學生實訓設備C6140A型機床改數控并保持原始機械系統研究（一機兩用）

王海旺++姚鋒軍

摘 要 目前中高職院校普遍存在普通機床多，數控機床少的矛盾，而市場需求對數控專業人才缺口較大，如購進大量數控機床，需要有大量資金的投入。普改數擴大了數控機床的數量，能滿足數控教學的需求。購進數控機床每臺在幾十萬元（生產用機床），而改裝一臺需三萬元左右。普改數減少資金的投入，解決數控機床數量不足的問題。

關鍵詞 數控機床；普通機床；實訓教學；普改數

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）10-0010-03

1 前言

為進一步貫徹落實《河南省中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》，不斷提升研究能力和工作水平，促進河南省教育技術裝備和實踐教育健康發展，全面推進素質教育和實踐教學質量的提升，建立與市場需求和勞動就業相結合、特色鮮明的教育體系。習近平同志在全國職業教育會議上的重要講話精神以及《教育部關于深化職業教育教學改革 全面提高人才培養質量的若干意見》（教職成〔2015〕6號）等一系列中央文件精神，給高中職院校指明了辦學方向，提出了具體要求。

2 本課題的意義及現狀分析

以國家“職業技能等級標準應知應會”為依據，加強硬件基本建設，加大數控機床的投入數量，滿足數控實訓的需求。最終能解決畢業生的就業問題，向社會輸送合格的大學畢業生。要達到這一目標，必須有滿足實訓教學所必需的教學儀器和教學設備，對于數控專業和機電一體化專業的實訓教學，就必須有充足的數控機床來保證，做到單人單機，只有這樣，才能做到在有效的實訓時間內增強學生的動手能力，才能達到提高數控教學質量的效果。

《大河報》2015年10月9日刊載的有關分析報告中顯示：“技術工人一直處于短缺狀態，有高級技能等級的技術工人更加稀缺。目前，技能型勞動者數量只占全國就業人員總量的19%左右，高技能人才的數量更是僅占5%。這表明，目前我國技能型勞動者總量嚴重不足，技工短缺的現象非常突出。技能型人才短缺的主要原因是現行教育體制重學歷教育、輕技能培訓，企業對員工的培訓不足，以及職業技能教育、培訓不夠完善，導致企業不斷增長對技術工人的需求。”基于此，強化實訓教學環節，提高實訓教學質量，增強學生技能訓練，是中高職院校教育的辦學方針和宗旨，達到企業需求和學生就業的雙重目的。

隨著時代的發展，由于數控機床精度高，生產效率高，勞動強度小，得到企業的廣泛應用。企業所遵循的基本原則是：優質高產，低成本，高利潤；降低成本，增加收入。目前企業對數控人員的需求量存在較大缺口，數控人員已滿足不了市場的需求。而當前中職和高職院校普遍存在普通機床多、數控機床少的狀況，如何解決現實問題？高職院校如果加大對數控機床的投入，每臺數控機床均在幾十萬元（生產用機床），由于資金問題難度較大，很難達到單人單機的實訓效果，在數控實訓教學過程中，往往形成多人一機的現象，在有效的實訓時間內，就縮短了每個學生的動手能力訓練的時間。這樣就會削弱實訓效果和動手能力培養，難以保障實訓教學的順利完成，同時也違反了單人單機的安全操作規定。

因此，最根本的是解決數控機床不足的問題，這樣在提高了實訓教學質量同時，也就解決了學生畢業后就業難的根本問題。那么，如何解決數控機床在中高職院校實訓教學過程中的不足問題呢？這一問題出現的主要原因是資金投入較大，滿足不了數控專業的實訓教學，導致數控實訓教學質量降低，達不到實訓教學大綱要求和國家所規定的“職業技能等級標準”。

在現有基礎上解決數控機床嚴重不足，是筆者研究的課題。通過研究，將現有的普通機床改為數控機床（一機兩用），既能保持原始的機械系統普通機床使用，進行實訓教學；通過系統切換，又能作為數控進行實訓教學，資金投入較少（三萬元左右），很好地解決了數控專業實訓教學機床不足的問題。

3 本課題的可行性分析

根據河南省教育廳《關于開展河南省教育技術裝備和實踐教育研究課題評選申報工作的通知》精神，鄭州電力職業技術學院組建老、中、青三結合的實訓教師團隊，金工實訓中心擔負全院的金工實訓教學任務。2011年，金工實訓中心順利通過國家教育部評估專家組的評估工作，2014年被評為“鄭州市重點實驗室”。

實訓教師團隊由高級工程師、工程師、技師、實習指導教師等組成，是一支具有教學、科研和生產能力的強大教師隊伍，都有多年的教學經驗和實踐經驗，目前擁有實訓教學設備近百臺，普通車床、數控車、數控銑、加工中心、線切割、外圓磨、平面磨、立銑、臥銑、機電一體化等設備齊全。

團隊對CDE6140A型普通車床改數控并保持原有的機械系統，達到一機兩用的科研目的，有堅實的基礎，具備科研教學基本條件，有齊全的設備基礎和科研隊伍，有學院領導的支持和經費資助，有能力完成。通過進行研討、分析，確定了研究實施方案，從以下幾個方面進行研究。

