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【关键词】数控机床 实习训练 技能
我校的数控技术应用专业现为江苏省品牌专业,我校有数控车床32台,其中华中808系统21台、Siemens 802D系统的3台、Fanuc 0i-TC系统的8台。数控铣床(加工中心)15台,其中华HNC-21M系统12台,Fanuc 0i-MC系统3台。在此之外,我校还专门配备了两间数控仿真室(100点),用于学生对已编写程序的仿真加工及检验。作者结合自己在数控机床一线的实践教学经验,以数控车技术应用方向的学生实训为例,浅淡一些具体的教学方法与体会。
一、教学安排
我校现每年招收3个(约150人)班数控技术应用专业的学生,学生在校时间为两年半。两年半内如何充分利用好现有设备,怎样让学生掌握过硬的技能,得到真正的实惠,是我们实训教师及教务上必须解决的问题。学生入学的第二学期,我们安排了普通车床的实习训练,这样安排是让学生通过普通车床的实习后,懂得一些基本的切削原理,对切削用量的选择,工艺路线的制定,刀具的刃磨及选择等可以有一定的认识;第三到第五学期,每学期我们都安排大约6周时间的数控机床的实习训练。
二、教学方法
在我们的教学实践中,我们简单地把数控机床的实习训练教学分为三个阶段,即:入门阶段、提高阶段和拓展阶段。
(1)入门阶段
我们安排大约4周左右的实习,其中,对数控编程的原理及方法是这个阶段教学的重点。具体分为三部分:
①加工演示:在实习训练初期,由指导教师先用数控机床加工一件产品,能让学生对数控加工过程有一个感性的认识。
②理论学习:经过加工演示之后,学生对数控车床的加工,在脑海里已经有了一定的印象,通过理论的学习,学生会学到数控车床的组成、特点、工作原理、代码、加工工艺和编程知识。其中,数控车床的组成、特点、工作原理我们只是作概括性的介绍,学生只要有适当的了解就可以,重点是代码、加工工艺和编程知识的学习,同时,这也是入门阶段学习的重点。
③现场实践操作:学生编写完加工程序,在仿真软件上模拟正确后,通过指导教师对现场操作的讲解,让学生掌握如何去操作机床,并让学生自己去实践,完成自己编写的零件,提高学生的动手能力。这部分,我们安排的时间并不多,目的只是让学生去熟悉机床的基本操作,并不要求非常熟练地掌握,加工材料也多以塑料棒为主,考虑到学生起初操作,出错的概率偏大的缘故。
(2)提高阶段
这阶段的教学内容基本和前一阶段相同,主要分为两部分:理论教学和实践操作。不过,这阶段的教学重点转到了实践操作上,具体的安排如下:
①理论教学:前一阶段学生已经打了良好的理论基础,学生对编程的方法已经有了一定的认识。理论教学主要是让学生能用不同的方法编程,能编写一些较为复杂的零件。
②实践操作:前一阶段的学习,学生只是对数控车床的操作有所了解,实践的机会并不是很多,并没有熟练掌握,在切削用量的选择,加工工艺的安排上还比较欠缺。因此,这阶段我们主要是引导学生如何合理地安排工艺,选择适当的切削用量,通过学生自己的反复实践活动去检验理论数据。这样,学生对于加工一个零件不仅在心里有了一套自己的切削数据,而且经过反复的实践活动,他们对数控车床的操作也能熟练掌握。这阶段加工材料多以45#钢为主。
(3)拓展阶段
我们把这阶段的实习训练安排在学生顶岗实习的前一学期,主要学习数控车床其他种类的系统(如,前阶段学习了华中系统系统,这阶段可以学习Fanuc、Siemens等其他系统)与其他种类的机床,目的是为了拓展学生的见识与知识面,使学生毕业后能够尽快地实现教学与企业生产需要之间的接轨。
引言
项目教学法是当前职业教育中的一种得以广泛运用的“做中学、做中教”式教学法,其强调学生在教学中的主观能动作用,师生之间的活动是互动的,适合在中职专业课教学中应用。近几年,随着我院国家中等职业教育改革发展示范学校的建设,硬件设备不断完善,也为项目教学法在数控专业技能课上的实施提供了条件。 1.项目教学法简介 1.1项目教学法的概念 项目教学法是通过一个完整的“项目”工作来进行的实践教学活动,在职业教育中,项目是指以生产一件具体的、具有实际应用价值的产品为目的的工作任务。教师已经不再是教学中的主导者,而应成为学生学习过程中的引导者、指导者和监督者。 1.2项目教学法与传统教学法的区别 项目教学法与传统教学法相比,有着显著的区别,详见表1: 表1 项目教学法与传统教学法的区别 教学方法
比较项目
传统教学法
项目教学法
教学目标
教师传授知识和技能
学生自主学习新知识
教学形式
教师为主体,学生被动学习 学生为主体,在老师的指导下主动学习
交流方式
单方面互动为主 小组成员之间及学生与老师之间多向交流
参与程度
学生服从老师指挥,参与度较低 学生可以根据自己的兴趣做出选择,主动参与
激励手段
以外在动力为主,难以持久 内在动力得以充分调动,可持久
特色 老师挖掘学生的不足点,补充授课内容 老师利用学生的优点,开展活动
1.3实施项目教学法应具备的条件
1.3.1教材中项目的有效性
项目的设计应符合中职学生的就业预期,要包含全部教学内容并尽可能地融合多门课程的知识点;项目的难度必须适中,在中职学生当前发展水平的基础上,经过适当努力能够完成;同时要使各种技能得以有效重复,让学生达到熟能生巧。
1.3.2教学设备的配套性
既然要给学生提供模拟的工作环境,就必然要求学校配备“够用的工作设备”,创造准工作活动的氛围,使学生在工作(教学)过程中完成对知识的构建,有效提高其职业能力。
1.3.3教师的专业素养和实践能力的完整性
