值”,按“測量”鍵,刀具“X”補償值即自動輸入到幾何形狀里,如圖3所示;2)用外圓車刀再試切外圓端面A,按OFSETSET補正形狀,輸入“Z 0”,按“測量”鍵,刀具“Z”補償值即自動輸入到幾何形狀里,如圖4所示。
3 數(shù)控加工仿真軟件使用中應注意的問題
適度、合理地利用模擬軟件可增強數(shù)控教學效果。教師應十分重視它在教學中的應用方法,但還需擺正它在教學中的位置,既不能完全依賴它,而放棄教師在教學中的引導作用,也不能在教學中只采用粉筆、黑板的教學模式而忽視模擬軟件的應用,應該科學、充分地發(fā)揮它在教學中的作用。作為加工模擬軟件,只是加工過程的模擬而非真實的加工,無法代替學生在真實切削加工中的感受,無法真正代替真實機床。以大連職業(yè)技術學院各種應用于數(shù)控教學的仿真模擬軟件來說,它們的操作面板和實際機床雖然相同,但與真實加工有很大的不同,包括切削深度和刀具的進給速度選擇與實際加工有些不同,操作步驟有所差別,而且還有不能對零件的加工質(zhì)量進行檢驗等問題;學生在使用中往往容易忽視切削用量的選擇、數(shù)控刀具的選用、零件的裝夾方法以及加工質(zhì)量的控制,而學生一旦進行實際加工,便可能出現(xiàn)打刀、影響實際零件的加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)效率等問題。因此,模擬軟件只能用于學生練習掌握各種指令和操作的輔助工具,還須安排相應學時的數(shù)控機床實訓操作,通過實踐操作設備來彌補以上的不足。
4 結束語
仿真技術已經(jīng)逐步成為數(shù)控教學過程中重要的手段,它既可以減少占用實驗設備的時間,又可以提高學生對數(shù)控加工的認識,更為學生提供了檢驗自行編寫程序正確與否的手段??傊?,將數(shù)控仿真軟件應用到數(shù)控編程與加工教學中,充分發(fā)揮其優(yōu)勢,能顯著提高教學質(zhì)量。
參考文獻
考慮到到數(shù)控設備價格的因素,我們選定了一種能在計算機上進行手工編程和自動編程、并能動態(tài)模擬加工軌跡、與數(shù)控機床有良好數(shù)據(jù)接口的MasterCAM軟件。下面本人就Master CAM在數(shù)控教學中的應用,談談如何運用。
一、利用MasterCAM進行手工編程,并進行程序校驗
數(shù)控程序的手工編制是計算機自動數(shù)控編程的墓礎,應用計算機進行數(shù)控加工自動編程最終也還要經(jīng)過后置處理轉換成NC程序代碼。作為數(shù)控技術人才,不僅是數(shù)控技術的應用者,更應該是數(shù)控技術的開發(fā)者。因此要使學生知其然并知其所以然,手動編程是學生熟悉并掌握NC程序基本原理的一個重要途徑。但數(shù)控指令枯燥、不易記憶,編寫的程序又不能得到實現(xiàn),學生學習的興趣不高,也得不到應有的實際動手的訓練。同時對同一零件編程,學生編寫的程序會有多種,老師批改作業(yè)、檢查學生掌握情況也十分困難。這一難題在MasterCAM系?y中就迎刃而解了:只要將NC代碼輸入該系統(tǒng),通過加工軌跡校驗,NC程序的結果就非常直觀地仿真出來了。
二、設置工藝參數(shù),定義零件加工工藝
利用MasterCAM系統(tǒng)中的CAD繪圖建模功能繪制生成三維零件模型,或利用該系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口將在其它CAD系統(tǒng)中做好的零件模型,然后綜合運用所學過的如《機制工藝》、《金屬切削機床》等課程的相關知識,選擇合適的加工工藝方法,安排零件的加工工序,確定粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具、切削用量、進退刀路徑、主軸轉速等參數(shù)后,該系統(tǒng)便自動計算出機加工余量,并動態(tài)顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀位軌跡和機床代碼,省去了人為編制NC程序的煩惱。這一過程將數(shù)控編程、制造工藝、刀具、數(shù)控機床、數(shù)控加工等課程有機地結合起來,使學生覺得以前所學的知識不再孤立、枯燥,在數(shù)控技術課程中達到了融匯貫通,并在計算機上變得生動、形象起來,鞏固了學生的加工工藝方面的知識,強化了利用Mastercam系統(tǒng)數(shù)控教學的效果。
