應用模塊化任務驅動式教學法提高數控車工實習教學質量的研究

王 輝

（吉林工商學院，吉林 長春 130507）

數控車工實習是機械設計制造及其自動化專業的一門實踐課程，在上學期學生已經學完了《數控加工技術》這門理論課程，基本掌握了一些常用的數控編程指令，然后通過一周的數控車工實習，把所學的理論知識用于生產實踐，把知識和勞動變成實際產品，讓他們能學到真正的數控加工技能，學有所成。本人根據學生的專業基礎和實習時間，初步摸索出一套模塊化任務驅動式教學法，運用這種教學方法來提高數控車工實習教學質量。經過幾次的實際運用和調整，證明此教學方法適用于應用技術型本科院校和符合學生的現有水平，教學效果的滿意度達到100%。

1 模塊化任務驅動式教學方法

模塊化任務驅動式教學方法就是把課程里的內容分成幾個模塊，在每個模塊中制定教學內容和要求，然后為學生講解相關的理論知識，最后給他們分配與之相關的實習任務，通過學生的不斷練習和老師的現場指導，使他們能在規定時間內圓滿地完成實習任務。數控車工實習是一門實踐性很強的課程，必須采用一體化教學，即老師講授理論知識，學生動手實際加工，老師現場巡視指導等都必須在車間現場完成，避免了分散教學，這樣才能達到良好的教學效果。模塊化任務驅動式教學方法就是一體化教學的體現。

數控車工實習開始之前，老師需要準備好以下四項工作：①分組實習。老師根據本校的數控車床數量，把一個班級的學生分成若干小組，每小組的成員是3或4人，每臺車床分配的學生數量要合適，這樣才能保證每名學生都有充分的時間操作機床和練習加工。②制定模塊數量及內容。根據《數控加工技術》理論課程的內容和實習時間，確定劃分模塊數量及每個模塊中的理論知識，做到數量和難度適中，實習進度緊湊，訓練節奏有條不紊，最終使學生能夠完成數控車工實習教學計劃規定的全部內容。如表1所示。③分配實習任務。針對每個模塊中的編程指令，老師繪制相應的零件圖和編寫工藝卡，然后把圖紙分發給學生，學生通過加工這些零件，就可以理解和掌握老師講過的指令和工藝知識。④實施任務。老師為學生講解零件圖、工藝卡、典型例題，然后播放零件的加工過程視頻，同時著重強調一下需要注意的安全和技術問題。老師要規定每名學生編寫程序、工藝卡和加工零件的時間，督促他們都要按時完成任務。

筆者為機械設計制造及其自動化專業學生制定了以下四個數控車工實習模塊及任務。

表1 數控車工實習的四個模塊

模塊3應用圓弧插補指令G02，G03，軸向粗車循環指令G71，仿形粗車循環指令G73，精車指令G70，編寫蠟臺的加工程序和工藝卡。任務3動手實踐車削蠟臺模塊4應用刀尖圓弧半徑補償指令G41，G42，G40和刀具磨損補償，編寫臺階軸加工程序和工藝卡。任務4動手實踐車削臺階軸

2 模塊1“練習數控車床的基本操作和試切對刀法”和任務1“熟練操作機床和對刀”

學生通過練習基本操作和試切對刀，可以熟悉機床操作面板的功能區，編輯區，顯示區，狀態區上的所有按鍵，學會了開關機床；回機床參考點；手動控制刀架運動；在MDI模式下輸入單段程序控制主軸正反轉和停止；在編輯模式下輸入、編輯和修改程序；在自動模式下按下機床鎖、輔助鎖、空運行來模擬加工過程；換刀和對刀，掌握了如何建立工件坐標系；在刀具偏置磨損參數窗口中輸入刀偏值等基本操作，為后續的實際加工打下基礎。

3 模塊2“應用G00，G01，G90指令編寫圓錐加工程序和工藝卡”和任務2“動手實踐車削圓錐”

此模塊設計了圓錐零件，目的是使學生初步了解加工程序輸入數控系統并執行程序以后，車床是如何運動的，同時觀察G90指令程序段執行過程中車刀的走刀路線（簡稱刀路）。學會數控車床編程的關鍵就是看懂刀路，只有看懂了刀路，才能真正理解加工程序，做到知其然知其所以然。學生完成了這部分任務后，頭腦中就能形成數控車床編程的思維模式。

圓錐零件圖如圖1所示。圓錐加工程序及程序注釋如下：

O0001（程序名）

G00X100 Z100 M03 S400 T0101 G99；

G00 X43 Z10；（快速定位到循環起刀點）

G90 X41 Z-50 F0.3；（切削 φ36外圓）

X39；（第二次循環加工）

X37；（第三次循環加工）

X36；（第四次循環加工）

G90 X34 Z-35 F0.3；（切削 φ28外圓）

X32；

X30；

X28；

G00 X43 Z2；（快速定位到圓錐的循環起刀點）

G90 X28 Z-20 R-2 F0.3；（切削圓錐）

R-4；

R-6；

R-7.3；

G00 X100 Z100 T0202；（換 2號切斷刀）

X43 Z-54 S300；（刀片寬 4mm）

G01 X0 W0 F0.05；（切斷工件）

G00 X100 Z100；（快速返回至換刀點）

M05；（主軸停止）

M30；（程序結束并復位）

圖1 圓錐零件圖

4 模塊3“應用圓弧插補指令G02，G03，軸向粗車循環指令G71，仿形粗車循環指令G73，精車指令G70，編寫蠟臺的加工程序和工藝卡”和任務3“動手實踐車削蠟臺”