教师必须储备更完整的专业技术和教学能力,具有丰富的实践经验,从而使知识点融会贯通并得到必要的整合。
1.3.4教师指导过程的开放性
教师应引导教学过程从可控课堂向自由课堂、构建学习演变,并建立切实有效的评价机制,在开放教育中更好地履行自己的职责。 2.《数控机床编程与操作》课程教学中项目教学法的应用
《数控机床编程与操作》作为控加工专业本核心课程之一,以培养学生熟练掌握数控机床的基本编程技能和数控机床操作加工的应用能力为主要目标。
2.1《数控机床编程与操作》课程概述,详见表2:
表2 《数控机床编程与操作》课程概述
课程名称
课程内容
技能要求
数控机床编程与操作
系统介绍常用数控机床编程与操作的知识和方法,以及数控机床的使用和维护。主要包括数据技术基础、数控车床、数控铣床、加工中心的编程与操作、CAD/CAM与数控自动编程技术以及数控机床的使用和维修等。尤其是操作,不仅介绍了基本操作方法,更有具体详细的加工操作步骤。通过本课程的学习,为全面提高学生的综合能力提供有力的保障。
通过对数控加工过程中有关工艺分析、数值计算、基本的编程功能指令等的学习,使学生了解数控机床的结构;掌握FANUC系统数控车床、数控铣床、加工中心的程序编制方法及自动编程方法;培养学生根据具体数控机床特性和实际需要的零件图要求编制加工程序的能力、调试程序的能力和运用现有数控机床加工零件的初步能力。
2.2学情分析 本课程的授课对象大多数为数控加工专业二年级学生,之前已经学习了《机械制图》、《公差配合与测量技术》等理论课程,进行了钳工、车工实训,已具备一定的识图能力和机械加工工艺知识,并基本掌握了普通车床的操作技能,为本课程采用项目教学法进行教学打下了良好的基础。
2.3具体项目案例分析 一个完整的“项目教学”过程通常包括以下步骤:确定项目任务、制定计划、实施计划、检查评估、归档或结果应用五个教学阶段。
2.3.1确定项目任务
教师提出一个或几个项目任务设想,同学生一起讨论,最终确定任务。目的是引起学生的思考,让学生获取工作任务的信息,从而引出要解决工作任务的兴趣,设置情境,引入项目。
2.3.2制定计划 学生根据工作任务的具体情况,进行图纸和加工内容的分析,确定加工的工序和质量精度的要求,计算主轴转速、进给速度、切入深度(背吃刀量)和加工余量等,根据现有的数控加工设备和刀具量具的具体情况,通过学生讨论,教师指导的方式,最终制定合理的项目计划。 2.3.3项目实施 在此阶段,首先根据授课班级学生的情况,将学生分组,每组不同层次学生合理搭配,并选出组长。各小组必须严格按照制定计划执行,每位成员应积极参与,根据制定的计划和决定,开展对工作任务的实施过程,同时教师在完成过程中应提醒学生注重过程中的细节,注意观察和总结,并做好记录。 2.3.4检查评估 先由学生自己进行评估,再由教师对项目工作成绩进行检测评分。师生共同讨论,评判在项目工作中出现的问题,学生解决处理问题的方法以及学习行为特征,通过对比师生的评价结果,找出造成评价结果差异的原因。
2.3.5归档或结果应用
项目工作的结果,应该归档或运用到企业和学校的生产教学实践中。 3.效果与反思 在《数控机床编程与操作》课程中采用项目教学法,改变了以往“教师教、学生听”的被动式的教学模式,将理论与实践有机结合,教学过程更加贴近生产实际,培养了学生的自学、操作、分析解决问题的能力,符合“以服务为宗旨,以就业为导向,以能力为本位,以创新为动力”的职业教育理念。
但是,一种新的教学法的尝试,不是一帆风顺的过程。认真地分析学生,以学生的发展作为我们的目标,关注课堂,关注教学,我们一定会探索出一条适合学校自身实际的项目教学模式,为社会培养出更多的优秀技术人才。
参考文献:
一般机床是能完成车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等机械加工的方法的设备,它能把金属毛坯零件加工成所需要的形状,其中包括尺寸精度和几何精度两个方面。
数控机床则是从普通机床的基础上发展过来的,它是一种装备了数控系统的机床。数控系统则是采用了自动控制技术,能用数控指令来控制机床的运动(称之为数控控制技术)的自动控制系统。
二、机床的雏形、诞生及发展
机床是人类进行生产劳动的重要工具,也是社会生产力发展水平的重要标志。
1、数控车床的雏形
机床最早的雏形是于公元前2000多年出现的树木车床。当时,工作时脚踏绳索下端的套圈,利用树枝的弹性使工作由绳索带动旋转,中世纪的弹性棒车床运用的仍是这一原理。1500年左右,意大利人达芬奇曾绘制过车床、镗床、螺纹加工机床的构想革图。中国明朝出版的《天工开物》中载有磨床的结构,用脚踏的方法使铁盘旋转,加上沙子和水剖切玉石。18世纪的工业革命推动了机床的发展。
1774年,英国人威尔金发明较精密的炮筒镗床,他用这台炮镗床镗出的汽缸,满足了瓦特蒸汽机的发展。1770年威尔金森制造了一台水轮驱动的镗床。1797年英国人莫利兹创造的车床能实现机动进给和车削螺纹,这是机床结构的一大变革。19世纪以后,由于纺织、动力、交通运输机械和军火生产的推动,各种基本类型的机床相继出现。
2、机床的诞生及发展
普通机床经经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化,精密机械与测量等技术的发展与综合应用,生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。
