開發(fā)先進制造技術(shù)　提高工程訓練水平

田　勇　張寶枚　左凌燕　張功國

【摘 要】工程訓練作為一門理論與實踐相結(jié)合基礎(chǔ)課之一,應積極利用計算機信息和先進制造技術(shù)促進自身的發(fā)展,合理有效地使用資源,大力發(fā)展CAI技術(shù)。本文介紹了CAD/CAM編程,開發(fā)CAI課件,以提高學生的動手能力、設(shè)計能力、工藝編程能力和創(chuàng)新能力;教師要掌握新技術(shù)、新工藝,建立以計算機、服務(wù)器、掃描儀、多媒體、投影機和數(shù)控機床的局域網(wǎng),實現(xiàn)數(shù)控程序的傳遞、信息共享、設(shè)備共享,完成教學管理網(wǎng)絡(luò)化和多媒體教學。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機床 局域網(wǎng)絡(luò) 多媒體教學 數(shù)控編程

當前,計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展迅猛,正逐步滲透到各個領(lǐng)域。機電產(chǎn)品設(shè)計制造周期越來越短,對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,市場競爭日趨激烈,中、小批量,形狀復雜的零件越來越多,加工精度也越來越高。傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨一場全新的技術(shù)革命,以制造業(yè)信息化推動制造業(yè)發(fā)展是當前必然趨勢。培養(yǎng)具有高素質(zhì)的先進技術(shù)型復合人才,正是我們開展先進制造技術(shù)工程訓練的首要目的。

一、數(shù)控機床

數(shù)控機床是一種利用數(shù)字信息控制加工的機床,按要求把被加工的機械零件,如形狀、尺寸等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)值數(shù)據(jù)指令,傳送到電子控制裝置,由該裝置控制和驅(qū)動機床刀具的運動加工出零件。數(shù)控機床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的技術(shù)對傳統(tǒng)機械制造業(yè)提升而形成的機電一體化產(chǎn)品,它的種類很多。目前我中心開設(shè)的和準備開設(shè)的科目有:數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控電火化、數(shù)控線切割、數(shù)控板料成形訓練等。它們與普通設(shè)備的主要區(qū)別是:機床價格高、自動化程度高、加工精度高,其核心部分是數(shù)控系統(tǒng),它是借助于計算機通過執(zhí)行其存儲器內(nèi)的程序來完成數(shù)控要求的部分或全部功能,并配有接口電路、伺服驅(qū)動裝置的一種專用計算機系統(tǒng)。

二、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應用和CAI課件開發(fā)

由于數(shù)控機床是使用數(shù)字信息,因此,它易于與計算機建立通訊網(wǎng)絡(luò),便于與計算機輔助系統(tǒng)連接,而形成計算機輔助設(shè)計與制造緊密結(jié)合的一體化系統(tǒng)。

數(shù)控機床工程訓練教學不同于普通機床實習教學,目前大多數(shù)院校金工實習的主要矛盾表現(xiàn)在日益增加的培訓大學生數(shù)量和有限的機器設(shè)備上。要想提高教學質(zhì)量,必須首先克服機床少,學生多的困難。數(shù)控機床屬于大型精密貴重儀器設(shè)備,增添機床的投入巨大。因此,解決這一矛盾必須充分挖掘設(shè)備潛力,轉(zhuǎn)變教學理念,開拓教學思路。具體可結(jié)合計算機的特點,利用計算機,借助相關(guān)軟件和仿真加工技術(shù),在計算機上進行編程和模擬演示。學生通過演示可非常直觀地了解刀具的運動軌跡并直接檢查出程序的對錯,促進學生快速掌握一些基本操作,最后直接將正確的程序輸入數(shù)控機床(數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控線切割、數(shù)控沖床、加工中心)進行實際操作,從而減少實際操作的錯誤,提高機床的使用效率。我們可以組建局域網(wǎng),將計算機和數(shù)控機床聯(lián)接起來(現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)功能已非常完善,即通過RS—232C口、以太網(wǎng)、USB接口接收或發(fā)送加工程序),促進資源的有效配置,進一步提高設(shè)備的使用效率。

