浅谈提高数控实践教学效果的方法

[摘 要] 数控技术已广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是现代制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。为了适应这一发展形势，提高中国机械制造水平，必须大力发展数控加工技术的教育。职业教育作为培养技术人才的基地，不但要有自己的特色，还必须拓宽视野，更新知识，改进教学方法，培养学生具备能够迅速更新知识以适应相应的行业或职业要求的能力。

[关 键 词] 数控技术；实践教学；主体关系；任务驱动

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2015）22-0088-05

数字控制技术（Numerical Control，NC），是用数字化信号进行控制的一种方法。数控技术是与机床的自动控制密切结合而发展起来的，如今数控技术已广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是现代制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。据统计，目前我国的机械设备的数字自动化率不到30%，而外国机械设备的数字自动化率已达到85%以上，与国外的差距明显。为了适应国际潮流，制造业必须转型，也就是说现代制造业中的电子、五金模具、精密仪器、汽车、造船、飞机等必须广泛使用到数控技术，以增强企业的竞争力。这就需要很多的掌握数控技术的人才，特别是具有有创造性思维的技术人才。职业教育作为培养技术人才的基地，为了适应新形势，要拓宽视野，更新知识，改进教学方法，培养学生要具备能够迅速地更新知识以适应相应的行业或职业要求的能力。数控技术的学习动手能力要求很高，实习教学是数控专业教学的主要内容，它体现学生对所学专业的技能训练掌握的程度。技能在数控专业中起主导作用。要想上好实习课，可以从以下几个方面入手。

一、认真准备和设计好“绪论课”与第一次实习课

（一）讲好“绪论”

每当学生第一次学习接受新的学科，总是有强烈的好奇心。他们渴望了解这门课程，渴望了解课程与生产之间的关系，在他们的脑海里涌现出了很多问题。所以，讲好“绪论课”关系到学生将来如何提高学习兴趣、增加学习主动性。教师应努力说好“绪论课”，培养学生的求知欲望，鼓励学生真正想学习这门课程，我们可以用下面的方法：

1.教师通过具体的数据和例子，描述课程和生产之间的关系。如对数控加工实习，就可以提出问题——在国家经济中，几乎所有生产过程都与制作机械零件是分不开的，像电脑、自行车、汽车、大飞机火箭航天器等。但这些零件是如何由数控加工出来的呢？学生们提出了很多疑问，提出疑问的过程就会提高他们的想象力，促使他们去思考和研究。

2.充分利用现有的电教片，介绍课程的主要内容。电教片的视听节目内容最好是生产过程的实际的记录，它可以帮助学生了解实际提高学习兴趣。

3.组织学生实地参观工厂的生产车间，观察数控加工生产过程，增加学生的感性认识，让学生了解数控实习课程的重要性。

（二）上好第一次实习课

最初的学生实习就是要让他们意识到这门课程的重要性，使学生产生浓厚的学习兴趣。例如，在第一次上实习课时，首先介绍数控机床的坐标系，使学生认识到坐标系在数控加工中的重要性，知道没有坐标系就没有数控加工。接着，介绍数控加工的工件装夹，使学生知识没有装夹好工件就不能加工出来合格的零件等。最后，用标准化语言来表达数控加工等操作的全过程，使学生对数控加工有一个较为全面的认识。每当第一次实践后，有很多学生都会询问各种各样的问题，有的学生甚至问NC在工厂是有多重要？有多少人在这个部门？他属于高科技的操作工吗？将来他们会到工厂的哪个部门工作等。学生所思考的问题促使我们认真地去思考以后如何更好地去教学，以提高学生的学习积极性。

大部分学生有可能上过第一课就能够对数控加工技术有一些领会，能够激发学生的学习兴趣，所以，讲好“绪论”课以及做好第一次实习课的准备工作是相当重要的。

二、授课过程中要注意理论联系实际

开机实习之前，要对所准备实习的内容进行理论讲授，并适当提出问题，引导学生思考问题，提高学生的求知欲，为学生自己动手做准备。如在数控编程中，代码G02表示刀具在指定平面内按给定的进给速度F做顺圆插补，代码G03表示刀具在指定平面内按给定的进给速度F做逆圆插补，运行方式如图1所示，用R编程时圆弧选定办法如图2所示，各代码意思如表1，其编程格式是：