在20世纪40年代,飞机和导弹制造业发展迅速,原来的加工设备已无能力加工航工业需要的高精度的复杂型面零件。1948年,美国PARSONS公司在加工直升机叶片轮廓检验样板的机床时,首先提出了数控机床的设想,在麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所的协助下,于1952年成功研制了世界上第一台三坐标铣床样机。后又经过三年时间的改造和自动程序编制的研究,数控机床进入了实用阶段。于1958年,美国的KEANEY&TRECKER公司在世界上首先研制成功了带有自动换刀装置的加工中心。
可以说,数控机床的诞生为人类带来了不同凡响的意义。于此同时,数控机床的优越性也着重的体现出来了,在国际的竞争日益剧烈、产品品种变化频繁的形势下,各国也开始研究各种不同类型的数控机床,新品种的机床也随之增长。在这样的条件下,数控机床也经历了几代变化:
1952-1959年采用的是电子管构成的专用数控(NC)系统的数控机床,这是第一代。
1959年由于在计算机行业中研制出晶体管元件,因而便出现了采用晶体管电路NC系统的数控机床,从而跨入了第二代。
1965年出现了开始采用小、中规模集成的NC系统数控机床的第三代。
1970年为数控机床发展的第四代,此时采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制系统的系统数控机床。
1974年开始采用微型电子计算机数控系统(MNC)数控机床,此时为第五代。
在经历不同的年代的发展,机床的数控化率不断提高,也使数控机床加工对象改型的适应性加强,加工精度提高,大大的提高了生产效率,为制造业提供了良好的经济效益,且数控机床由于自动化程度很高,很利用现在化的生产管理,使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
三、数控机床的发展趋向
数控机床一经使用就了其独特的优越性和强大生命力,使原来大量不能解决的问题,找到了科学解决的途径。然而,随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,数控机床必须不断发展以更适应生产加工的需要,以达更高更好的效果。
随着数控机床的不断发展,不断提高,同时随着当今世界的快速发展,数控机床也将会有不同的发展方向:
1、迎合制造业的个性需求。
2、不断提高加工精度、加工效率,减少加工辅助时间,强调柔性化来满足生产和组织及管理的需要。
3、强调功能复合化。
4、5轴(坐标)联动控制技术及5轴联动数控机床成为世界机床制造业中的一个技术制高点。CIMT2007上共展出了70多台五轴联动数控机床,其中有40多台是中国自主开发的。
5、注重环保,涉及避免油污污染,以及机床再生、回收等方面。
6、智能化发展,即数控机床的控制系统逐步具备自诊断、自适应控制、逻辑分析判断等功能。最近,日本的山崎马扎克公司陆续开发了主动振动控制、智能热屏障、智能防撞屏障、语言提示;日本大隈公司开发了Thinc智能数字控制系统等等。
7、在并联结构机床方面,哈尔滨量具刃具集团数控设备公司在CIMT2007上展出的并联结构机床LINKS-EXE700具有新的突破意义,不单结构进一步简化,而且加工范围增大、动作快速、刚性和精度提高;五轴联动数控编程与使用常规化,可以加工五面体,在工件特别装夹的情况下,还可作六面加工,这是目前任何机床结构都做不到的。
8、从零件加工方法上来说,称得上革命性发展是出现了实现快速成型技术原理的机床新品种,它采用电热、激光束、离子束、电子束作为能量源,以复合纸、高聚物、金属粉末、高温合金、复合陶瓷、铸造型砂等作为加工材料,一改现有金属切削机床和金属成型机床“材料去除”加工方法,而采用“材料累加”的方法或称“增材制造”方法进行机械零件原型制造。
9、水切割已经与激光切割并驾齐驱成为一门崭新的技术和新的机床门类,中国目前有三、四个单位从事这方面开发,产品已上市。
数控机床的发展方向是多元化的,也可以使其向信息化发展,产生其联网效应,在数控机床工作时,工人和技术师之间有着短距离的联系,以确保加工过程的顺利,在任何一个环节中如若出现问题,可以不须远距离就可以解决。
四、中国的数控
我国的数控机床从20世纪80年代开始起步,2003年我国就成了全球最大的机床消费国,也是世界上最大的数控机床进口国。在“十五”期间,我国数控机床行业实现了超高速发展。其产量2001年为17521台,2002年24803台,2003年36813台,2004年51861台,是2001年的3.7倍,平均年增长39%;2005年国产数控机床产量59639万台,接近6万台大关,是“九五”末期的424倍。中国机床行业在“十五”期间发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。
经过不断的发展,市场上的需求,近几年我国机床工业正处在黄金发展时期:机床工具行业连续8年快速增长,连续6年成为世界第一机床消费国、进口国。虽然我国的机床发展水平和国际还有一定的差距,但是部分产品已经达到国际水平。
在2008年4月21~25日的中国第五届中国国际数控展览会就体现了我国数控机床的发展,是我国国产数控机床自主创新20年的成果的全面展示。此次国展会就展示出我国的高档数控机床可谓是遍地开花,其中多家企业也展出了大规模系列产品,柔性制造系统成套的靓丽登场,而数控机床的整体水平也进行了全面的提升,以往的加工中心也从立式脱颖成卧式,这次展会也展示出了许多前所声誉鹊起有的大型、重型数控机床等。
