数控加工技术的教学研究浅析

王如意 鄢圣杰

摘 要：传统数控机床在教学中碰到了一系列问题，例如造价昂贵，一些学校往往不愿意购置，即使购置了，由于体积很大，需要的场地也很大；为了更好的满足数控机床的教学发展，现引入个人便携式数控机床。它具有安全、高效、经济等特点，广泛适用于大中院校的数控加工教学及培训。

关键词数控机床;数控加工;教学研究

中图分类号：C35文献标识码： A

现代制造技术正朝着数字化、集成化、柔性化、敏捷化、网络化、虚拟化、智能化的方向发展，而数字化制造技术是现代制造技术的核心。尤其是数控加工技术在模具制造、汽车制造、飞机制造等精加工领域应用广泛。为培养适应市场发展需求的高技能人才，需要加强教学模式、教学方法的改革与探索。

一、本课程的特点及教学中遇到的问题

1.内容繁多，课时减少

数控技术课程体系及其内容要紧紧围绕本专业培养目标和现代机械制造技术的状况和趋势进行，为达到厚基础、宽专业、适应性强的培养要求，使学生掌握比较完整、系统的现代机械加工理论和技术，所授课程内容相对较多，然而，随着社会对技能性人才需求的急剧增加，教育改革的实行，各门课程的教学时数相应缩减，教师很难在相应学时内完成所有内容的讲解。

2.实践性强，条件有限

数控加工技术是一门实践性极强的课程，没有上机操作时间保障，相关课程儿乎形同虚设。如何给学生创造必要的上机操作实践学时，是普及数字化加工技术的关键所在。对此，教学面临四种困扰，即:“买不起、养不起、用不起、担不起”。

“买”不起是指:数控机床价格昂贵，很多学校买不起。即使是发达国家的高等院校也无法做到让学生敞开使用数控机床。

“养”不起是指:数控机床需要大面积、高洁净环境的场地，修理、日常维护费用很多学校养不起。

“用”不起是指:数控机床加工的原材料消耗、 能源消耗、刀具及辅料的消耗大，很多学校付不起这笔费用。

“担”不起是指:数控机床按程序工作，一旦有误，危害性远大于普通机床，轻则损机，重则伤人，其经济责任或人身伤害的责任，任课教师承担不起，学校也承担不起。而学生的学习阶段恰恰就是容易出现失误高危期，让教师保证让众多初出茅庐的学生做到万无一失，儿乎是不可能完成的任务。

面对以上困扰的现实状况是:学校要么无机可用，要么有机怕用，学生普遍无法获得掌握数控技术必要的基本操作机时。各大院校(除培养操作人员的职业技术院校外)数控技术教学，流于形式者多，总体教学效果相当有限。

二、针对本课程的特点，在教学中采用个人便携式数控机床可以起到很好教学效果。

本文作者经过长期的调查研究，发现由深圳大学教授王华权发明的个人便携式数控机床不仅可以实现传统数控机床的所有功能，还可以直接通过三维建模来实现创意，不需要知道程序。

携式数控机床(Personal Portable CNC，以下简称PPCNC)是一种针对数控加工教学的教学设备。该设备以PC机作为数控系统，用自行开发的数控软件界面进行加工操作，具有自动、手动直接输入操作模式以及刀偏设置、刀路模拟、诊断等机床显示状态。

1、在教材建设方面取得良好效果

笔者认为:对于本科学生，数控加工学习环节应以掌握数控加工核心技术和基本概念为主，在我国现有的教学条件下，学校无法提供足够的学时、机时，让学生去对数控加工的每个细节都进行深入钻研，也没有必要让学生去作此钻研。便携式数控机床操作系统提取了最核心，最基本的功能要素，拥有一套基于PC机的专用数控操作软件界面，将最基本的自动运行模式、手动直接输入命令模式、刀具偏置模式、刀路模拟模式以及诊断模式等纳入软件的控制界面中，并编制了详细的使用说明书。编写并录制了一套具有多个教学案例的电了版多媒体教材，学生可以在计算机显示屏上看到典型工件的建模、刀路设计的录像并戴上耳机听配音解说，便于学生自学。然后在与计算机显示器并排放置的个人便携式机床实现加工。