表1 顺圆插补G02与逆圆插补G03

在讲这个编程格式时，提出几点要注意的问题：

（1）整圆不能用R编程。

（2）R为圆弧的半径。R为带符号数“+”表示圆弧角小于或等于180°；“-”表示圆弧角大于180°。

（3）I0、K0可以省略。

（4）X、Z同时省略表示终点和始点是同一位置，用I、K指令圆心时，为360°的圆弧。

（5）使用R时，表示0°的圆。

（6）编写程序如G02 R 时，坐标轴不移动。

（7）I、K和R同时指令时，R有效，I、K无效。

讲了这些理论后，就让学生自己开机操作，但教师一定要先示范，示范内容要贴合所讲的理论知识，输入程序时有时要故意做错，以引起学生的注意，如刚才所讲的注意点“整圆不能用R编程”，但教师在编程时就用R编程来编写刀具的整圆插补，运行机床，这时程序出错，机器运行不了这个程序。通过这种情况的出现，学生的印象就深刻了，在他们动手时就不会出现这种错误了。

三、正确处理好教师的主导作用与学生的主体作用的“关系”

数控实践教学中教师是组织人，学生是主动接受，教师和学生进行互动。因此，教师应创造各种学习条件的学生，使他们能够积极地和有意识地获取知识，充分体现了学生的主体作用，即：指导学生的学习积极性，激发学生的思维，并逐渐学会掌握数控加工，并找出其中的规律。

如数控机床的对刀是机器操作的基本技能，只有做好对刀并精确地确定了工件坐标系，加工出来的工件才能符合图纸的要求。很多学生知道对刀过程如何去做，且能确定工件坐标系，但对理论掌握不透彻，对刀具长度和尖端半径补偿不能完全理解，我是采用下面的方法进行介绍的。

首先，介绍刀位点的概念，让学生懂得刀位点是在编制加工程序时用以表示刀具位置的特征点。对于端铣刀、立铣刀和钻头来说，是指它们的底面中心；对于球头铣刀，是指球头球心；对圆弧车刀，刀位点在圆弧圆心上；对尖头车刀和镗刀，刀位点在刀尖；对于数控线切割来说，刀位点则是线电极轴心与工件表面的交点。

其次，向学生介绍对刀点的选择，指出对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。

再次，介绍刀具补偿的问题，指出在零件的一个加工程序内，常常需要使用多把刀，每一把刀的半径和长度等几何参数都不会一样。如果按每一把刀的参数进行编程，则很麻烦；刀具一旦磨损，又得修改程序。很显然必须避免这种情况。为了反映刀具参数的差异，则需要确定一个基准点或标准刀。每把刀的刀位点或长度相对于基准点或标准刀具的差值，称为偏移量。所谓对刀，就是使刀位点与对刀点重合并确定刀具偏移量的操作过程。采用刀具位置补偿功能，编程者编程时只要在程序中应用有关补偿指令，就可按零件轮廓进行编程；在程序运行前把所用刀具的半径和偏移量等参数在“刀具参数设定”界面输入数控系统，寄存在与刀具编号相对应的存储器中，数控系统会根据程序自动计算刀具刀位点轨迹，并按计算轨迹控制刀具运动，加工出所需零件轮廓来。在实际加工中，还可以通过增大刀具位置补偿值，利用位置补偿指令控制加工余量。当不需要进行刀具位置补偿时，可以用相关指令取消刀具位置补偿。刀具位置补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。由于刀具总有一定的刀具半径或刀尖部分有一定的圆弧半径，所以在零件轮廓加工过程中刀位点运动轨迹并不是零件的实际轮廓，刀位点必须偏移轮廓一个刀具半径，这种偏移称为刀具半径补偿。加工外轮廓表面和内轮廓表面时刀具半径补偿（如图3所示）。刀具长度补偿，是为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿，刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向（Z轴方向）的补偿，使刀具在Z轴方向的实际位移量大于或小于程序的给定量，从而使长度不一样的刀具的端面在Z轴方向运动终点达到同一个实际位置。加工零件长度时刀具长度补偿（如图4所示）。

最后在计算机上用绘图软件MasterCAM画出加工零件，编写出程序后进行仿真加工，对刀具运行轨迹进行分析，使学生直观地感觉到刀具运行轨迹，加深了解刀具补偿的实现方法，从而达到事半功倍的效果（如图5所示）。

四、引入“任务驱动”教学法进行实践教学

目前，我国的职业技能教育大部分课程与学生的能力、兴趣和目标有很大的差异。教师往往起着主导作用，学生坐着被动地接受知识，教师说什么学生学什么。接受能力强、思想较为活跃的学生会感到无聊，开始时思想上会开小差，接着会出现逃课等现象。而接受能力较差的学生可能会感觉到学知识难度太高而对学习失去兴趣和信心，也会出现厌学情绪。这种教学方法不能激发学生的学习积极性，很难让学生自主学习，难以提高学习效率。对这种情况的出现，教师就要对现行的教学方式进行改革，以最大限度地使不同能力的学生都能通过学习掌握一技之长，以便在以后的工作中能为社会作出自己的贡献。