这次展会也体现我国数控机床的技术先进、质量可靠、性能优越;体现了数控机床在我国经济的持续快速发展和国家政策的大力支持下,机床工业连续六年取得快速增长;体现数控机床在我国的市场的广阔,我国的能力之强大。
五、数控机床的接触
在学校实习时,我也曾经接触过机床与数控机床,感觉好对机床的调整,例如:对一段圆柱进行车圆锥面的时候,根据要求进行计算,将小滑板法转到计算出的角度;而数控机床只要根据技术员所编程序进行车削,自动调整,无须人力。从而看出数控机床比一般机床的高技术性、高效率等,体现了数控机床的优越性、高性能。
数控机床根据所实现加工的情况不同,也有不同的型号。我们刚开始接触数控机床,使用的是模拟型,在厂里所接触的就属于实用型,在这两者之间,也有不同的区别:程序所须代码的意思不同、系统不同、机床按键不同等。同时,根据实际情况所需,数控机床上的功能也随之变动:有的适用于加工普通零件,有的适用于加工高精度的零件。模型弄数控机床,是根据你所编的程度进行操作,没有任何的变动,相当于执行你的指令,不会自我完善;实用型数控机床则相反,它会根据所出现的情况,辨别进行完善,例如:机床用麻花钻进行钻孔,如果你没有设置退刀程序,模拟机床会根据你的程序,一直到钻孔结束;而厂里的机床,可以根据你设置的程序,进行完善,在钻孔时,会自动退一点点,让孔内的铁屑随着退刀出来,再继续钻孔。
在这样的对比之下,可以看出数控机床在向着人类所期待完美状态前进,它的“成长”标志着社会生产水平的发展,是我们人类的重要标志之一。
数控自动编程的软件很多,一般的CAD都有这样的自动编程功能,例如现在PRO-E、MASTERCAM、UG、solidworks等软件都有这样的自动编程功能,他们的结构庞大,软件的学习上也很复杂,并且在价格上也很昂贵。假如仅仅用于数控车床的自动编程上,真是大材小用了,很是浪费。使用简洁,操作方便,专用于数控车床加工的小软件,这样的软件专业性和专一性很强。既节省人力又节省物力。而AutoCAD因其灵活性和接口的多样性被广泛的使用在机械设计领域中。在其能够生成的文件格式中有一个二进制的文件,文件中包含着轮廓线的线型和坐标的信息。使用二维功能强大的AutoCAD软件绘制轴承类的零件的外轮廓显然是一件非常容易的事情。
Auto CAD作为一个完整的绘图编辑器,可以独立使用,并可完成用户的很多设计工作,但要完成零部件从设计到制造的全过程的工作,仍然力不从心,如零件设计完后要做有限元分析,要制定工艺规程,要生成NC代码,这些工作AutoCAD都不能胜任,这些必须借助其他应用软件,而所用的软件都在不同程度上要求得到Auto CAD的图形信息支持,因此需要Auto CAD提供一个便于外界接受的文件格式输出图形信息。另外,用户在设计过程中还会根据工作的需要开发一些自己的应用程序,以便做计算、分析或其它之用,处理后的数据希望传给AutoCAD,用于自动生成图形,这时用户传递这些数据最好的办法就是写成Auto CAD可直接接受的数据文件,为了解决AutoCAD和其他程序间图形数据的交换问题,定义了图形交换文件规范。
一个完整的自动编程系统,必须包括前处理程序(Maln Processorl和后置处理程序(Post Processor)两部分。
一、前处理程序设计
前处理程序用以对源程序进行翻译并计算刀具中心轨迹,或通过处理图形数据文件而得到刀具中心轨迹,这一部分完全独立于具体的数控机床,前处理程序的输出一般为刀位数据(Cut Loca―tion Datal,但这种刀位数据不能直接用作数控装置的控制指令,因此必须要有一个后置处理模块,后置处理程序是自动编程系统中的一个重要组成部分,它是按数控机床的功能及数控加工程序格式的要求而编写的一个计算程序。它将主处理程序产生的位置数据和功能信息转换成能被某种数控机床控制单元所需要的数控加工程序代码,以便用于控制机床并产生各种加工功能和加工运动。由于各种数控机床的输人格式各不相同,因而为了适应各种机床的不同要求,后置处理程序也是各不一样的。
二、后处理程序设计
后置处理的目的是形成数控指令文件。由于各种机床使用的控制系统不同,所以所用的数控指令文件的代码及格式也有所不同。为解决这个问题,每个自动编程软件通常有自己专用的后置处理程序。
本系统采用的数控机床的指令有以下几种:
1.坐标功能指令:x,z,I,K。
2.准备功能指令:G00一快速进给;G01一直线插补;G02一顺时针方向圆弧插补:G03一逆时针方向圆弧擂补;G33一等螺距螺纹加32;G54一坐标设定指令。
3.速度功能指令:主轴转速S;进给速度F。
4.换刀功能指令:刀号选择T01-T04。
5.刀具补偿指令:G41-在工件轮廓左边刀补有效;G42-在工件轮廓右边刀补。
6.辅助功能指令:M02一程序结束;M03一主轴正转;M04一主轴反转:M05一主轴停止。
在生成数控程序时,首先打开前面生成的刀具中心轨迹文件,从最外层向内逐层生成加工程序,在把刀具中心轨迹文件的数据转化为数控程序时,逐行读人数据,根据线形确定所采用的刀具以及相应的G指令,并把坐标值X,Z,I,K赋给对应的变量。再根据所输入的主轴转速和进给量,使所有的数据转换成字符串,然后与字母G,T,S,F,X,Z,I,K组合成数控指令。最后加上程序号和必要的M指令组成程序段,在每一层切削完成后或换刀时,添加一个必要的程序段使刀具回到换刀位置,在程序结束时加上辅助指令M0 2以表示程序结束,最后将程序以文件的形式存盘。
关键词:数控加工;宏程序;运用;数控车床
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1672-3791(2015)09(b)-0055-02