三、利用MasterCAM系統(tǒng),對計算機計算的刀具軌跡進行模擬仿真
MasterCAM特有的模擬仿真功能,可以進行三維動態(tài)仿真加工,每個學生都有模擬加工的機會,省時間、省材料、省投人。在仿真過程中,刀具沿著所定義的加工軌跡進行動態(tài)加工,學生可以直觀地掌握數(shù)控加工的過程,判斷刀具軌跡的連續(xù)性、合理性,是否存在刀具干涉、撞刀等情況,計算機計算是否正確,加深了學生對加工工藝的理解和對刀具軌跡的認識。通過對照加工后的結果,學生明白了不同的刀位軌跡,其加工結果有很大的差異實質(zhì)上,加工刀具軌跡定義的合理與否,與學生對零件加工工藝知識掌握的熟練程度有密切的關系。學生可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和綜合能力,對不滿意的加工結果重新進行零件建模或重新定義刀位軌跡,實現(xiàn)虛擬設汁與虛擬加工。
四、利用MasterCAM系統(tǒng)將刀具軌跡轉換成數(shù)控加工程序,通過計算機機床接口傳送,并控制數(shù)控機床進行實際加工
關鍵詞:數(shù)控加工 數(shù)控仿真軟件
數(shù)控仿真軟件是一款在計算機設備內(nèi)完成數(shù)控操作加工仿真的現(xiàn)代化專業(yè)性軟件,能同時展開刀具軌跡與機床運動的仿真。數(shù)控仿真軟件通過三維顯示與虛擬現(xiàn)實技術,使數(shù)控加工整個流程的模擬達到相當逼真的程度,進而檢驗加工環(huán)節(jié)里可能存在的不足。利用微型計算機的數(shù)控加工實驗教學系統(tǒng),可為學生知識的學習提供更真實的數(shù)控機床操作編程加工環(huán)境,可降低實際上機操作時因誤操作而帶來的機床與工件毀壞幾率,進而提升課堂教學質(zhì)量與學生實際工作能力。
一、數(shù)控仿真軟件在數(shù)控加工技術教學中的作用
第一,通過數(shù)控仿真軟件能夠彌補設備與師資缺乏,增強學生動手實踐能力,對學生技能操作熟練程度的提升更有利。利用仿真軟件展開模擬操作,可為學生提供更多的實習機會,縮短新授知識轉變?yōu)榧寄艿闹芷?。如一個班級中約有30個人,3臺機床,平均每臺機床約10個人,每次實習時間約3小時,而每個人的實際操作時間僅有18分鐘,在如此短暫時間內(nèi),很難達到預期的效果。若我們利用每所學校均有的微機室,將3小時換作與實際機床基本相同的仿真操作的話,可保證所有學生均有足夠時間來動手,提升操作熟練程度,為下一步實際操作做足準備。
第二,提供了多類機床與多類系統(tǒng)?,F(xiàn)今數(shù)控機床的種類與系統(tǒng)廠家相當多,教學時可結合需要選擇對應機床與系統(tǒng)完成對學生的授課,增強了學生對不同數(shù)控系統(tǒng)與不同數(shù)控機床的適應能力。
第三,通過數(shù)控仿真軟件可更好結合理論學習,實現(xiàn)同步教學。若通過仿真軟件一邊演示一邊教學,借助車刀與工件運動來顯示指令軌跡,學生更易理解,還可親手操作以加深認識,理論與實踐相互融合,增強了教學質(zhì)量。
二、數(shù)控加工技術課程的數(shù)控仿真軟件教學要點
1.引導學生正確選用數(shù)控加工仿真系統(tǒng),提高教學質(zhì)量
數(shù)控仿真軟件可通過計算機把所編制程序,在二維圖或三維圖的基礎上通過動態(tài)方式把整個數(shù)控加工過程更生動地展現(xiàn)出來?,F(xiàn)今有影響力、有代表性的數(shù)控仿真軟件包括上海宇龍、斯沃仿真、南京宇航等。但具體選擇哪種仿真軟件,還應綜合分析仿真系統(tǒng)里操作面與實訓教學機床的匹配性,保證仿真系統(tǒng)里所用到的數(shù)控系統(tǒng)應與教材教學選擇的數(shù)控系統(tǒng)或機床相符,并考慮數(shù)控仿真系統(tǒng)功能是否滿足教學要求與仿真軟件及CAD/CAM軟件配套性,如通過CAD/CAM軟件后置處理所生成的程序可否調(diào)入仿真系統(tǒng)進件虛擬加工,在仿真軟件運行驗證符合要求的程序可否在真實機床里加工等。筆者學校在實際操作中選用了上海宇龍數(shù)控仿真軟件,軟件基本可兼容目前國內(nèi)已有的大部分數(shù)控系統(tǒng),如FANUC、SIEMENS、廣州數(shù)控等。仿真軟件完全模擬真實的數(shù)控機床操作,能清晰仿真整個數(shù)控加工環(huán)節(jié)。學生在學習過程中能夠更快速地了解數(shù)控機床編程與操作技能。
