數控加工中心改造及教學改革

摘 要： 本文針對數控專業實驗室中大型設備被閑置的情況，以一臺老式數控機床的改造為例，探討如何有效解決這類問題，從而更好地進行教學和科研工作，培養更多的高素質的機械專業人才。

關鍵詞： 數控加工中心 改造 教學實驗

我校機械學院在上世紀80年代初購置了一系列大型數控機床設備，其中1985年購買了一臺北京精密機床廠生產的JCS-018立式加工中心，采用FANUC—BESK 7M系統的全功能數控機床，7CM系統的全部功能由系統軟件實現，并組建了關于數控方面教學和研究的專業實驗室，開展了數控專業實驗教學。這種專業實驗教學是高等工科院校的一個重要教學環節，它對提高人才素質，特別是對大學生及研究生的工程實踐能力與創新能力的提高起著至關重要的作用［１］，為我校數控專業人才的培養作出了貢獻。

但這種具有高、精、尖特點的大中型數控設備在使用過程中常出現設備故障率高，需要按時定期維護，而且維護成本高，技術難點多，再加上學校后期管理中對這些設備沒有配備專門實驗人員，只是由教師和科研人員管理使用，資金短缺，維護不及時也不到位，致使這些設備除了教學實驗以外，基本上處于閑置和隱性退役狀態。目前，這種大型設備的閑置現象在我國高校中比較普遍，也比較嚴重［２］。

為了解決目前這一情況，有效利用這些閑置資源，在院領導的支持下，我們決定對JCS-018立式加工中心進行部分功能的維修及開發，保證其正常運轉，滿足教學和科研的需要。如果改造成功，將其作為試點，對其它大型閑置設備進行改造將有深遠意義。

一、改造前該機床本身狀況及使用情況

該機床從引進到現在，主要用于學校的教學實驗演示及科研，基本沒有用于產品的生產加工。改造前整個機床僅能做簡單的數控加工演示，經有關專家對該機床做詳細的檢查后，得出機床本身的狀況：

1.數控操作系統已經淘汰，用于教學已經不能滿足社會對該種人才的需要。

2.由于年代過長，機床電氣部分的一些電路已老化，系統主板存在一些問題。

3.數控程序輸入部分僅能靠人工輸入，紙帶傳輸機已經損壞，不能使用，而且長期沒用使用該機床，以致操作面板受潮，部分開關接觸不良。

4.自動換刀裝置已損壞，不能使用。

5.由于該機床實際使用工作時間不長，因此機床機械部分還相當完好，定位精度較高。

二、教學實驗中存在的問題

7CM數控操作系統年代過久，早已被社會上的企業所淘汰，學生沒有學習積極性；自動換刀裝置是數控機床區別與其它普通機床的一大特點，不能體現出來，使學生少了一次學習的機會；問題最為嚴重的是程序傳輸部分：紙帶傳輸裝置不能使用，在做教學演示時，必須人工逐句逐行地輸入，相當浪費時間，對于同個演示程序問題不大，但如若演示程序不同，每次就都必須重新輸入，教師很辛苦，同時也不利于學生學習，實驗時間本來就少而緊，由于輸入相當浪費時間，因此演示的內容很少，學生能親自上機操作的機會不多。現在教學演示基本上是簡單的程序，如果程序過于復雜，那么輸入時間就會很長，而課時根本不允許。

三、改造的內容及目標

根據目前設備狀況，較好的方案是因地制宜，發揮機床機械部分較好這一優勢，結合教學實驗中反映較為突出的問題，針對現有資金不多這一情況，首先對機床程序傳輸部分進行改造，實現用計算機直接或間接控制該機床進行加工。一方面可以提高數控編程技術教學實驗的水平和質量，進一步培養學生的基本動手能力和創新能力，充分發揮學生專業實驗的自主性，結合實際的生產需要，學習先進的現代機械制造技術，培養高素質的機械專業人才。另一方面可以利用教學實驗以外的時間，進行對外產品加工，實現效益創收，實現“以機養機”，即把對外加工產生的利潤作用機床的日常維護及機床進一步改造的費用。

四、實踐情況及效果

根據紙帶傳輸機的原理，我們對該機床程序傳輸部分進行了改造，實現了用計算機傳輸程序，目前正在用于教學實驗和教師的科研工作。

1.在教學上取的效果。

在未改造之前，受到人工編程、人工輸入程序，以及機床本身內存太小的限制，只能進行一般比較簡單的二維平面銑削實驗演示，如圖1。

圖1

經過改造實現用計算機傳輸程序直接控制機床在線加工后，能實現類似于半球這樣三維物體的加工演示，也能進行較復雜三維曲線的加工實驗演示，如圖2。

圖2

可以看到，經過改造后，不但原本處于閑置和隱性退役狀態的老式機床重新正常運轉起來了，而且大大提高了我院數控實驗教學的質量，基本解決了原來實驗教學中存在的問題。學院在20世紀中期就開設了三維造型及數控加工的相關課程，傳授學生如何應用如Solidworks，MasterCAM，UG，Pro/E等目前比較流行的三維造型及NC加工軟件實現機械產品從設計到加工的全過程，以前受由于機床的限制，NC加工的過程一直只能用計算機仿真來代替，現在可以在數控加工中心上實現了。用一個移動存儲盤就能很好地保存這些資料，避免了資料的遺失或損壞，也避免了實驗教師的重復勞動。學生可以在其它計算機上做好NC加工的前期準備工作，實驗時能很快實現加工演示，節省了很多時間，增加了每個學生進行實際上機操作的機會，有利于培養學生的動手能力，發揮學生的創造力。

2.實現對外產品加工和效益創收。

利用實驗教學的空余時間，以該機床目前的性能完全有能力進行一些機械產品的對外加工，例如凸輪，噴絲板的計量孔加工等。圖3就是該機床進行噴絲板計量孔加工的過程，經過在線檢測，計量孔的質量符合廠家的要求。

圖3

經過改造后，除滿足教學科研外，還有效利用設備空閑時間，實現了效益創收。不僅可收回前期投入改造的資金，除去機床日常運作的開銷費用，同時還可以積攢資金，為該機床的進一步改造創造條件。在此成功的基礎上，下一步準備對自動換刀裝置進行改造，最終給該機床換上先進的數控操作系統，達到良性循環，實現真正的“以機養機”。

五、后期維護及管理

鑒于以前的經驗教訓，實驗室的設備管理維護采用學生勤工儉學方式。學生進行培訓符合上崗要求后，才能進行日常科研和設備管理工作。勤工儉學費用直接從該設備的效益創收中支出。這樣做既有利于該設備的維護和使用，又可以增強學生的實際科研工作能力，同時為學生提供了勤工儉學的崗位。

六、結語

以上是我院對JCS-018立式加工中心改造的實例，為解決這類實驗室大型設備閑置問題提供了一條可行性很強的方案，并以此試點的成功經驗向全院乃至全校推廣，為學校的教學實驗、科研工作，以及培養高素質的人才提供了更好的硬件條件。

參考文獻：

［1］羅意平，潘迪夫，楊岳，劉國買.專業實驗教學改革的研究與實踐［J］.實驗室研究與探索，2002，（03）：16-18.

［2］王軍寧.大型精密儀器設備閑置問題的管理與對策［J］.實驗室研究與探索，1996，（06）：151-153.