作者简介:彭晓玲(1970—),男,汉,江西九江人,本科,助理实验师,研究方向机械制造及数控加工,程少慧(1973—),女,汉,江西九江人,本科,高级实验师,研究方向机械制造及数控加工
随着社会经济与科学技术发展,传统数控加工技术已经难以满足新时代机械产品质量要求,而为了保证机械产品加工质量,近几年来,主要在数控加工过程中应用宏程序加工方式。而且目前数控机床的自动化与技术密集性都相对较高,且属于一体化机电加工的设备,也就是综合使用精密机械、计算机、自动化的控制以及自动化检测等高技术产物。新时代数控加工的工艺是在传统加工工艺基础上进行变革,数控加工过程中,必须要全方面考虑定位误差与基准选择这两种问题,因为当下很多车床设计基准与定位基准不能重合问题普遍存在,而使用宏程序进行数控车床加工就可以和设计基准保持一致,尽可能避免因为二次曲线、双曲线解算而造成的误差,从而保证车床加工精度。
1数控加工中宏程序意义与编制特点
1.1数控加工中宏程序应用的意义
数控指令一般是ISO代码的指令,也就是每一个代码功能都是固定不变的,并且有相关的公司专门生产,消费者使用根据规定进行编程。但很多时候ISO代码无法满足用户需要,为此系统为用户提供宏程序的功能,让用户能够拓展数控系统功能,事实上是指数控系统尽可能对用户开放,同时给用户提供数控系统的使用工具,从而在数控的系统平台上实施第二次的开发,只是这种开放与开发都有区别与条件。其中早期数控加工程序主要是主程序,后来逐渐使用子程序的嵌套与子程序,即便子程序对于编制加工程序方面比较有用,但由于主程序与子程序基本一致,在整个程序运行的过程中,不仅需要数控系统进行插补运算,而且还要进行数字的运算。而宏程序经常会使用条件转移、变量、逻辑运算与算数,这样编制加工操作程序过程比较容易与方便,也就是能够把同种加工操作程序编制成通用的程序,例如固定式加工循环的宏程序与型腔加工的宏程序[1]。
1.2宏程序的编制特征能够将变量应用在宏程序的主体中;能够进行变量间运算;能够使用宏程序的指令对变量赋值。
2宏程序特点
2.1应用的范围比较广
在实际的加工过程中,宏程序能够应用在数控加工其他的环节中,例如M代码、刀具长度的补偿、主轴的转速、刀具的半径补偿、G代码与进给量等设置,能够大大的提高加工率[2]。
2.2能够彻底解决软件的编程缺陷
就软件的编程而言,一般编制曲面加工的程序内容比较多,数控加工的容量为256KB或是128KB,如果程序容量大于该容量,需要进行在线加工。而在线加工过程中,经常容易发生速率达不到机床加工速率要求的情况,从而引发迟滞、断续的现象,导致加工过程受到严重影响。但是宏程序可以控制在60行以内,即便换字节也只是几个KB,编制程序的内容比较简短,因此不需要进行在线的加工。
2.3高效性
在数控的加工过程中,容易遇到有规则、数量少与品种多的几何工件,编制时只需要总结与分析这类共同点,将各种几何形状共同点设成变量,同时应用到数控加工的程序中,而且只要对其中几个变量赋值进行改变,就能够多次调用并加工,这样不仅可以节省编程的时间,而且可以大大提高准确性。
2.4经济性
在数控加工的过程中,往往会存在数量少、品种多的零件,这类零件特征不会发生改变,若是使用常规的加工方式,应该针对数控加工要求来制定加工成型的刀具,但是制造这类成型刀具需要花费大量的资金与时间,而使用宏程序能够解决这种问题。更甚者部分需要使用球头的铣刀加工零件,也可以使用宏程序来解决,从而减小制造的成本[3]。
3在数控加工过程中对于宏程序的应用
3.1数控铣床加工中椭圆顶面倒角宏程序的编制
由于普通铣床上前后、上下与左右后托板均是手动拖板,加工双曲线、椭圆与二次曲线等,很多标准曲线无法满足,如果数控的铣床上没有应用宏程序加工,不能满足加工要求。如果使用宏程序,可以对各类曲线标准公式算法进行转换,使数控系统可以逐步地运算,及时完成标准曲线的加工。
3.2大直径的端面加工
在数控车床中应用宏程序来加工较大直径的断面,也就是直径大约是100mm的一些钢料,在普通的车床中加工一些大直径断面,或是在数控的车床中直接给出终点的坐标时,经常会由于刀具由里到外进给速度没有发生改变,虽然可以确保数控车床表面的粗糙度,但却无法保证端面内部的粗糙度。但应用宏程序进行加工,能够彻底解决以上问题,也就是将进给量作为变量,确保进给量可以由外到里呈现出逐渐减小的趋势。
3.3数控车床加工中椭圆宏程序的编制
由于普通车床中大小托板均是手动控制,在双曲线、椭圆与二次曲线的加工过程中,很多标准曲线都无法满足加工要求。此外,很多数控车床中缺乏直接的加工椭圆指令,但如果使用宏程序进行加工,可以对各种曲线标准公式金边变换,准确计算出曲线精度,从而加工出标准的曲线。
4结语
总而言之,数控加工过程中数控编程的一个重要环节就是标准曲线计算,标准曲线计算合理性直接关系着数控车床使用的效率,还关系到零件经济性、零件加工的质量,因此,拟定零件的数控加工标准曲线精度过程中,需要全方面的对工艺进行分析,充分了解数控加工工艺可能存在的缺陷,并采取相应的解决措施进行处理,同时合理、灵活的对工艺进行设计。此外,从过去的实践中可以看出,选取高效、合理的加工路线与工艺方法,在提高经济效益、加工质量与生产效率方面都有着重要的意义。
参考文献
[1]韦富基,李振尤.宏程序及自动编程软件在复杂曲面零件加工的应用[J].桂林电子科技大学学报,2014,23(4)217-221.
[2]谢越,刘健雄.基于华中数控系统宏程序功能在椭圆球面加工中的应用[J].新技术新工艺,2014,15(4)19-22.
