對高職院校數(shù)控教學(xué)設(shè)備改造之探討*

段少麗姜忠寶劉 濱

（1.武漢交通職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430065；2.武漢軍械士官學(xué)校 湖北 武漢 430075）

對高職院校數(shù)控教學(xué)設(shè)備改造之探討*

段少麗1姜忠寶2劉 濱1

（1.武漢交通職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢 430065；2.武漢軍械士官學(xué)校 湖北 武漢 430075）

針對高職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)中存在的種種問題以及高職院校數(shù)控實(shí)驗(yàn)室設(shè)備現(xiàn)狀，闡述了普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性以及普通機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容，為高職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)提供了一個低成本、優(yōu)效果的思路。

高職院校；數(shù)控教學(xué)；普通機(jī)床；數(shù)控化改造

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)用機(jī)床也幾經(jīng)更新?lián)Q代，使得大部分高職院校的數(shù)控實(shí)驗(yàn)室中存放著不少過時或報廢了的小型普通機(jī)床。目前，各高職院校都開設(shè)了數(shù)控專業(yè)，在實(shí)際教學(xué)中采用大型數(shù)控機(jī)床，學(xué)生無法看到數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，對于數(shù)控機(jī)床的工作原理及數(shù)控機(jī)床故障診斷與排除等僅限于課本知識，而且采用大型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行教學(xué)的成本也較高。采用小型數(shù)控機(jī)床既可以滿足數(shù)控教學(xué)的需求，提高教學(xué)效果，又可以節(jié)省成本。為了合理利用資源，同時更好地服務(wù)數(shù)控教學(xué)，高職院校進(jìn)行小型普通機(jī)床的數(shù)控化改造具有重要的意義。

高職院校數(shù)控教學(xué)面臨的問題

高職院校數(shù)控專業(yè)的核心專業(yè)課程為《數(shù)控機(jī)床原理及應(yīng)用》、《數(shù)控機(jī)床加工工藝》、《數(shù)據(jù)機(jī)床故障診斷與維修》、《機(jī)床電氣控制技術(shù)》等。數(shù)控專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)就是了解數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、工作原理；能進(jìn)行簡單零件的工藝分析、編程，并操作數(shù)控機(jī)床加工零件；能進(jìn)行數(shù)控機(jī)床常見故障的診斷與故障排除等。目前，大部分高職院校在進(jìn)行數(shù)控專業(yè)課程教學(xué)時采用的是大中型數(shù)控機(jī)床，在教學(xué)過程中存在如下問題：

教學(xué)成本問題 （1）購買成本高。由于數(shù)控專業(yè)課程教學(xué)過程中采用的大型數(shù)控機(jī)床為直接從廠家購買，根據(jù)所購買機(jī)床的型號不同，成本從幾萬到幾十萬不等，多數(shù)高職院校沒有資金購買足夠的數(shù)控設(shè)備來滿足教學(xué)。（2）材料、能源消耗較高。進(jìn)行數(shù)控操作教學(xué)時，一臺大型數(shù)控機(jī)床開動起來后的成本較高，如刀具、毛坯、用電成本。（3）設(shè)備維護(hù)、維修成本較高。

教學(xué)效果問題 （1）為了美觀，數(shù)控機(jī)床往往對重要的電氣部件、機(jī)械結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了包裝，從機(jī)床外觀無法看到這些結(jié)構(gòu)。因此，在教學(xué)過程中無法讓學(xué)生看到數(shù)控機(jī)床的各結(jié)構(gòu)構(gòu)成，更無法了解數(shù)控機(jī)床的機(jī)、電、液三部分相互配合完成數(shù)控機(jī)床動作的原理。（2）在《數(shù)控機(jī)床加工工藝》課程教學(xué)中，根據(jù)教師下達(dá)的任務(wù)，學(xué)生需要對零件進(jìn)行工藝分析、編程，然后在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行程序校驗(yàn)、修改，最后操作機(jī)床將零件加工出來。由于采用了大型數(shù)控機(jī)床，大多數(shù)學(xué)校為了節(jié)省成本，同時也是從學(xué)生的安全考慮，往往省略了數(shù)控加工這一部分，數(shù)控機(jī)床操作僅僅是對刀而已。這樣，使得學(xué)生對數(shù)控機(jī)床的操作僅僅是簡單地對幾個按鈕進(jìn)行操作，無法達(dá)到熟練操作數(shù)控機(jī)床的目的。（3）目前，大多數(shù)高職院校《數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修》課程教學(xué)往往采用教學(xué)用模擬試驗(yàn)臺，學(xué)生無法真實(shí)體驗(yàn)到數(shù)控機(jī)床在出現(xiàn)某種故障時的現(xiàn)象，因此，在現(xiàn)場進(jìn)行故障診斷與排除時，往往無法對故障現(xiàn)象做出正確判斷，從而影響故障的排除。

普通機(jī)床數(shù)控化改造的必要性

為了滿足數(shù)控專業(yè)教學(xué)的需求，并能加工一些形狀復(fù)雜、精度要求較高、普通機(jī)床難以加工的零件，有必要將閑置不用的普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。

首先，同購置新的數(shù)控機(jī)床相比，改造一臺機(jī)床一般可以節(jié)省60%~80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。小型數(shù)控機(jī)床占用空間小、設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用也較低。

