基于仿真教學與實踐操作相結合的數控車削加工課程課堂教學設計探究*

劉建豪 葛金翠 李 宇 金 星

柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州 545616

近年來，我國機械加工行業在不斷發展和進步，在很大程度上帶動了我國經濟的進步，是我國重點發展和建設的行業之一。在機械加工業發展的過程中，數控加工與編程技術的應用愈加廣泛，在機械加工工業中發揮了重要的作用，所以對專業技術人才的需求也在不斷增多[1]。數控車削加工是數控技術、機械制造與自動化等機電類專業的一門重要的專業主干課程。課程主體內容包括數控車削機床加工工藝編制、數控加工編程指令與應用、基本操作技能等[2]。在對典型零件完成數控加工工藝分析和數控加工編程后，數控加工仿真系統可以驗證零件編程加工的可操作性，最后通過數控機床實踐操作完成項目任務的加工驗證。采用數控加工仿真教學與數控機床實戰操作相結合教學模式，能提高數控加工教學效果，增加實踐教學的安全性，提升學生工程實踐技能，達到提高數控加工人才培養質量的目的[3]。

一、仿真教學與實踐操作相結合的必要性

（一）數控加工仿真教學的優點

數控車削加工課程編程指令繁多，復雜，實踐操作要求高，學生學習難度較大。數控加工仿真教學作為理論教學與實踐操作的過渡環節，對連接理論與實踐起著重要作用，具體優點如下：降低教學設備投資成本；提高實踐操作安全性；提高教師教學質量；提高學生學習興趣。

（二）仿真教學與實踐操作相結合的必要性

數控仿真軟件和實際機床還是存在很大區別的，它無法替代實際機床，也無法替代在真實切削加工中的實際感受。包括走刀路徑不明顯、切削深度和刀具要求不夠實際、對刀時對操作者要求不高、對產品粗糙度無法進行檢驗等，而這些恰恰是對一個學生技能訓練的重要要求[4]。學習數控車削加工，實踐操作是必不可少的環節，數控仿真加工豐富了課程教學的手段，但不是目的，部分同學沉迷數控仿真加工，忽視實踐操作，造成眼高手低的窘境，這些值得任課教師警惕。學生在數控仿真加工的基礎上，及時結合實踐操作，找出仿真軟件與實際機床在操作、切削參數選取、走刀路徑等方面的差別，最終以實際機床操作驗證操作規范、數控加工工藝、編程指令的正確應用。

二、輪廓粗精加工復合循環G71、G70指令課堂教學設計

輪廓粗精加工復合循環G71、G70指令是數控車削加工課程中一個非常重要的編程指令，是零件粗加工最常用的編程指令之一，是要求學生必須熟練掌握的一個編程指令。現以輪廓粗精加工復合循環G71、G70指令為例，基于仿真教學與實踐操作相結合，展開數控車削加工課程的課堂教學設計。

（一）任務展示

如圖1所示的軸類零件，毛坯尺寸為Φ38×60mm，材料為45鋼。編寫其數控加工程序，并完成數控仿真加工和機床實操加工。

圖1 軸類零件

（二）任務分析

該零件是一個簡單的階梯軸，由圓柱面、圓弧面、圓錐面組成，適合數控車床加工；該零件尺寸標注完整，尺寸精度和表面粗糙度要求較高，需要安排粗精加工保證；零件毛坯材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。綜上，該零件適合選用輪廓粗精加工復合循環G71、G70指令加工，引導進行G71、G70指令學習。

在講授粗加工復合循環G71指令和精加工循環G70指令時，由于指令格式和走刀路線比較復雜，學生在理解時有困難，筆者在講解的時候，利用多媒體的動畫演示功能，逐次分解演示走刀路線，結合走刀路線，對應講解指令格式，引導學生清楚的理解指令格式和走刀路線，提高教學效果。

（三）制定加工工藝方案

1．確定加工方案

班級內建立學習小組，教師引導學習小組討論加工方案，通過提問反饋各組的加工方案，教師進行點評，最終優選確定加工方案如下：

手動平端面→G71粗車輪廓（單邊留0．25mm精加工余量）→G70精車輪廓→工件掉頭→手動平端面至零件尺寸總長。

2．確定零件的定位基準：選定零件坯料軸線和左端端面為定位基準。

3．確定裝夾方案：左端采取通用三爪自定心卡盤夾緊，毛坯伸出50mm左右；工件掉頭后，三爪自定心卡盤夾取Φ33mm精加工面，墊銅皮保護精加工面，毛坯伸出16mm左右。

4．確定工件坐標系、對刀點和換刀點：確定以工件右端面與軸心線的交點O為工件原點，建立XOZ工件坐標系；采用手動試切對刀方法把O點作為對刀點；采用（x100，z100）作為換刀點。

5．確定機床：CAK6140。

6．確定刀具：手動平端面選用45°硬質合金端面車刀；粗、精車輪廓選用90°硬質合金外圓車刀。

7．確定量具：游標卡尺（0-150mm）；千分尺（0-25mm、25-50mm）。

8．確定切削用量：教師引導學生自主查表、計算確定切削用量，通過提問反饋各組意見，教師點評，優選確定，見表1切削用量選用表。

表1 切削用量選用表

（四）編寫加工程序

根據加工工藝方案，引導學生編程，鼓勵組內討論，組與組之間相互檢查改錯。挑選優秀學生編程如下：

（五）數控仿真加工

指導學生操作數控加工仿真軟件，完成仿真加工。在課堂練習上引入競爭獎懲機制，對于順利完成仿真加工的同學，在保證加工質量的前提下，根據提交作業順序進行平時成績課堂作業部分加分。筆者的方法是班級內提交作業前3名加20分，前10名加10分，前20名加5分，并對于前20名同學點名表揚。完不成課堂作業減10分。獎懲機制的引入極大的提高了學生的學習積極性和學習興趣，人人積極主動學習，爭先恐后，奮勇爭先，提高了學生學習效果。

（六）機床實踐操作

在理論學習和仿真加工完成的基礎上，安排必要學時要求學生進行機床實踐操作。教師首先強調實訓室安全規則，演示機床操作規范，強調工件裝夾、刀具裝夾技巧，根據切削情況調整機床進給量和轉速倍率等，要求學生以組為單位根據自己的編程完成機床實操加工。

三、考核評價

課程中所有的項目都采用過程考核，教師根據實施過程的重要步驟設定采分點，對實施操作的學生進行考核，并記分，匯總到考核評價表中[5]。有的步驟實施個人考核，有的項目采用小組考核，而且在考核過程中學生的職業素養和職業技能均納入考核范疇，根據學生操作機床的規范性及零件加工的質量等具體制定每個項目的考核評價表，最后的個人總成績是過程中各個項目的累加，根據設定的比例得出學生最后的總成績。

四、結語

仿真教學與實踐操作相結合的數控車削加工課程教學改革，在教學實踐中取得了良好的效果。通過仿真教學的過渡，學生可以更好地將理論知識與實踐技能相結合，既鍛煉了學生的實踐動手能力，又提高了學生的學習興趣和技能水平，為學生畢業后從事機電類專業崗位工作奠定了堅實基礎。