关键词:仿真软件;数控教学;思考
一、数控仿真软件简介
数控加工仿真软件是结合机床厂家实际加工制造经验与学校(包括普通高校、职业技术学院、中等专业学校、技工学校等)教学训练所开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件,可以满足大批量学生的教学需求,为学校节省了大量设备购置经费,解决了培训时学员多、机床设备少的问题。目前,比较常见的数控加工仿真软件有VNUC、南京宇航、上海宇龙,浙大辰光等。
二、数控仿真软件在数控专业教学中的作用
1.利用数控仿真软件可以充分利用现有资源,弥补数控设备不足,为学校节约经费。数控专业的设备投入量是很大的,如果要使每个学生有充足的实习时间,可能要投人上百万甚至上千万,这对一般的职业学校财力显然是难以承受的。如建立一个满足50人实习的数控车床实习场地,每实习岗位安排两名学生,就需要25台数控车床。每台数控车床以8万元计算就得需要200万元设备投资费。而若采用数控仿真软件进行实习教学,则需要50台计算机,每台以6000元计算(含软件费)则只需42万元即可,同样满足了教学需要,而且由于是一人一机,可以保证每个学生有充足的时间来动手,提高实训效果。
2.利用数控仿真软件能有效的结合理论学习,实现同步教学。和其它专业课一样,数控专业课程也是非常抽象的学科,它注重的是实践性。比如对刀过程,其实是很容易的事情,但如果用传统的教学方法,仅在课堂上纸上谈兵,大多数学生很难理解,但如果利用仿真软件一边演示一边教学,通过动画学生就很容易理解,而且能自己亲手操作来加深认识,理论和实践相互渗透交叉,实现同步教学,使抽象内容形象化,提高了教学质量。
3.利用数控仿真软件能调动学生的学习积极性,培养创新意识。对于职业学校学生来讲,由于学生基础知识普遍薄弱,而数控专业课程又要求有极高的抽象性,加上教学过程的枯燥乏味,很容易让学生产生厌学情绪,教学效果不理想。而数控仿真软件以其和实际机床相同的用户界面和可操作性,很大程度上激发了学生的学习积极性,学生可以对所学知识及时强化,从而较快的提高训练成绩,激发学习自信心,挖掘内在潜力,形成好学氛围,一定程度上培养其刻苦钻研和创新精神。
4.利用数控仿真软件能使学生得到岗位技能的全面训练。在模拟仿真中,可设计出实际工作中可能发生的变化,包括机床故障和生产中极少出现的突然情况,让学生全面把握加工方法和技巧。如在讲解直线插补指令G01和快速插补指令G00的应用与区别时,可在仿真软件中设计一个数控加工程序,分别使用直线插补指令G01和快速插补指令G00,进行模拟,通过仿真,学生就可以看到两个指令对工件造成的影响,从而加深认识,达到课堂教学中无法达到的效果。
三、数控仿真软件的不足
1.学生无法通过仿真软件“感受”加工。作为一个仿真软件,它和实际数控机床还是存在很大区别的,无法替代实际机床,也无法替代学生在真实切削加工的实际感受。比如在仿真系统中刀具走刀路径不明显,切削深度和刀具要求与实际不符,对刀要求不高,加工完的成品表面粗糙度无法进行检验等等。而这些对一个学生来讲恰恰是非常重要的技能要求,需要学生反复实践加工去感受。
2.不利于学生严谨、认真的工作态度的养成。在数控仿真软件中,软件虽能对学生的操作错误或违规操作做出提示或警告,但很多情况下仿真系统没有就此锁定,学生还可以进一步操作,久而久之学生就会对系统弹出的提示或警告无动于衷。若在生产实践中以这样的工作态度工作,其工作成绩是可想而知的。
3.不利于学生安全生产意识的养成。在机械加工行业中,人是与机器在打交道的,机器没有情感,这也就是说它可能会伤着人(当然不会主动伤人)。这要求人在加工时必须按照操作规范进行。比如在数控铣床手动“回零”操作时,按规范应该先对Z轴“回零”,再回X、Y轴。倘若学生在仿真中把次序搞错,仿真系统会弹出即将“撞刀”提示,在这种情况下,大多数学生只是重新改变“回零”次序而根本没有意识到这样的“撞刀”其实就是一次安全事故,从而在实际加工中出现麻痹,引起真正的安全事故。
三、数控加工仿真软件在数控教学应用中要注意的问题
1.科学安排教学内容,循序渐进掌握数控编程与操作技巧。在利用数控加工仿真软件教学过程中,根据 “以就业为导向”的思想,可将数控编程教学内容安排为两大模块,其一为基础模块,主要讲解与学校训练最常用的数控机床的编程方法、操作及应用,这一模块是教学重点,必须使学生熟练掌握、灵活应用,为学生上机床操作奠定良好基础。其二为提高和拓展模块,利用仿真软件集合了各种数控系统界面与操作的优点,可在基础模块训练的基础上,主要讲解实习机床以外的机床编程与操作方法,扩大学生知识面,提高学生对不同操作系统、不同操作面板的编程与操作能力。这样,学生在就业时能够信心十足的面对所操作的数控机床,较快适应所从事的工作,提高他们的就业竞争力。
2.构建多元评价体系,提高学生学习意识和自觉性。教学评价直接影响学生学习的主动性和积极性,所以利用数控加工仿真软件评价学生仿真结果时要做到:第一,合理且有一定的弹性,答案不能限制的太死,只要合理就行,如一些仿真操作中学生实施方案的可行性讨论,实际操作过程中加工线路等。第二,既要评价技能操作结果,又要评价技能操作的过程。对在技能操作中学生的积极参与表现出来的良好个性品质要给予充分的鼓励、肯定、嘉奖。第三,转换评价的主客体关系。对学生在课堂上的技能操作情况及结果不仅仅由教师来评,还可以让学生自评或互评。如加工线路的制定、某些图样的理解、坐标点的计算,可采用学生讨论评价的方式,在研讨中发现问题,得出正确结果,学习的主动性、积极性也就调动出来了。
