基于低碳節能的數控車削實訓項目優化設計

金興偉 郭 茜

（江蘇省無錫立信中等專業學校 江蘇 無錫 214063）

基于低碳節能的數控車削實訓項目優化設計

金興偉 郭 茜

（江蘇省無錫立信中等專業學校 江蘇 無錫 214063）

介紹了在實訓過程中為了節約實訓耗材實現低碳節能的目的，同時達到教學目標的要求，考慮教學內容之間的聯系，優化設計的數控車削實訓項目。實踐表明，運用該項目進行實訓，可以重復嵌套使用實訓材料，節約實訓耗材。

低碳；節能；數控車削；實訓項目

數控車削實訓是中等職業學校數控技術應用專業中一項重要的專業技能訓練，項目教學法是這一技能訓練中廣泛采用的教學方法，其中項目的選擇顯得尤為重要。目前，大多數學校選用的項目多是針對某一訓練內容而單獨設置的項目，學生實訓后的材料直接報廢，因而在實訓過程中用于訓練的耗材量較大，造成了一定的浪費。為了節約實訓過程中的耗材同時達到教學目標的要求，實現低碳節能的目的，擬在設計和選用項目的時候，考慮教學內容之間的聯系，優化設計實訓項目，使得前面項目中用過的實訓材料還可用于后面項目的訓練，從而可以重復嵌套使用實訓材料，節約實訓耗材。

基于低碳節能的數控車削實訓項目的優化設計

低碳指較低（更低）的溫室氣體（二氧化碳為主）排放。節能指盡可能地減少能源消耗量，生產出與原來同樣數量、同樣質量的產品；或者是以原來同樣數量的能源消耗量，生產出比原來數量更多或數量相等質量更好的產品。

提倡低碳理念，一方面要積極承擔環境保護責任，完成國家節能降耗指標的要求；另一方面要調整經濟結構，提高能源利用效益，發展新興工業，建設生態文明。

目前，國內外很多院校在開展數控車削實訓時，都采用由簡到繁、由易到難的訓練項目，符合學生的學習規律，而忽視了低碳節能的因素。隨著低碳節能理念的不斷深入，雖有部分院校已經開始重視實訓項目的改進，以達到節約實訓材料的目的，但尚未有成熟的研究成果。

基于低碳節能的目的，考慮實訓材料的嵌套使用，有兩種數控車削實訓項目的設計方案。方案一：設計實訓項目的時候，側重考慮長度方向的尺寸因素影響，使得在實訓過程中，前一項目加工出的工件只需切除第一段材料即可繼續用于第二個項目的加工，材料實現嵌套加工；方案二：設計實訓項目的時候，側重考慮直徑方向的尺寸因素影響，前面項目的直徑尺寸較大，后面項目的直徑尺寸較小，使得在實訓過程中，前一項目加工出的工件仍可用于后一項目的加工，也可實現材料的嵌套加工。

結果分析

（一）根據方案一設計的實訓項目結果分析

圖1 零件尺寸圖

圖2 零件尺寸圖

圖3 零件尺寸圖

根據方案一的設計思想設計了數控車削實訓項目，筆者以三個入門項目為例來進行分析，如圖1，圖2，圖3所示。圖4為三個項目的三維實體模型。分析如下：（1）未考慮材料的嵌套使用，三個項目所使用的毛坯均為Φ45mm× 50mm的圓棒料（材料以45#鋼為例），則使用材料的重量為：m= ρV=7.85g/cm3×π×4.52×5×3= 7491g=7.491kg。（2）考慮材料的嵌套使用，第一個項目加工后的工件切除第一段Φ26mm×16mm的臺階，繼續用于第二個項目的加工，第二個項目加工后的工件切除第一段Φ22mm×10mm的臺階，繼續用于第三個項目的加工，則三個項目所使用的毛坯為Φ45mm×80mm的圓棒料，使用材料的重量為：m=ρV=7.85g/cm3×π× 4.52×8=3995g=3.995kg。