其次，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)自動化、高精度地加工復(fù)雜零件。由于計算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以準(zhǔn)確、快速地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時的運(yùn)動量，即可以快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)三軸或多軸聯(lián)動，因此，數(shù)控機(jī)床可以加工曲線、曲面等形狀復(fù)雜的零件。由于計算機(jī)可以將輸入的程序存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化加工。在加工過程中，計算機(jī)還可以自動進(jìn)行刀具壽命管理，不會因刀具磨損而影響工件精度及其一致性。特別是數(shù)控系統(tǒng)中增加了機(jī)床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ埽辜庸ぞ鹊玫竭M(jìn)一步提高。適合批量加工零件，加工新一批零件時，只需要更換數(shù)控程序，即可實(shí)現(xiàn)另一零件的自動化加工，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。

再次，為數(shù)控教學(xué)提供教學(xué)設(shè)備，提高教學(xué)效果。與新購買的數(shù)控機(jī)床相比，改造后的小型數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)均外露。控制系統(tǒng)是安裝在計算機(jī)中的程序構(gòu)成，而不是集成在機(jī)床中；電氣設(shè)備安放在專門設(shè)計的電氣柜中，打開電氣柜就可以看到里面的設(shè)備以及設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與機(jī)械結(jié)構(gòu)的連線；數(shù)控機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)如X、Y、Z方向的導(dǎo)軌、絲杠、電主軸等機(jī)械部件外露，并且機(jī)械部件中的絲杠與電氣系統(tǒng)中的伺服電動機(jī)之間的連接通過聯(lián)軸器連接的設(shè)計也是外露的。因此，改造后的小型數(shù)控機(jī)床可以滿足數(shù)控專業(yè)教學(xué)的要求。（1）可以讓學(xué)生看到數(shù)控機(jī)床的機(jī)械、電氣及控制系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，以及幾大結(jié)構(gòu)之間的相互連接，進(jìn)而了解并熟悉數(shù)控機(jī)床的工作原理。（2）學(xué)生自己進(jìn)行工藝分析，編好的程序可以方便地輸入到安裝在計算機(jī)上的控制系統(tǒng)中。而且目前的控制系統(tǒng)支持多種CAM軟件的數(shù)控編程，如MasterCAM、UG等，學(xué)生可以通過CAM軟件自己設(shè)計零件并進(jìn)行模擬加工，得到的程序可以直接在控制系統(tǒng)軟件中讀取，并用來控制數(shù)控機(jī)床加工出零件來。同時，學(xué)生也可以在計算機(jī)中實(shí)現(xiàn)零件及數(shù)控程序的快速修改。（3）改造后的小型數(shù)控機(jī)床可以方便地設(shè)置各種故障。例如，教師修改變頻器的參數(shù)使電主軸無法旋轉(zhuǎn)，然后讓學(xué)生自己進(jìn)行故障原因分析并排除故障。綜上所述，改造后的小型數(shù)控機(jī)床可以方便地進(jìn)行《數(shù)控機(jī)床原理及應(yīng)用》、《數(shù)控機(jī)床加工工藝》、《數(shù)據(jù)機(jī)床故障診斷與維修》、《機(jī)床電氣控制技術(shù)》等課程的教學(xué)，而且可以讓學(xué)生更直接、感性地認(rèn)識、操作數(shù)控機(jī)床，與購買大型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行教學(xué)相比，可以大大提高教學(xué)效果。

最后，為高職教師提供了科研平臺。在對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造過程中，需要組織專業(yè)教師進(jìn)行方案確定、電氣系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械部件改造、機(jī)電調(diào)試等一系列工作，因此，也就給專業(yè)教師提供了一個實(shí)踐鍛煉、科學(xué)研究的平臺。另外，高職教師可以此為平臺，進(jìn)行相關(guān)的科研項(xiàng)目研究，研究成果也能更好地服務(wù)數(shù)控教學(xué)。

普通機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容

對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要包括以下內(nèi)容：（1）電氣系統(tǒng)的設(shè)計。為了實(shí)現(xiàn)對普通機(jī)床的數(shù)控化改造，必須按照數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計出科學(xué)合理的電氣系統(tǒng)來驅(qū)動機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)動。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計改造。為了實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制機(jī)床，需要將電氣系統(tǒng)與機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，這就需要對機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控化。（3）CNC化。在普通機(jī)床上加裝數(shù)控系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)，并進(jìn)行必要的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，將其改造成為數(shù)控機(jī)床。（4）實(shí)現(xiàn)功能升級。由于數(shù)控機(jī)床通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)加工過程中的三軸或多軸聯(lián)動，因此，改造后的數(shù)控機(jī)床可以加工普通機(jī)床無法加工的曲線、曲面等復(fù)雜零件。

在高職院校對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，不僅可以將學(xué)校過時的普通機(jī)床進(jìn)行升級改造，給教師提供一個科研平臺，更重要的是，可以解決高職院校數(shù)控專業(yè)教學(xué)中的各種問題，改造后的成果可以更好地服務(wù)數(shù)控專業(yè)教學(xué)。

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1672-5727（2011）S0-0135-02

*本文系武漢交通職業(yè)學(xué)院教學(xué)改革立項(xiàng)課題《數(shù)控實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目研究與改革》（課題編號：D060604）部分研究成果

段少麗（1979—），女，山東煙臺人，碩士，武漢交通職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系講師，研究方向?yàn)閷I(yè)教學(xué)研究。