3.恰当运用数控加工仿真软件,充分发挥其在数控教学中的作用。数控专业教师既不能采用常规的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用,也不能完全依赖数控加工仿真系统而抛开实际机床的实训教学,应该科学地、充分地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。数控加工仿真系统只是加工过程的模拟而并非真实加工过程 ,无法替代数控机床的实训教学。例如,工件安装的稳固程度、刀具的刃磨与安装都必须学生亲自操作,才能体会实际情况;加工过程中,切削用量对加工质量的影响、刀具磨损对加工质量的影响,只能通过实际机床的操作加工,才能有实际感受;零件尺寸的测量,也只能通过实际量具的使用,才能熟练掌握零件的测量方法。
作为数控教学教师,一定要向学生讲明白数控加工仿真系统加工与实际机床加工的区别。数控加工仿真系统在加工过程中,不会出现撞刀、铁屑飞溅、工件飞出等损坏设备及人身伤害事故,也正因为如此,学生容易放松安全生产这根弦,对安全问题不太在意。一旦养成习惯,在实际操作中容易造成重大事故。另外,学生在数控加工仿真系统加工过程中,可能会产生自满情绪,放松对实际机床的操作训练。只有把数控加工仿真系统与实际机床的教学与训练有机地结合起来,取长补短,我们的教学才能做到既科学又客观,既高效又实用,教学质量才能真正得到提高。
参考文献:
[1] 王芊.??有效提高学生实践能力的途径——仿真软件在数控技术专业教学中的应用[J]. 包头职业技术学院学报. 2009(01)
[2] 张秋霞.??数控仿真操作在教学中与实际操作的衔接[J]. 科技资讯. 2011(12)
关键词:数控技术 ;仿真软件; 数控教学
数控技术自问世以来,给世界各国制造业带来了革命性的变化。现在数控技术已成为制造业,特别是先进制造业的核心,也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。企业的制造能力、适应市场能力和竞争能力都是建立在数控技术之上。随着我国制造业的蓬勃发展,需要大量掌握现代化制造技术的人才,特别对一线数控技术工人的需求量非常大,这就要求中等职业学校培养具有高技能的技术人才。但许多中职学校由于条件的限制,只能传授理论知识,而缺乏实践,学生的实际操作能力欠缺。因此,探索出一种投入小、见效快的教学模式势在必行。
一、数控教学中应用数控仿真软件在的优点
要学好一门技术就要经过大量的实习实践,而数控技术更是一门实践性强的课程,良好实习环境是数控教学必不可少的条件。而数控实习设备属于的高科技产品,价格高,一台数控车或数控铣至少在10万左右,而一台数控加工中心要30万左右,多则达数百万。一般中职学校购置数量不多的几台设备让学生实习。从数量上和成本安全性上考虑,都不大适合学生的普及性教学和实训。如果数控机床的实训完全按照实操进行,需购置大量设备来满足学生实习,这样投入大、消耗多、成本高,一般学校难以承受,而使用数控加工仿真系统是解决此不足的主要途径。它既能解决实训设备不足、学生实习时间少的问题,又能解决初学者由于对数控系统及操作面板不熟悉而造成安全问题,提高学生对数控系统操作及控制面板的熟悉度,让学生大胆地通过仿真对所编程序进行验证,使实习的安排达到多样化,提高学生的学习兴趣和编程能力,使数控技术的教学投入少、见效快,是一种经济实用、安全可靠、功能多样的教学辅助工具。
二、在数控教学中的应用数控加工仿真软件方法
在学习数控加工仿真软件前,一般是学生完成了专业基础理论教学(如机械基础,机械制图等)、专业基础实训教学(如钳工,普通车工等)的基础上进行的,仿真教学的目的是充分利用现有的资源,训练学生实习操作的技能技巧。怎样运用好数控加工仿真系统,使其发挥最好效果,具体应做如下几点:
1.在数控教学初期
在教学初期,主要以理论教学为主,学习数控编程的理论知识(如指令格式、编程方法等问题),一般安排15课时左右。但同时在教学中应穿插数控仿真系统的学习,仿真系统主要解决软件的安装及基本的使用问题。可先用多媒体将数控仿真软件对学生进行集中训练,使学生对仿真软件的使用有全面的了解,然后让学生上机练习仿真软件的使用。
2.教学中期
经过初期的系统学习后,学生基本掌握了数控机床面板及数控仿真系统的操作方法,数控教学应将理论与仿真有机结合起来,理论教学以编程方法和工艺为主,而仿真训练主要进行程序的输入、校验等练习,同时让学生了解不同数控系统(如法那克、西门子、广数、华中等)的操作方式,将理论与实践结合起来。
3.教学后期
数控加工仿真软件只是一种模拟教学软件,是对加工过程的模拟,并非真实的加工过程,它不可能完全代替教学,尤其是数控加工实训。在数控教学中,往往由于过分依赖仿真系统,而忽视了机床加工练习。因为仿真系统与实际机床有着本质的区别,仿真系统无法替代学生在机床上加工时的真实感受,特别在切削用量的选择方面。因此,教学后期要合理安排时间,将仿真训练与实际数控机床操作训练有机结合,尽量让学生在机床上进行零件的加工训练,而仿真系统此时只是对程序验证的工具,学生可先在仿真系统上将零件模拟加工出来,然后再上机床实际加工,这样可以保证程序的正确性,减少在加工的过程中因程序问题而造成的安全事故。
总之,把数控仿真软件用于数控教学中,将有利于改进教学方法,提高教学水平。但同时要正确处理仿真与实际操作的关系,不能用仿真软件完全代替数控实习,应合理安排仿真与实际操作的时间。教育是高投入、高产出的行业,如何利用现有的资源和设备,以最少的成本,培养具有现代化数控技术应用和开发能力的新型机电一体化人才,是我们职业教育探索的方向。
参考文献:
