關于數控車床實訓課程的教學探討

[摘要]職業技術教育的重要課程是實訓教學，根據實訓教學的特點和多年的實踐教學經驗，本文對數控車床實訓的教學環節和教學方法進行探討，旨在培養的學生成為集編程和操作于一身的高技能復合型人才，適應社會用人的需求。

[關鍵詞]數控車床 實訓課程 教學方法 操作技能

隨著數控技術的快速發展，數控機床在機械制造業中已經得到普遍應用。然而，目前我國在這一領域的技術人才還有較大的缺口，特別是集編程和操作于一身的高技能復合型人才，使職業教育中的實訓教學及技能培訓更凸顯出它的重要性和緊迫性。經過多年的教學探索和實踐，對數控車床操作的實訓教學方法予以探討。

一、工藝分析要科學

由于我國大多數中、小型企業(含私營企業)都沒有配備專門的工藝員和程序員，而職業學校大多數畢業生的就業方向就是這些企業。這就要求我們培養出的學生不但要具有較高的操作技能，而且還應具有較強的工藝分析能力。在職業學校的課程設置中，各個專業都設置了相關的專門工藝學，如數控車工專業設有《車工工藝學》、《數控編程與操作》等課程。但在理論教學與實訓教學過程中往往存在進度的不銜接和脫節。由于職業學校學生的文化基礎偏低，加上學而不專，應用能力較差，這就要求教師在實訓教學過程中，加強工藝分析這一薄弱環節的教學指導。我們的教學實踐是，對每一訓練課題及作業，學生分組進行工藝分析，再集中講評、分析各組方案的合理性、可行性。如圖1工件是筆者設計的一件高腳杯(材料為φ55圓鋼)，在學生實訓及技能培訓中曾多次加工。零件屬于薄壁、剛度差的中等復雜程度和難度的典型工件，要求一次裝夾全部加工完成。加工難點是：內R19、柄部及薄壁杯體。這樣的工件，工序的合理性尤為重要，一步工序編排錯，后面的加工就無法再進行。一次的教學實踐中，把學生分為五個組進行工藝分析，其中三個組的加工方案是先粗、精車內輪廓，再分段粗車外輪廓，最后精車全部外輪廓；一個組是先粗、精加工內輪廓，再用復合循環粗、精車外輪廓。還有一個組是先粗、精車內輪廓，然后用切槽刀先切槽(杯腳φ8)，再用尖刀粗、精車外圓弧等。我的講評是：五個組的加工方案都是先粗、精車內圓弧，工藝正確。若先加工外表面，因工件的剛度差，內表面就無法再進行車削。外表面加工：其中三個組的方案是先用循環程序加工R80，后加工R19、R8、φ8、R5，基本合理，可行。不合理的是切削余量分布不均，杯口處只有5mm，用外圓車刀一刀即可車出，而R19切點處有22mm，且用尖刀，至少要5次以上走刀才能車出，用循環程序，增加了杯口處空走刀時間。一個組是外輪廓用一組循環程序粗、精車，問題是切削余量相差較多(最小處5mm，最大處達47mm)，循環走刀次數達15~20次，空走刀時間約占程序運行時間一半，浪費時間，雖可加工，但效率太低，故工藝不合理。最后一組的方案是外輪廓加工時先切出φ8處的槽，后加工圓弧部分，思路不錯，φ8處用切刀切削確實比用尖刀車削要快、省時，但切出φ8外圓后，工件的剛性已變得極差，此時，杯口處的粗加工就相當困難。此方案只有思路，沒有實用性，不可用。結論是：三個組的工藝方案可用，一個組的不合理，另一個組的方案不能用。通過這樣的教學方式，不僅增強學生的思考能力、參與意識，讓學生各抒己見，還增強了學生的思維和工藝分析能力、提高零件加工的質量意識。采用這種教學方法，開闊了學生的思路，學到了知識并能靈活應用于實踐中。

二、刀具選用要合理

數控車床專用刀具雖已標準化、系列化，但實訓中使用的刀具相當部分還是要求學生自己刃磨。能根據加工零件的圖樣合理選用刀具，按形狀、幾何角度要求準確刃磨，這對在數控車床上使用的刀具尤為重要。若刃磨的刀具質量不高，角度不符合要求，將直接影響零件的加工質量、刀具使用壽命和生產效率。如零件圖1，刀具選用：

1.鏜孔刀選用高速鋼，形狀如圖2，幾何角度應根據輪廓形狀和尺寸計算。主偏角可根據圓弧的弦長計算。以14mm的弦長為例：如圖3，先計算出弓形的高度H，

三、節點計算要準確

零件圖樣的尺寸標注，只是基本尺寸的標注，對于一些輪廓的節點坐標值還需準確地計算出來，這就是編程前的數學處理，也是手工編程的關鍵之一。方法是首先進行條件分析，根據圖樣給定的已知條件，并按一定比例作圖；然后確定圖形的幾何關系并進行計算。以圖1高腳杯為例，需要計算的節點較多，如圖4的L及c、d點的X值和內輪廓的節點坐標值。