2.科學應用仿真軟件,增強學生學習興趣
過去在黑板上講授不同按鍵名稱、作用與操作方法,實質(zhì)上是一件費力不討好的事,學習者感覺枯燥,教師也乏味。但若將數(shù)控仿真軟件用于數(shù)控加工技術課程中,學生所編程序能夠直接在計算機數(shù)控加工仿真軟件中進行模擬加工演示。由于機床操作面板的使用及零件加工過程均與實際加工情況類似,學生可從任意角度了解、掌握數(shù)控機床加工過程,毛坯加工變作成品的過程真實形象,更利于知識點的掌握。利用數(shù)控仿真軟件,基于學生學習中遇到的各種困難及問題給予講解、引導、示范操作,可以克服所有的學習困難,解決問題,增強學生學習興趣。此外,數(shù)控仿真軟件再先進,終究不是真實的,數(shù)控系統(tǒng)種類多,統(tǒng)一數(shù)控系統(tǒng)應用于不同廠家生產(chǎn)的數(shù)控機床上,實際操作中也存在諸多差異,研發(fā)人員無法全面掌握這些具體細節(jié),仿真軟件產(chǎn)品會出現(xiàn)一些與真實機床不同的感覺。教師還應為學生清楚講述軟件與實際機床不符之處,并結合機床真實情況為學生展開針對性教學,以免讓學生出現(xiàn)誤解,不利于將來機床編程與實操。
3.合理安排教學內(nèi)容,循序漸進掌握數(shù)控知識
數(shù)控加工技術課程教學中應合理安排教學內(nèi)容,在教學前將知識點給予有效安排,大致分作三個模塊,即基礎模式、提高模塊與拓展模塊。首先,基礎模塊重點講述訓練中常用到的FANUC數(shù)控系統(tǒng)相關數(shù)控車床、數(shù)控加工中心編程方法、操作及應用知識,該模塊屬于教學基礎,也屬于教學的重點,要求學生務必熟練掌握,并能做到知識的靈活運用;其次,提高模塊重點講述并訓練SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)相關三種機床編程與操作,增強學生在不同數(shù)控系統(tǒng)下進行不同數(shù)控機床編程的操作能力與理解能力;最后,拓展模塊重點講述國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)里的華中數(shù)控系統(tǒng)與廣州數(shù)控系統(tǒng)里的數(shù)控車床編程及操作技巧,拓寬學生知識面,增強學生對不同操作系統(tǒng)、不同操作面板的編程及實踐操作能力。唯有如此,學生方可更牢固地掌握各種數(shù)控加工知識,步入社會后能盡快適應崗位工作要求,提高工作能力。
4.仿真軟件學習與機床實際操作訓練同時進行
數(shù)控仿真軟件不僅可用于數(shù)控加工技術課程教學中,還可作為數(shù)控操作技能訓練輔助工具。教師應擺正數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學中的位置,不可讓學生養(yǎng)成一味依賴數(shù)控仿真軟件的習慣,而忽視了機床實際操作練習的重要性。教師需結合課程總共的學習時間,科學分配仿真軟件學習與機床實際操作訓練二者的時間比例,充分認識到數(shù)控仿真軟件的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在入門基礎訓練上,而學生實踐操作技能的提升關鍵還是要通過大量的機床實際操作訓練。學校需合理制訂教學計劃,在數(shù)控仿真軟件課程學習前,就先組織學生到附近工廠實習,讓學生對各類加工方法有更深的感性認識。同時,數(shù)控機床課程與數(shù)控加工工藝課程也應安排在數(shù)控仿真軟件學習訓練前,讓學生掌握更多機床操作方法、加工方法與切削用量選擇方法,更利于學生理解與掌握數(shù)控仿真各環(huán)節(jié)要點,進而讓數(shù)控仿真軟件真正在數(shù)控加工技術課程中發(fā)揮作用,達到“砍柴不誤磨刀功”之效。
總之,數(shù)控仿真軟件將逐漸變成我國數(shù)控教學中的主要手段,不但能夠解決占用過多實驗設備時間的問題,還可提升學生對數(shù)控加工的認識,還可為學生提供檢驗自行編寫程序正確性的有效手段。不過,把數(shù)控仿真軟件應用于數(shù)控加工教學里也有諸多不足,在應用過程中還應不斷改進與完善,使其更好為數(shù)控教學服務,提高教學質(zhì)量,為社會培育出一批批實踐能力強的新型數(shù)控人才。
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