當代大學生的特點是:知識新、反應快、理論性強,但缺乏實踐性。對于多數(shù)沒有實際操作經(jīng)驗的訓練學生,讓他們想象出切削加工過程、加工工藝步驟以及最終的形狀,具有相當?shù)碾y度。傳統(tǒng)的教學模式是制作各種平面、立體的掛圖或各種模型,幫助學生講解課程內(nèi)容。我們現(xiàn)在可以采用CAI技術(shù)來代替這種傳統(tǒng)的方法,開發(fā)、制作各種CAI課件,利用多媒體的聲音和圖像技術(shù)進行形象教育。一些較好的圖形處理軟件,如AutoCAD、3dsmax、Photoshop、flash等都為CAI課件的開發(fā)、制作提供了廣闊的空間。AutoCAD作為最常用的矢量圖形繪制軟件,已被廣大的工程技術(shù)人員所熟悉,應用也較為廣泛,除了用來繪制學生實習所用的一些機械圖紙外,還可以制作出一些平面、簡單的立體圖形。而3dsmax則可以制作出一些較復雜的圖形,兩者可以通過渲染(Render)工具生成各種圖片,經(jīng)Photoshop軟件對各類圖片(須將BMP格式轉(zhuǎn)化換成RGB格式)進行進一步的修飾和處理。我們也可以用掃描儀將一些實物照片掃描進來,對于那些特殊要求的內(nèi)容可用flash制成動畫。Powerpoint(演示文稿)作為Office辦公系列軟件,應用較為廣泛,可作為最終向?qū)W生演示CAI教學的操作平臺。

目前,我中心已建設(shè)了一套完整的局域網(wǎng)與數(shù)控機床聯(lián)接設(shè)備。建設(shè)了三個多媒體教室(其中一個多媒體教室內(nèi)安裝了42臺計算機和局域網(wǎng)設(shè)備),五個數(shù)控加工訓練部(內(nèi)有3臺數(shù)控銑床、2臺加工中心、4臺數(shù)控車床、1臺車削中心、4臺數(shù)控線切割、1臺電火花、1臺數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、1臺數(shù)控折彎機、1臺數(shù)控剪板機),如圖1:

三、數(shù)控編程

老師制作課件,通過多媒體、投影機授課,形象直觀地展現(xiàn)給學生。詳細講解CAD/CAM編程軟件的使用,采用人機交互式對零件的幾何模型進行繪制、編程和修改,從而得到零件的幾何模型。學生可以根據(jù)自己的愛好,在機房內(nèi)用計算機練習編程,然后對機床和刀具進行定義選擇,確定刀具進行相對于零件表面的運動方式,切削加工參數(shù),生成刀具軌跡,最后經(jīng)過模擬仿真加工后置處理,按照特定的機床規(guī)定和文件格式生成加工程序,通過局域網(wǎng)絡(luò)存入服務(wù)器,再由教師檢查正確后,調(diào)入數(shù)控機床。學生則在訓練部控制機床實現(xiàn)在線加工,完成自己的作品。我們以數(shù)控銑床為例簡單介紹這一過程。

計算機和數(shù)控機床進行加工通信時,一般要靠通信軟件和RS232C數(shù)據(jù)線來完成(以KV800數(shù)控銑床,采用西門子公司的802D數(shù)控系統(tǒng)為例),通訊距離應控制在30M以內(nèi)。同時,通信參數(shù)、通信協(xié)議要設(shè)置正確,專用通信程序(程序頭)齊全。

傳輸程序?qū)嵗?

%_N_M133_MPF

;$PATH=/_N_MPF_DIR

N01 G54 G64 G00 G90 T1 X50 Y20 Z50

N05 G42 G01 F200 M03 S500 Z-10

N10 X19.021 Y6.18

N15 X4.49

N20 X0 Y20

N25 X-4.49 Y6.18

N30 X-19.021

N35 X-7.265 Y-2.361

N40 X-11.756 Y-16.18

N45 X0 Y-7.639

N50 X11.756 Y-16.18

N55 X7.265 Y-2.361

N60 X19.021 Y6.18

N65X50 Y20

N70 G40 G00 Z50

N75 M2

以上格式中的前兩行為程序頭,其中133為程序號,應和機床上輸入的程序讀入號一致,第二行為指定路線。

具體步驟:

1.計算機設(shè)計、繪制圖形(如圖2)

2.分析加工工藝并選擇刀具和走刀路線

3.計算機編寫加工程序單并在程序前加通信程序頭

4.通過局域網(wǎng)將加工程序單傳入訓練部服務(wù)器

5.調(diào)試傳輸軟件將服務(wù)器內(nèi)程序傳入機床

6.啟動機床進行加工(對于較大的程序可實現(xiàn)在線加工)