[1]劳动部职业技能开发司《数控车床生产实践》北京.中国劳动保障出版社. 1997年
[2]劳动和保障部教材办公室《数控加工工艺学》北京.中国劳动保障出版社. 2000年
【关键词】数控技术;数控仿真;数控实训
【中图分类号】G712
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158(2012)10—0238-01
随着数控技术的广泛应用,数控设备在生产加工各个领域已经在逐步取代普通机械,社会对数控技术人才的需求也随之越来越高。数控技术人才介于工程师和高级技术工人之间,他们既应该具有一定的理论知识,更应该具备熟练的编程、操作和维修技能。目前,我国数控技术人才不仅在数量上比较缺少,而且在质量上也存在较大缺陷,懂理论知识的往往操作技能不强,而操作技能强的往往理论知识有所欠缺。我国高职数控专业教学要满足社会对高质量数控人才的需求,必须加快教学改革的步伐,高起点地培养能在生产一线从事数控编程、操作、维修、生产组织和管理等方面工作的复合型人才。
一、数控加工仿真软件简介
数控加工仿真软件是结合机床厂家实际加工制造经验与学校实训教学的需求而开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件。学生通过在计算机上操作该软件,能够在较短的时间内掌握数控车、数控铣及加工中心等的操作。屏幕上能够显示和机床操作面板一模一样的界面,并且可以全面的仿真数控加工的过程,包括选择机床、定义毛坯、准备刀具、基准测量、程序编写等。软件可以动态的模拟显示机床的运行状况,并且在运行过程中会提示各种操作信息,如编程错误、操作错误、机床碰撞等报警信息。现在很多仿真软件在网上都有免费下载或者试用版本,其功能基本可以达到仿真教学的需要。
二、数控加工仿真软件在高职院校数控加工实训中的作用
(一)弥补设备和师资的不足
现在大多数高职院校,虽然积极采取了多项措施来提高实训条件,但由于设备费用昂贵、师资不足、学生人数多、实训时间短等多方面的原因,如果仅仅依靠现有的数控机床进行实训教学,那么在机床能够连续运转的前提下,一个学期分配到每个学生身上每人只有很少课时的机床操作时间,数控实训的目的是远远达不到的。为了弥补设备和师资的不足,为学生创造充足的实训时间,加快在实训中心专门建立数控仿真实验室,是势在必行的。利用仿真软件,每个学生操作一台电脑,可以有充足的时间来模拟和实际机床几乎一样的数控加工。通过对仿真软件的操作,学生可以熟悉数控机床的操作面板,熟悉数控系统的基本功能和操作,还可以编写数控程序,观察数控加工走刀路线和零件切削的全过程。因此,在师资力量不足的条件下,适当开展数控仿真教学是一个较好的选择。
(二)获得良好的教学效果
数控编程理论部分的学习是比较抽象的,特别是各种数控编程指令的应用方法,大多数学生在初学时掌握起来会有一定困难。例如数控车床编程中的内、外圆粗车循环G71指令,该指令格式复杂,指令中需要设定的参数较多,如果仅仅对着课本的内容,即使多次讲解,或者在黑板上绘制出具体的刀具进给路线,多数学生仍旧无法想象出刀具是如何运动的,指令是怎么实现的。对指令的使用一知半解,也就无法编写出正确的程序。针对这种情况,我们就需要在理论教学中也引入仿真软件,通过多媒体设备,利用仿真软件将指令的执行过程以三维动画的形式分解演示给学生,学生可以清楚的观察到刀具每一次的进刀、切削和退刀。这样即调动了课堂气氛,也使学生可以快速地理解并掌握各种数控指令,获得良好的课堂授课效果。
(三)提高机床操作的安全性
学生在课堂上进行了基础的理论知识的学习后,如果直接进行机床操作实训,对学生自身或机床来讲,危险性都会比较高。一方面由于学生对机床性能和操作方法不熟悉,而且初学编程时程序出现错误的可能也较高;另一方面,学生在刚刚接触机床时多多少少都会有些紧张的情绪,误操作的可能性也较大。而在数控仿真软件上,学生可以放心大胆地操作仿真机床,不存在真实机床上刀具与工件的碰撞、工作台超程等危险操作。这样到了实际机床上可以大大降低数控实训的危险性,保护学生自身安全,也保护机床设备安全。
三、数控仿真与数控实训的关系
目前,各高职院校的数控加工仿真课在数控教学中占的比例已经越来越大,学生对仿真课的积极性也较高,取得的效果也比较明显。但我们也注意到作为一个仿真软件,虽然它的操作面板和操作方法与实际机床基本相同,但和实际机床的操作还是有很多区别,并不能真正代替实际机床操作。有些操作在仿真系统上是允许的,而实际机床上可能就会出问题。为了把握好数控仿真和数控实训之间的关系,我们应该制定严格的数控实训上机操作规章制度,用制度来表现数控仿真和数控实训的不同点。并且把容易引起的机床错误动作的操作以及正确的机床操作给学生讲解清楚。这样可以使数控实训教学的安全性与稳定性大大提高。因此,教师应该摆正数控仿真在实训教学中的位置,不能完全依赖数控加工仿真系统,数控仿真只能作为数控实训的前期阶段,提高实习效率的一种辅助手段,必须通过实际操作来弥补仿真软件的不足,并且使学生充分认识到仿真和实际的区别。
实践证明,在数控技术人才的培养过程中,数控理论、数控仿真和数控实训三者相结合的教学方法是一种很有效的教学模式。而数控仿真是这个教学模式中一个不可或缺的重要组成部分。数控理论课先行,数控仿真课适时跟进,并与理论课重叠交叉进行,再加上严格有序的数控实训,这样才可以促进数控教学质量的不断提高,培养出具有较强实际工作能力的数控编程、数控机床操作和维修人才,从耐菏足社会发展的需要。
参考文献
[1]唐立山等.论高职数控技术专业教学改革[J].天津职业大学学报,2007(5)