通過上面的計算和圖5可以發現，考慮了材料的嵌套使用后，同樣的實訓項目，使用的實訓材料僅為原來的53%，節約了47%的實訓材料，大大降低了實訓成本。

圖4 零件3D模型圖

（二）根據方案二設計的實訓項目結果分析

根據方案二的設計思想設計了數控車削實訓項目，仍以三個入門項目為例來進行分析，如圖6，圖7，圖8所示。分析如下：（1）未考慮材料的嵌套使用，三個項目所使用的毛坯分別為 Φ45mm×50mm、Φ45mm×50mm、Φ30mm×50mm的圓棒料（材料以45#鋼為例），則使用材料的重量為：m=ρV=7.85g/ cm3×π×4.52×5×2+7.85×π×32×5= 6104g=6.104kg。（2）考慮材料的嵌套使用，第一個項目加工后的工件仍可繼續用于第二個項目的加工，第二個項目加工后的工件仍可繼續用于第三個項目的加工，則三個項目所使用的毛坯為 Φ45mm× 50mm的圓棒料，使用材料的重量為：m=ρV=7.85g/cm3×π×4.52×5= 2497g=2.497kg。

通過上面的計算和圖9可以發現，考慮了材料的嵌套使用后，同樣的實訓項目，使用的實訓材料僅為原來的41%，節約了59%的實訓材料。

圖5 比較柱狀圖

圖6 零件尺寸圖

圖7 零件尺寸圖

圖8 零件尺寸圖

圖9 比較柱狀圖

（三）方案一和方案二設計的實訓項目對比分析

根據上述分析和圖10中可以看出，考慮材料的嵌套使用，方案一使用的實訓材料的重量為3.995kg，方案二使用的實訓材料的重量為2.497kg。兩種方案相比未考慮材料嵌套均有節約材料的效果，但是方案二的效果更為明顯。兩種方案本身各有特點。

方案一：該方案設計的實訓項目在實訓過程中只需要切除工件第一段，即可用于下一項目的訓練，操作較為簡單，項目的設計相對來說也比較容易，但相對方案二來說，耗用的實訓材料稍多。

方案二：該方案設計的實訓項目在實訓過程中可以實現實訓材料的多次嵌套使用，能大幅度地節約實訓成本，但項目的設計需考慮前后項目之間的尺寸和結構的聯系，設計相對來說比較復雜，而且由于加工后的工件直徑越來越小，給工件的裝夾和加工的刀具都帶來一定的不便，操作相對復雜一些。

各個學校可以根據本校的實訓設備和實訓材料的具體狀況，以及教師的教育教學狀況選擇適合學校情況的方案來進行實訓項目的設計和實訓材料的嵌套使用。

圖10 比較柱狀圖

基于低碳節能的數控車削實訓項目設計的優點

第一，教師業務素質得到提高。通過數控車削實訓項目的設計，教師下企業調研，了解許多企業在機械加工過程中的新工藝新思路，使專業課教師通過實踐與理論的緊密聯系，提高了實際工作能力，而且在實際工作中，教師把理論知識與生產實踐相結合，把教學與科研相結合，促進了教師專業發展。

第二，學生學習興趣得到激發。數控車削實訓項目的設計和選擇注重教學與現實相結合，特別是在一些典型的圖紙方面，開闊了學生的眼界，活躍了學生的思維，激發了學生的各方面潛能。

第三，有效節約了實訓材料，降低了教學成本。在設計數控車削實訓項目的時候，教師考慮了教學內容之間的聯系，基于材料嵌套使用的目的，有效地節約了實訓材料。經過理論計算，采用兩種方案設計的數控車削實訓項目進行實訓，減少了使用原有的實訓項目耗用的實訓材料，極大地降低了教學成本，減少了廢棄材料的排放，實現了低碳節能的目的。

低碳節能是當今新型加工的主題，通過改進數控車削實訓項目的方式，可達到低碳節能的效果，節約教學成本，提高辦學效益，提高或增強教學效果，從而改善教學環境，改善學生學習方式，提升學校課堂教學質量。

[1]陸東明，王曉忠.基于低碳理念的數控實訓基地建設分析[J].價值工程，2011（35）.

[2]李紅梅.數控車工實訓教學中“實訓項目產品化”的探索與實踐[J].中等職業教育，2009（11）.

[3]趙紅山.數控技術實訓中的項目式教學研究[J].吉林省教育學院學報，2010（7）.

G712

A

1672-5727（2013）12-0127-03

金興偉（1971—），男，江蘇無錫人，江蘇省無錫立信中等專業學校講師，研究方向為金屬切削加工工藝。

郭茜（1981—），女，四川綿陽人，碩士，江蘇省無錫立信中等專業學校講師，研究方向為計算機輔助設計與制造。