2、可以积极调动学生学习兴趣，提高学习效果

首次上课学生与教师通过20分钟的互动式学习，即可对PPCNC操作自如。 此后的每次课，老师介绍几个基本的G指令后，让学生边看音像教材学边做加工作业，老师与学生在轻松的氛围中进行教学互动。学习过程中学生感受到了“玩玩具”的乐趣，极大的调动了学生的学习兴趣和学习积极性。相比与现行的将数控原理理论教学与环节与上数控机床操作环节分离的教学模式，此种教学方式的教学效率明显改善，学生对掌握数控加工技术所需要的时问明显减少，对数控加工技术理解程度深度明显深化，教师和学生的脑力及体力劳动强度明显下降，使数控加工教学进入一个近乎可以全部自学，而且是边学、边做、边玩的境地，有在此前学过数控加工技术的学生选修此课后，十分感慨和兴奋。

3、与传统数控机床教学相比，优势明显。

第一.造价低

该设备的造价仅为购置普通加工中心的十分之一到二十分之一。

经深圳大学教学统计和测算:试验期问，持续时问6周的课程，为91名学生提供了1953人/学时的上机操作时问，学生自行设计并完成了雕刻作品一件、三维平面加工零件一件、三维曲面加工作品一件、凹凸配合工件一套、配制钥匙一把、自选加工作品一件。尝试使用了塑料、木材和金属等材料。

91名学生共消耗毛坯材料0.31m3，价值约200元;金属钥匙批100条价值30元，损坏刀具10支，价值20元;按单机功耗(计算机+PPCNC ) 150瓦计，总共耗电251.1度(约

251.1X0.68=170.75元)。材料、刀具损耗、能源消耗，三项合计费用420.748元，平均每位学生费用为4.52元，未出现过伤及学生的事故，也未因误操作造成机床损坏。这么少的消耗，如此优良的安全性能，现有国内外的数控加工教学方法，至今尚难以做到。

第二.安全性好

该设备采用24 V直流供电，无需设置漏洞保护，主轴功率小，刀具工作范围小且有护罩保护，设备运动部件细小，基本不会出现伤及操作人员的情况， 免去了对学生可能遭受工伤的顾忌。

第三.场地要求低

可其置于教学课桌上，供学习使用。100m2的教室可放置40}SOPPCNC和操控电脑。.

第四、维护费低、耗材省

PPCNC在正常使用状态下不用特别维护，平均耗电30瓦，每个加工实例可在50毫米x5毫米x10毫米的塑料(或代木)上完成(材料费用仅0.5 元)。

这些特点，可使学校有效摆脱数控加工教学环节中，因设备昂贵、庞大，场地占用多，能耗高，工具及耗材费高，维护费用高，工作风险性高所带来的困境，为数控加工教学提供了安全、高效、经济的教学平台，使得学校对数控加工实训或上机实习存在的:担不起心(怕学生误操作伤及人身或损坏机器)、花不起钱(价格昂贵买不起)、用不起电(电耗、油耗、料耗)、供不起地(场地需求大、装修要求高)、换不起件(维修费高)，养不起人(设备需要专门配备人员编制)等一系列困扰，一并消弧。

此外，这种利用PPCNC的教学模式，比现在教室上理论课然后利用工业CNC作为实训设备的教学模式，更为直观、易懂。PPC NC与电脑显示屏幕可并行地放在课桌上，在PPCNC的MDI模式下，通过计算机键盘可直接输入G指令，按键盘的回车键后，立即可以看到机床的动作，便于学生学习理解各种G指令的含义(如:在MDI方式下输G00

G54XOYOZO指令，学生可看到刀具移动到工件原点的过程……)。

PPCNC的研制与教学实践，开创了一种数控加工教学的新模式，为普及和提高数控加工技术的教学提供了一个崭新的平台。由于其独到的结构设计，可使其制造成本降到目前院校教学中广泛使用的工业CNC的十分之一，安全顾虑儿乎可以忽略不计。其教学应用前景广阔。PPCNC的应用除可使机械专业的学生受益外，也可成为向非机专业学生及中小学生普及数控加工技术的教学平台，为提高全民族的创新性技能服务。

总之，我们要重视人才素质和能力的培养，不断学习先进的教育思想和教学模式，总结经验，探索更有效的教学模式和方法。只有如此，才能满足社会发展的需求，使我国的机械制造业能更有效地迎接竟争与挑战!

[参 考 文 献]

[1] 丁静数控加工技术教学探索[J].中国现代教育装备，2010.05

[2] 王华权 个人便携式数控机床的研制与及其在教学中的应用[J]. 中国现代教育装备，2012.11