從以上的教學思路上可以看出,采用這種方式,可大大提高同學們對先進制造技術(shù)訓練的積極性,激發(fā)他們的創(chuàng)作靈感,改善學習環(huán)境,提高訓練效率。據(jù)估計,設(shè)備的利用率將比原來提高五倍以上,機床的使用壽命也將得到延長。以前程序輸入是在機床面板上完成的,這樣對較長程序操作時費時、費力。例如,機械學院2002級的龐文煥同學編寫的程序總長共6140個字節(jié),其中有程序段504個,提刀68次,圓弧42處。她在設(shè)計、制作過程中就使用了計算機繪圖,計算機輔助計算,計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸,最后加工成形。如果對如此復雜的圖形和程序,離開了計算機與網(wǎng)絡(luò)是很難在一天半的工程訓練中完成的。用機床面板輸入,勞動強度較大,一人使用機床其他同學只能耐心等待。因此,利用計算機進行傳輸程序,效率非常高,還可減輕對機床面板各按鍵的損耗,提高設(shè)備使用壽命,降低訓練成本。

四、創(chuàng)新訓練

“興趣是一切求知的動力源泉”。為了提高實習質(zhì)量,引發(fā)學習興趣,在實習教學中可綜合運用多種教學方法。強調(diào)學生的主體意識、參與意識,使學生的學習興趣增加,變被動學習為主動學習。為了充分發(fā)揮大學生們的想象力和創(chuàng)造力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力,提高綜合意識,安排學生進行創(chuàng)新綜合訓練,在掌握編程能力的基礎(chǔ)上,要求學生進行綜合零件的設(shè)計,編程和制作,就是設(shè)計—制圖—工藝設(shè)計、分析—編程—加工一條龍。通過以上過程,激發(fā)同學們的靈感和創(chuàng)造欲,使學生對數(shù)控工程訓練產(chǎn)生濃厚的興趣,提高學習的積極性和自覺性。自開展數(shù)控工程訓練一年多的時間,學生自己設(shè)計,編程并親自加工出各種富有想象力,造型迥異的小工藝品,如圖3:

后實習的學生看到前面學生的作品,個個躍躍欲試,決心設(shè)計出更好的作品。先進制造訓練不僅使學生學到各種制造工藝技術(shù),更能在企業(yè)管理、技術(shù)分析、社會組織、市場營銷、信息網(wǎng)絡(luò)等方面學到更多的知識。

五、建立考試題庫,統(tǒng)計學生成績

利用計算機建立考試題庫,針對每一批不同的學生,變換不同的考卷。每一個學生有不同的試卷,通過服務(wù)器傳到學生機上,學生做完考試題后,存入共享文件夾中,傳入服務(wù)器(教師機),教師可在網(wǎng)上閱卷,評定成績。增加試卷的靈活性,杜絕學生的作弊現(xiàn)象,了解學生掌握工程訓練的情況。最后,根據(jù)實際操作成績和理論考試成績以及在各個工種的表現(xiàn),評定出學生最終的單科成績,綜合起來,利用Office系列的常用軟件Excel(電子表格)進行操作,計算機按指定的函數(shù)關(guān)系快速計算出統(tǒng)計結(jié)果,通過Internet校園網(wǎng)發(fā)送到教務(wù)處,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸,提高工作效率。

六、結(jié)束語

中國已加入WTO,參與到全球競爭中,只有培養(yǎng)出知識全面、意識超前、綜合性、復合型、創(chuàng)新型的高素質(zhì)人才,才能在國際競爭中立于不敗之地。正如李嵐清同志指出的:“在知識經(jīng)濟時代,國家創(chuàng)新能力,包括知識創(chuàng)新能力和技術(shù)創(chuàng)新能力是決定一個國家在國際競爭和世界格局中的地位的重要因素”。我中心開設(shè)的先進制造技術(shù)訓練課,適應新世紀和高新技術(shù)的發(fā)展方向,運用各種先進教學手段,由傳統(tǒng)的實習教學提升到開放式、自主式的創(chuàng)新訓練,提高了學生的參與意識和學習積極性?？傊?我們要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上大力發(fā)展先進制造技術(shù),提高訓練水平,最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育,為培養(yǎng)出具有高素質(zhì)的先進技術(shù)型復合人才而努力。

參考文獻:

[1]第六屆年會文集.2002,12.

[2]張學政.傅水根教育教學研究論文集.2000,12.