高校数控组合件加工工程实训的教学实践

张亚利 谢韦莲

广东工业大学实验教学部 广东广州 510006

高校数控组合件加工工程实训的教学实践

张亚利 谢韦莲

广东工业大学实验教学部 广东广州 510006

数控车、铣实训教学是本科机电专业教学的重要环节。将数控车、铣的理论知识与实践操作相结合，使学生掌握相关编程知识和加工技能。并且根据笔筒与底座的课题自主设计组合件完成作品加工，从而增强学生的专业知识与动手能力，有效地培养了学生独立工作能力及创新能力。

数控车；铣实训教学；组合件加工；创新能力

随着计算机技术及数控技术地不断发展，数控技术和装备是制造现代化的重要基础，是工业现代化发展水平的重要标志。现代数控技术知识是现代化机电类专业学生必不可少的重要课程，也是专业特点的重要体现，实践教学作为高校教学工作的重要环节，直接影响本科学习专业综合能力的培养，以及创新意识和创新能力的提高。数控工程实训是培养学生全面素质，尤其是在专业知识上既具有机械设计制造基础与应用能力，又具有较强产品设计、工程软件应用及机械加工的能力。目前，如何开展数控教学，如何提高数控实训教学效果，已经成为亟待解决的课题。根据目前本科数控实训教学发展的现状，探索一种尊重基础，注重实践，培养创新能力的数控实训教学方法，下面以加工笔筒与底座组合件综合实训教学为例，详细阐述这一教学方法。

1 学习数控基础理论知识

数控实训首先以理论知识的学习为基础，只有掌握了基础知识才能更好地掌握数控加工技能。广东工业大学工程实训中心数控车床以手工编程加工工件，数控铣床以CAD/CAM软件完成自动编程加工工件。

1.1 数控车床手工编程教学方法

随着现代制造业的不断发展，数控技术越来越多的应用于各个领域，数控手工编程也日益成为数控加工中一项重要内容。［1］数控机床手工编程方便快捷，并且可以省略很多走空刀的地方，最大地优化加工路径。如何使学生省时、高效、熟练地掌握手工编程的方法和技巧，成为数控编程教学中的一项重要内容。数控车床手工编程教学方法主要是学习G，M指令，如G00，G71，M05，M00等。教师在讲授理论知识的时候，不是泛泛而讲，而是有选择性的着重讲授基础实用的知识，对所学的重要运动指令进行动画或视频的制作，如G71，G73，G76等指令，使学生更深刻的掌握加工运动轨迹。在学习指令时举一反三，让学生容易掌握指令的真正含义及其用法、走刀路径，使其对指令的记忆更为深刻。如G71，G73循环粗加工指令，两者同样可以实现工件的粗加工，但能够加工的零件轮廓形状不同，教师授课时要进行多次的举例，加深学生在编程时对不同指令的运用。

1.2 数控铣床自动编程教学方法

在数控铣床的加工中，由于零件轮廓形状大部分不是由简单的直线、圆弧组成的，特别是空间曲面零件以及程序量很大，计算相当烦琐易出错、难校对的零件，手工编制程序是难以完成的，甚至是无法实现的。所以，数控铣床中我们较多的采用自动编程方法。因此，CAD/CAM及数控自动编程软件的学习，也就成为数控实训教学的一个重点。常用的自动编程软件有国外的Mastercam，Pro/E，UG，Cimatron以及国内的Caxa制造工程师等，这些软件的CAM部分包含了大量的机械加工工艺知识和手工编程原理。在学习和使用数控自动编程软件设计加工程序的过程中，不能忽略加工工艺知识的灵活应用，不能将其与手工编程完全割裂开。［2］基于学生所学的手工编程，将机加工工艺常识和手工编程技能融合渗透到编程软件的应用中，使编制的程序符合生产实际，提高生产效率，从而大大提高编程能力，增强软件使用效能。我校工程实训中心配备了Mastercam，Cianatorn，超软等CAD/CAM软件，在数控铣床实训教学中采用MastercamX3自动编程软件，主要授课内容包括：熟悉软件的操作界面、二维图形的绘制、三维实体造型、编辑加工刀具路径、加工模拟及生成NC程序代码。学生通过自动编程的学习可以更好地理解自动编程与手工编程的适用范围，从而提高工程实践能力。