其他節點的坐標值，借助于代數、三角函數、平面幾何等數學知識即可求得。若能靈活、熟練地應用有關數學基礎知識，就能有效地解決計算中的實際問題。

四、程序編制講技巧

編程是實訓教學的重點。學生能根據圖樣的形狀和精度要求熟練的編程，是教學的最終目的。筆者的教學方法是：1.初期的編程由教師講授，學生領會和接受，學生使用的程序由老師編制。中期的教學是老師講解、提示，由學生自己編制。2.靈活應用系統功能，講究技巧。如廣數GSK928TA系統的圓柱錐面粗車循環(G80)，一個程序段即可完成一個外圓或錐面的進、退刀和車削過程。如FANCU、華中、廣數GSK980T系列系統的復合型車削循環(G70～G76)。還有早期的數控系統如常州BKC-1系統等的局部循環(G22、G80)等。均可由較少的程序段即可完成較為復雜的局部粗、精加工。如圖1的高腳杯，以加工外輪廓cdefg為例：φ8的柄部已車至φ33.6，以X軸向進刀，每次走刀的切削量為3.2mm，分為8次走刀，用局部循環(SGK928T：G87 )編制，程序如下：

……

N290 G00 X59.84 Z - 53.85

N300 G01 U- 4.2 F60

N310 G03 U-16.42 W-7.89 R19

N320 G02 U-8.9 W- 7.17 R8

N330 G01 W-19.09

……

一次局部循環的加工表面為4個，共用8個程序段，其余為工藝過程。若按常規的每次走刀編寫，則須 8×7共56個程序段。

由此可見程序簡化的方便性。但在使用局部循環指令時，關鍵在于確定程序循環的起點，如本循環體的N290段中的X59.84。若錯，不能保證零件尺寸，嚴重時會發出扎刀，甚至撞擊機床。方法是：(1)可用經驗公式計算

(2)也可用反推的方法確定，即一次一次走刀的推算，但此方法較繁瑣。

局部循環也可以調用子程序的形式使用，適用于大多數的數控系統，只是指令和格式略有不同。

最為簡便的是復合循環功能，如FANCU、廣數系統，用G73進行粗加工，G70調用精加工，程序如下：

……

N200 G00 X55 Z-53.85

N210X40

N220 G73 U13 W0 R0.08

N230 G73 P240 Q290 U0.2 W0 F100

N240 G01 X33.32F80

N250 G03 X16.9 W-7.89 R19

N260 G02 X8 W-7.17 R8

N270 G01 W-19.09

N280 G02X18 W-5 R5

N290 G00 Z-49.20

N300X150 Z50

……

對于局部循環、固定循環、復合循環等功能，若能靈活、熟練運用，可簡化程序，減少編程的工作量。

五、機床操作要熟練

不同的數控系統，在功能設置及其面板操作上存在比較大的差異，但其原理基本相同。

數控車床的操作：(1)面板操作要熟練。首先要熟悉面板的各功能鍵及開關，熟練進行手動、空運行、自動方式的操作，熟練進行程序的編輯并通過空運行或作圖，快速、準確地檢查程序的正確與否并進行修改。(2)工件坐標系的設定及對刀要準確。對刀、刀偏設置及工件坐標系設定準確與否，直接影響加工零件的尺寸，是關系到加工成敗的關鍵因素之一。(3)尺寸控制要掌握。機床精度、對刀操作的誤差都會造成零件加工的尺寸誤差。因此零件的首件加工時，必須留出一定的余量進行試車，經試車后即可準確調整控制尺寸。(4)解決實際問題要靈活。對數控機床的操作和車削加工過程出現的一些不可預見問題，比如：機床運行故障、機床參數、程序、操作等，還有很多的不定因素，如加工參數設置錯誤、坐標系建立的誤差、對刀、刀具磨損或崩刃造成的尺寸誤差等。

數控專業的實訓教學目標，就是要培養既有熟練的操作技能和編程技巧，又有較強解決實際問題能力的復合型人才。而科學合理的教學方法將能激發學生的學習熱情和探索精神，也是取得較好教學效果的關鍵所在。

參考文獻：

[1]方沂. 數控機床編程與操作. 國防工業出版社，2003.

[2]數控加工工藝學. 中國勞動社會保障出版社， 2001.

(作者單位：廣西機械高級技校；廣西柳州職業技術學院)

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”