为了避免这种现象的出现，我建议用“任务驱动”教学法。“任务驱动”教学是教师或学生依据教学要求提出“任务”的要求，以一个具体“任务”为线索，把教学知识点巧妙地隐含在每个“任务”中，学生自己或指导教师提出解决问题的思路和方法，然后进行特定的操作，教师引导学生边学习边动手以完成相应的“任务”。“任务驱动”的主体结构是：确定教学任务—任务规划—任务执行—任务评价。在数控实践课中，体现了“任务驱动”是让学生在一个典型的主题驱动的协作学习活动，教师帮助学生从简单到复杂、由易到难，一步一步地完成一系列的“任务”，使学生在整个学习过程中有一定的主动性，提高学习兴趣。

如要用数控铣床加工出一个私章（如图6所示），私章如何确定尺寸、如何用软件将私章绘制出来、如何选择刀具、如何确定加工参数、如何用软件进行编程、如何用电脑进行传送程序等，都向学生提出任务，在学生完成任务的过程中对学生进行指导，使学生有一定的主动性进行操作，出现问题首先让学生自行解决，解决不了的指导教师再进行指导，使学生能完成教学任务。当学生顺利完成教师布置的任务时，教师再将自己完成这个任务的方法告诉学生。下面是制作印章的主要过程：

首先，用MsterCAM进行绘图，确定印章毛坯大小为18mm×18mm，字体选用为楷体，字体大小为8mm，间隔为2mm，绘制出印章，绘制参数如图7所示，绘制效果如图8所示。

其次，是绘制出印章图形之后，用MsterCAM进行编程。

编程的第一步是进行刀具的选择，由于印章的加工只是对封闭图形进行粗铣和精铣，并且所有的岛屿在同一构图平面内，还有加工的毛坯是塑料，强度较低，所以选择立铣刀为加工刀具。立铣刀适合用于加工各种凹槽、台阶面以及成形表面的加工。其主切削刃位于圆周面上，端面上的切削刃是副切削刃，所以切削时一般不宜沿轴线方向进给。立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内，在这里立铣刀的直径取Φ2，以保证刀具能加工出印章较小位置，刀具大小如图9所示。刀具加工参数中的进给率查表取100 mm/min，提刀速度为1 500 mm/min，主轴转速取3 000 r/min，程序起始段号为100，程序段号间隔取10，具体参数选择如图10所示。

编程的第二步是“挖槽参数”的确定，加工方向选择采用“顺铣”，原因是顺铣的功率消耗要比逆铣时小，在同等切削条件下，顺铣功率消耗要低5%～15%，同时顺铣也更加有利于排屑。以提高被加工零件表面的光洁度（降低粗糙度），保证尺寸精度。“参考高度”是刀具在加工中途提刀时的高度，在保证提刀并水平移动刀具时刀具与工件不会碰撞的基础上，并在尽量节省加工时间的原则下选择参考高度为50 mm。“进给下刀位”是刀具在下刀过程中由快速靠近工件到刀具开始工作进给时工件毛坯表面与刀尖间的距离，在安全与快速的原则下选择进给下刀位为10 mm。“工件表面高度”主要是在设定工件加工原点时将那一点设置为Z0，为了对刀方便，选择工件上表面为Z0，即工件表面高度为0 mm。“深度”也就是私章挖槽的深度，选择在工件上表面下2 mm，也即深度取-2。“较刀长位置”是数控机床在加工工件过程中数控系统控制刀具的一个代表点，也就是刀位点。对于立铣刀一般取刀尖为刀位点，在这里就选择“较刀长位置”为刀尖。至于“XY方向预留量”和“Z方向预留量”是指机械加工中的精加工余量的设置，由于我们这里加工的是印章，没有尺寸公差和配合要求，所以我们没有取“XY方向预留量”和“Z方向预留量”都为0 mm，具体设置如图11所示。

编程的第三步是“粗切/精修参数的选择”，切削方式选择“平行环切”，主要原因是为了节省加工时间和较好的加工效果。“切削间距”选择为刀具直径的75%，也即0.15 mm，原因是刀具在切削过程中会一行一行地切削，两行之间的距离即为切削间距，应比刀具直径小，不然会有切不到的地方。切削间距越小，加工出来的表面质量越高，但速度越慢，在设置切削间距时要综合考虑各方面因素。（如图12所示）

编程的第四步是进行实体验证，点出操作管理中的实体验证（如图13所示），屏幕出现模拟加工环境，点控制板的运行按钮，即可自动进行模拟加工，加工效果如图14所示。

总结失败与教训，迅速提高自己的数控机床操作技能和数控编程方法的掌握，为走向社会、服务社会迈出坚实的一步。

参考文献：

徐宏海.数控加工工艺[M].中央广播电视大学出版社，2011.

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