2 数控机床操作实训

2.1 数控机床基本操作实训

数控机床操作实训主要结合我校所拥有的数控机床，主要包括广州数控980TD系统的数控车床和Siemens、广州数控系统的数控铣床。在实训操作时，主要以数控机床基本操作、编程指令、加工操作等内容为重点内容。首先学习数控车床，要求学生根据指定的图纸通过手工编程将程序输入机床进行零件的加工，并且保证工件精度。其次学习数控铣床，通过Mastercam软件对指定的图纸绘制图形并且生成刀具轨迹，将自动生成的程序传送到数控铣机床上控制零件加工。在实习教学中，教师要指导学生的动手操作，引导学生思考问题，如数控编程的G01代码表示直线插补，G02代码表示顺时针圆弧插补等，他们实际加工时如何运用才使它能够加工出不同的轮廓零件。在加工时，刀具补偿对工件起到举足轻重的作用，稍有不慎可能会与工件发生碰撞，产生事故，在对刀时教师要强调刀具补偿的作用，但许多学生对刀具长度补偿和刀尖半径补偿理解的不透，此时教师可以先取消补偿示范加工，如数铣的刀具半径补偿，然后再加上补偿让学生对比加工效果，让学生更直观的理解刀具补偿的真正含义。对于刀具长度补偿可以让学生先对程序进行单段运行，确定补偿准确后再实现自动加工。学生在实际加工时不仅要胆大，而且要心细，具有精益求精的精神，才能保证加工顺利进行。通过两种数控机床的学习，学生将所学的理论知识运用于实践中，实践与理论相结合，做到理论与生产实践互融。这样既能使学生巩固所学的理论知识，又能熟悉和掌握一定的工程基础知识和操纵技能，同时还培养了学生的创新意识，加强了他们的工程实践能力和创新能力。

2.2 自主创新 设计并加工组合件

2.2.1 组合件的图形设计

在学生掌握了一定的数控理论知识及机床基本操作技能后，我们选用笔筒与底座组合件的设计、加工作为实训教学项目，学生根据课题自行设计零件，独立完成零件加工。我们要求通过数控车、铣床加工笔筒、底座车铣组合件，数车材料为外径Φ60 mm、内径Φ40 mm的管制铝合金，数铣材料为一块140 mm×100 mm×20 mm的长方形铝合金板，除了保证笔筒与底座的尺寸精度、配合精度外，学生可以自由发挥想象设计独特的图形。如图1所示为学生设计图纸。

图1 学生设计图纸

2.2.2 组合件的加工过程

学生根据自己的设计图纸确定加工工艺，然后采用数控机床完成作品的加工。以图1为例，加工步骤包括：首先采用数控铣床加工底座，在Mastercam软件上绘制出底座图形，并对其设置刀具路径，通过模拟加工轨迹检查刀具路径是否有误，无误后生成NC程序，传输NC程序到数控铣床进行加工；其次采用数控车床加工笔筒和艺术品，笔筒和艺术品的程序需学生手工编写，输入到数控车床中进行加工；最后，把做好的底座、笔筒、艺术品去毛刺后组装在一起完成整个作品的加工。

通过课题的操作实践，学生熟练地掌握了数控编程的基本方法与机床操作，并将所学到的机床工作原理、加工工艺、机械制图、数控编程等知识运用到实际加工中，同时根据自己的想法充分发挥想象力和创造力，对加工的组合件进行创新。［3］这不仅可以激发学生的学习创新兴趣和欲望，还能促进学生理论知识、实践能力、专业素质协调发展。如图2所示为学生加工成果。

图2 学生加工成果

3 结束语

数控实训教学是实践性很强的教学环节，给学生的不仅仅是经验，还培养了学生吃苦的精神和严谨认真的作风。作为思想可塑性大的大学生，不能单纯地依靠书本，还必须到实践中检验、锻炼、创新。通过亲自动手加工产品，培养自身的动手能力、创新精神和工程意识力，促使学生从书本迈向实践、从课堂迈向工厂，为以后的学习和就业打下了坚实的基础。

［1］李绪平.浅谈数控手工编程教学中学生思维模式的培养［J］.陕西教育（高教），2009（9）:16.

［2］黄中玉，雷波.基于数控编程软件的工艺和手工编程的应用研究［J］.CAD/CAM与制造业信息化，2010（4）:80-82.

［3］李自胜，肖晓平.机械创新设计实践教学与实验室管理探讨［J］.高教研究，2011（3）:71-73.

The Practical Teaching of College CNC Assembly Processing Engineering Training

Zhang Yali， Xie Weilian
Lab，Guangdong University of Technology， Guangzhou， 510006， China

CNC lathe and Milling practical teaching are important steps on engineering major teaching for undergraduate course. This thesis combines CNC lathe and milling theoretical into actual practice， which makes students better mater the knowledge and processing skills of CNC lathe and milling； at the same time， according to the course of pen holder and the base to self-design and finish the processing their article， which improves the professional knowledge and operational ability of students， also， that better fosters the independent working ability of students and their innovation ability.

CNC lathe； CNC milling practical teaching； assembly processing； innovation ability

2015-03-18

张亚利，本科，助理实验师。谢韦莲，本科，实验师。