“臺階軸的加工”的仿真加工教學實例探析

莫小鳳

【摘 要】本文以數控技術課程為基點，以臺階軸零件的仿真加工為例，論述數控技術教學方法，以培養學生自主解決問題的能力，培養既具備扎實的理論基礎又擁有很強的技能運用能力的人才。

【關鍵詞】數控技術 教學方法 項目驅動

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）06B-0042-02

數控技術可以說是現代制造技術的基石，被廣泛應用于現代工業制造領域中，推動現代制造業飛速發展。可以說，一個國家的數控技術水平和普及程度反映了這個國家的制造業水平。我國正由制造大國向制造強國轉變，數控機床的應用越來越普遍，因此，制造行業對數控人才的需求將越來越多。目前，我國的數控應用型人才非常緊缺，因此機械專業都普遍將數控技術課程作為生要的專業課程來進行教學。數控技術內容廣泛，涉及的知識點較多，是一門綜合性非常強的課程。它既包含機械、電子技術、計算機信息技術，又包含自動控制、檢測技術等，是典型的多學科知識綜合應用的技術。對學生的綜合應用能力要求較高，課程教學難度較大。現以“臺階軸的加工”仿真加工教學內容為例，談一談數控技術教學的一些策略。

一、制訂教學目標

在教學前做好教學的準備工作，制訂臺階軸類零件加工的教學目標。本次教學的目標分為三部分：

（一）知識目標

使學生對臺階軸類零件的整個加工過程有所了解，能夠按照規范操作機床。

（二）能力目標

使學生具備讀圖的能力，可以根據實際情況選擇合理的粗、精加工切削用量，并能獨立分析簡單工件的工藝特點。

（三）情感目標

通過臺階軸零件的加工模擬實習，幫助學生掌握臺階軸車削的技巧；讓學生對臺階軸類零件的加工工藝特點有基本的了解，可以獨立編制常用的數控機床指令；引導學生獨立編制臺階軸類零件的數控程序，使學生具備制訂數控加工程序的能力及掌握臺階類零件的工藝設計方法，并能夠獨立使用數控系統仿真軟件模擬加工過程，制作虛擬加工件；通過仿真加工實驗讓學生體會到成就感，提高學生對數控技術課程的熱愛；培養學生規范的操作習慣、認真細致的工作作風，提高學生的學習積極性，培養學生的溝通能力和分工協作意識。

二、選定教學方法

根據臺階軸零件（如圖 1 所示）加工是一個比較全面的零件加工過程，在這個過程中，學生要讀圖、分析尺寸、設計工藝、編寫程序、上機操作，是一個完整的加工項目，因此，在教學中采用了項目驅動法進行教學。

圖1

三、實施教學過程

在這加工項目過程中，讓學生親歷項目的設計、分析、實施、完成這樣一個完整的流程，最后得到一個完整的作品，獲得項目成果，使學生體會成就感。這個教學項目計劃用時4個課時。在實施教學過程中，主要是讓學生自己動手操作，老師從旁指導，避免學生產生畏難心理。重點在于培養學生的實踐能力。在教學中，幫助學生將 G00 和 G01 等抽象的數控指令學習轉化成具體的加工實踐，并通過體驗臺階軸零件的加工過程，對臺階軸類零件的工藝設計有更為全面的了解，通過實際操作使學生熟練掌握所用數控指令的走刀路線、格式等技巧。使學生感知機床加工指令和零件加工過程完美融合的結果，提高學生的學習興趣，從而提升學習效率。

根據教學內容制訂教學流程，將學生分成若干個小組，每組 4-5 名，每組合理搭配優秀、一般、較差的學生比例。讓學生以小組為單位對項目進行分析，制訂項目操作計劃、工作步驟，并進行合理分工。由小組長負責統一協調，以便使項目工作得以順利開展。在項目操作過程中，要求各小組組長及時向教師反饋出現的問題，教師根據反饋的問題進行針對性的指導。對普遍存在的典型問題，教師集中講解。學生的主要任務是梳理加工思路，制訂加工計劃，根據加工計劃實施項目。通過項目的實施，逐步掌握臺階軸零件的加工工藝特點、加工步驟、數控編程指令的含義和使用方法等，懂得如何確定切削用量和外圓車刀刀位點。具體教學流程如下：