1）從電氣上分為兩套系統，在系統切換過程中達到控制原始系統和數控系統，相互交換之間必須要有相互控制系統、互鎖裝置，從而達到一機兩用的目的，保證機械的安全性。

2）解決機床Z軸方向的移動（大拖板縱向移動）問題。首先需要考慮大拖板移動的動力來源由誰來帶動，解決是由光杠帶動還是由絲杠帶動的問題。在原始系統中，大拖板的移動可以由光杠和絲杠都來帶動，那么改為數控機床控制系統，由誰來帶動較為合適、方便、安全，能保障機床精度的提高？通過分析研究，最終確定由絲杠來帶動大拖板移動來完成，借鑒了數控機床的傳動原理。那么步進電動機與絲桿的連接問題如何解決？這是直接連接還是間接連接的問題，會影響到最終的精度。科研組的教師經分析研究，發現直接連接傳遞精度高，可以減少傳遞誤差，保證機床的加工精度。由計算機控制伺服電機，完成Z軸的軸向移動。

3）解決機床X軸的移動（中拖板徑向移動）問題。在原始機械傳動系統中，X軸的移動是由機床中拖板絲杠來帶動，改為數控機床控制系統應如何解決？采用拋開機床原始系統的傳動原理，采用由伺服電機拖動的傳動方法，即在中拖板絲杠上加裝伺服電機，以達到由計算機控制伺服電機，來完成X軸的徑向移動。endprint

4）電氣的設計。在電氣設計方面考慮到為安全起見，采用兩套控制系統線路。

A路：控制原始機械傳動系統。學生在普車實訓時，可按照教學大綱和實訓教學內容，對車削加工的基本工作內容進行課題訓練，包括外圓、端面、臺階、錐度、螺紋、鉆孔、鏜孔、攻絲、套絲、滾花等。

B路：控制改裝后數控機床的傳動系統，Z軸和X軸的移動完全由計算機控制伺服電機來完成，其中包括自動換刀系統。通過編程來完成車床所加工的基本工作內容（同上），達到完全符合數控機床的功能和指標。

在學生前期實訓過程中，可采用普通車床系統進行實訓教學；轉入第二階段學生實訓時，可進行系統切換，轉入數控系統進行數控實訓教學，實現一機兩用。這樣就節約了資金的投入，使學生在一臺機床上完成普車、數控實訓教學的教學內容，達到數控實訓教學的目的。

5）在刀架的改裝設置上有以下兩種方案：

①拆掉小托板換數控刀架，但缺點是它失去了普通車床小托板車削內外錐度的功能；

②保持原始刀架，手動換刀，但它又失去了數控機床自動換刀的功能。

經研究論證，最終采用互換刀架的改進方案，就相當于更換機床附件比較簡單方便，跟加工細長軸時安裝跟刀架，加工較粗長工件安裝中心架和花盤、彎板一個道理。但在更換過程中要求簡單方便、安全可靠。通過論證，符合以上技術要求，因此采用更換刀架的設計方案。普車實訓將安裝原始刀架，數控實訓將換成數控刀架，符合改裝設計要求，達到一機兩用。

6）改裝應滿足以下基本條件。

①本著安全第一，數控和普通系統切換要有互鎖裝置系統。

②操作與互換方便，便于學生操作和使用，盡可能簡

單，不能復雜化。

③零部件加工、安裝工藝要合理，盡可能提高零部件的加工精度，最終達到機床原始精度的效果。

④普車改數控的最終目的是一機兩用，同時還要達到兩個指標：一是必須保證普通機床的原始機械系統并滿足普通車床所加工的基本工作內容；二是改裝后的數控機床系統、功能、精度等各項技術參數和指標，均應合并達到數控機床的基本標準。

4 發展前景和推廣價值

目前各個職業院校普遍存在普通機床多、數控機床少的問題，而市場的需求對數控專業缺口較大，如購進大量數控機床，需要有大量資金的投入。如果將普通機床改為數控機床，就擴大了數控機床的數量，滿足了數控教學的需求。購進數控機床每臺在幾十萬元（生產用機床），而改裝一臺費用較少，每臺普通機床的改裝費用在三萬元左右。將普通機床改為數控機床，既擴大了數控機床的數量，滿足了實訓教學的需求，又可以減少資金的投入，解決數控機床數量不足的問題。

另一方面，在機床改裝后，學生在教學實訓過程中可以實現一機兩用，既可以利用普通機床系統進行實訓，也可以用數控機床系統進行訓練。這樣在同一臺機床上，學生就可以對零件的加工做一一對比，激發積極性和開發創新意識。

通過一年多的實踐，在科研團隊的共同努力下，提前完成“河南省技術裝備科研立項課題”（一機兩用）（立項編號：CZS220號），裝配調試成功，機床運轉（普通、數控）良好，系統切換正常。按照設計標準，各項功能指標均達到設計要求，機床加工精度（數控）在原有普通車床基礎上X軸和Z軸均有所提高，達到預期目的。

總之，由于每臺機床改造資金投入較少，在中高職院校中可以將現有普通車床改造成為數控機床。一般普通機床的剛性和強度較好（但精度較低），都高于教學用數控機床（生產用數控機床除外），改裝后機床加工精度也能有所提高，也可作為生產機床來使用，對于生產科研和外協產品零件的加工都有發展潛力。本著節約的原則，少花錢多辦事是值得推廣的研究課題。endprint