此模塊設計了蠟臺零件，目的是使學生掌握在數控車床編程中應用最廣泛的G71指令，觀察G71指令程序段執行過程中的刀路，比較它與G90指令的不同之處和復雜程度。用蠟臺零件作為加工實例，可以提高學生的工藝知識水平，也提高了車外圓，平端面，運用G02和G03指令加工弧面，倒角，切斷等工序加工的編程水平。

蠟臺零件圖如圖2所示。蠟臺加工程序及程序注釋如下：

O0002（程序名）

G00 X100 Z100 M03 S400 T0101 G99；

G00 X43 Z10；（快速定位到循環起刀點）

G71 U1 R0.5 F0.3；（背吃刀量1mm，退刀量0.5mm。）

G71 P1 Q2 U0.5 W0；（軸向粗車復合循環）

N1 G00 X0 W0 S800；

G01 Z0 F0.1；（精加工起點）

G02 X16 Z-10 R20；（精加工輪廓）

G01 X20；

X22 Z-11；

Z-16；

X16 Z-23；

X22 Z-30；

Z-37；

X26；

G03 X30 Z-39 R2；

G01 Z-45；

G02 X30 Z-65 R15；

G01 X34；

X36 Z-66；

Z-71；

N2 X45；

G70 P1 Q2；（精加工循環指令）

G00 X100 Z100 T0202；（換 2號切斷刀）

X43 Z-74 S300；（刀片寬 4mm）

G01 X0 W0 F0.05；（切斷工件）

G00 X100 Z100（快速返回至換刀點）

M05；（主軸停止）

M30；（程序結束并復位）

圖2 蠟臺零件圖

5 模塊4“應用刀尖圓弧半徑補償指令G41，G42，G40和刀具磨損補償，編寫臺階軸加工程序和工藝卡”和任務4“動手實踐車削臺階軸”

此模塊設計了臺階軸零件，目的是使學生掌握刀補的建立，進行，取消過程，而且必須在空走刀時，只能用移動指令G00或G01建立或取消刀補。學生要知道如何判斷左刀補和右刀補，了解數控機床自動刀補原理和實現過程。同時學會修改刀具磨損補償值，在刀具偏置磨損參數窗口中輸入刀尖圓弧半徑R0.4，刀尖方位號T3，刀具磨損補償值U－△d，W－△w等操作。要最終保證零件的尺寸精度，必須進行刀補和修改磨損值這兩項工作。

刀具用久后會發生自然磨損，使產品尺寸產生誤差，因此需要對刀具進行磨損量補償，才能達到圖紙尺寸要求。

例如：圖紙尺寸要求Φ16±0.05，粗加工理論余量是Φ16.5－Φ16=0.5，如果測量后的粗加工實際余量是Φ16.6－Φ16=0.6，那么，理論余量－實際余量=0.5－0.6=－0.1，所以，刀具的 X方向磨損量為0.1mm，則在刀具磨損參數中輸入X方向磨損量：U－0.1。同理，測量長度尺寸，然后輸入Z方向磨損量：W－△w。注意：磨損量都是輸入負值。

臺階軸零件圖如圖3所示。臺階軸加工程序及程序注釋如下：

圖3 臺階軸零件圖

O0003

G00 X100 Z100 M03 S400 T0101 G99；

G00 X43 Z2；

G71 U1 R0.5 F0.3；

G71 P1 Q2 U0.5 W0.5；

N1 G42 G00 X16 W0；（空走刀時建立刀補）

G01 X20 W-2；

W-23；

X26；

X28 W-1；

W-14；

X36 W-5；

W-10；

G02 X36 Z-72 R10；

W-11；

N2 G01 X43；

G40 G00 X100 Z100 M05；（空走刀時取消刀補）

M00；（程序暫停，檢測工件尺寸。）

G00 X43 Z2；（定位到循環起點）

G70 P1 Q2 M03 S800 F0.1；

G40 G00 X100 Z100 T0202；（空走刀時取消刀補）

X30 Z-25 S300；（刀片寬 4mm）

G01 X16.4 W0 F0.05；（切槽）

G04 U5.0；（延遲 5秒）

G01 X43 W0；（退刀）

G00 X43 Z-86；

G01 X0 W0；（切斷工件）

G00 X100 Z100（快速返回至換刀點）

M05；

M30；

6 結語

筆者在數控車工實習教學中采用模塊化任務驅動式教學方法，在實踐教學中調動了學生的積極性，提高了學生對數控車床編程的興趣，使學生的編程水平提到了一個新高度。老師利用這種教學方法，層層推進，有的放矢，事半功倍，取得了很好的教學效果，使數控車工實習中的模塊化任務驅動式教學方法得到進一步優化與完善，為應用型本科院校培養出更多、更優秀的應用型技術人才。