第一步，學生拿到圖紙后，教師將學生分成若干小組，然后進行分組討論，引導學生積極思考，然后闡述自己的加工方案構想。目的是培養學生分析圖紙的能力和從圖紙中獲取重要加工信息的能力。

第二步，教師讓學生結合實物分析圖紙，獲取以下加工信息。

1.此零件的長度方向有四個尺寸，最大公差為 ±0.05；

2.此零件由一個 C=1∶5 的外圓錐和三個外圓臺階構成；

3.粗糙度為 Ra3.3。

第三步，根據圖示分析獲得的信息，教師引導學生選擇合理的加工條件。

1.使用的機床為數控車床，型號為 CA6140；

2.使用的刀具為外圓偏刀（90 度）、車刀（45 度）；

3.使用的測量工具為游標卡尺、外圓千分尺。

第四步，引導學生分組討論。教師向學生提問，應該先加工零件左端還是右端，并點評學生的回答。然后指導學生編制加工工藝步驟。加工工藝步驟如下：

方法 1：按照由大到小的方法步驟加工；

方法 2：先加工小端臺階，再加工大端圓錐。

最后由教師對學生的加工方案進行點評，對比說明每種方案的優缺點和合理性，確定最佳方案為方法 2。

第五步，引導學生結合已經學習過的三種常用外圓錐的車削加工方法，根據實際情況選擇最佳方法。其中轉動小滑板法不會像寬刀法那樣出現機床震動的現象，也不會像尾座偏移法那樣受圓錐角度限制，其具有操作靈活，不受圓錐角度限制，適合大錐度短件加工的特點，因此選擇轉動小滑板法是最合理的。

第六步，制定工藝卡片。根據以上五步的分析，教師讓學生分組制定工藝卡片。

第七步，在電腦上利用仿真軟件進行仿真加工操作，小組間互相進行零件檢測。

四、總結與反思

學生完成項目任務之后進入交流總結階段，教師可讓每個小組展示本組中加工得最好的零件，和其他同學分享在項目實施過程中遇到的問題、解決方法及心得體會，鼓勵小組之間，學生之間相互交流。最后教師針對各小組的項目計劃合理性、項目完成情況、作品質量進行點評，讓學生明白自己在項目實施過程中的優點和缺點。

完成項目任務是本次教學的核心步驟，在實施任務之前，教師要給學生講解清楚實施步驟，使學生明白應該先做什么，后做什么，避免接受能力較差的學生不知道如何進行操作，盡量保證所有學生都能順利完成項目任務。根據計劃引導學生計算粗加工和精加工的切削量、弄清零件上的節點、進行數控編程。有些學生在編制數控程序的過程中會出現分不清指令格式，走刀路線不清晰等問題，這時教師要及時進行指導糾正。完成數控編程任務之后，教師應指導學生利用仿真數控軟件完成臺階軸零件的仿真加工。在這里教師應該詳細講解仿真軟件的操作方法，讓學生將自己編制好的數控程序輸入到仿真軟件中進行加工，檢驗自己的數控程序是否正確，測量加工產品，檢查誤差大小。如果誤差較大，則引導學生查找原因，修正后再重新進行仿真加工，直到誤差符合要求。

綜上所述，采用項目驅動教學法需要教師具備豐富的知識和經驗、解決實際問題的應變能力，要求教師能合理地把控教學節奏，并對學生進行及時引導。但由于條件限制，項目任務的實施主要是靠仿真軟件來進行，與現實還是有一定的差距，因此，應等學生學會了仿真加工之后再讓學生進行現場加工，以獲得更好的教學效果。

【參考文獻】

[1]紀安平.基于應用型人才培養的《數控技術》課程教學改革[J].三峽高教研究，2013（2）

[2]常仁松.《數控技術》課程項目化教學初探[J].當代青年月刊，2015（10）