“台阶轴的加工”的仿真加工教学实例探析

莫小凤

【摘 要】本文以数控技术课程为基点，以台阶轴零件的仿真加工为例，论述数控技术教学方法，以培养学生自主解决问题的能力，培养既具备扎实的理论基础又拥有很强的技能运用能力的人才。

【关键词】数控技术 教学方法 项目驱动

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）06B-0042-02

数控技术可以说是现代制造技术的基石，被广泛应用于现代工业制造领域中，推动现代制造业飞速发展。可以说，一个国家的数控技术水平和普及程度反映了这个国家的制造业水平。我国正由制造大国向制造强国转变，数控机床的应用越来越普遍，因此，制造行业对数控人才的需求将越来越多。目前，我国的数控应用型人才非常紧缺，因此机械专业都普遍将数控技术课程作为生要的专业课程来进行教学。数控技术内容广泛，涉及的知识点较多，是一门综合性非常强的课程。它既包含机械、电子技术、计算机信息技术，又包含自动控制、检测技术等，是典型的多学科知识综合应用的技术。对学生的综合应用能力要求较高，课程教学难度较大。现以“台阶轴的加工”仿真加工教学内容为例，谈一谈数控技术教学的一些策略。

一、制订教学目标

在教学前做好教学的准备工作，制订台阶轴类零件加工的教学目标。本次教学的目标分为三部分：

（一）知识目标

使学生对台阶轴类零件的整个加工过程有所了解，能够按照规范操作机床。

（二）能力目标

使学生具备读图的能力，可以根据实际情况选择合理的粗、精加工切削用量，并能独立分析简单工件的工艺特点。

（三）情感目标

通过台阶轴零件的加工模拟实习，帮助学生掌握台阶轴车削的技巧；让学生对台阶轴类零件的加工工艺特点有基本的了解，可以独立编制常用的数控机床指令；引导学生独立编制台阶轴类零件的数控程序，使学生具备制订数控加工程序的能力及掌握台阶类零件的工艺设计方法，并能够独立使用数控系统仿真软件模拟加工过程，制作虚拟加工件；通过仿真加工实验让学生体会到成就感，提高学生对数控技术课程的热爱；培养学生规范的操作习惯、认真细致的工作作风，提高学生的学习积极性，培养学生的沟通能力和分工协作意识。

二、选定教学方法

根据台阶轴零件（如图 1 所示）加工是一个比较全面的零件加工过程，在这个过程中，学生要读图、分析尺寸、设计工艺、编写程序、上机操作，是一个完整的加工项目，因此，在教学中采用了项目驱动法进行教学。

图1

三、实施教学过程

在这加工项目过程中，让学生亲历项目的设计、分析、实施、完成这样一个完整的流程，最后得到一个完整的作品，获得项目成果，使学生体会成就感。这个教学项目计划用时4个课时。在实施教学过程中，主要是让学生自己动手操作，老师从旁指导，避免学生产生畏难心理。重点在于培养学生的实践能力。在教学中，帮助学生将 G00 和 G01 等抽象的数控指令学习转化成具体的加工实践，并通过体验台阶轴零件的加工过程，对台阶轴类零件的工艺设计有更为全面的了解，通过实际操作使学生熟练掌握所用数控指令的走刀路线、格式等技巧。使学生感知机床加工指令和零件加工过程完美融合的结果，提高学生的学习兴趣，从而提升学习效率。

根据教学内容制订教学流程，将学生分成若干个小组，每组 4-5 名，每组合理搭配优秀、一般、较差的学生比例。让学生以小组为单位对项目进行分析，制订项目操作计划、工作步骤，并进行合理分工。由小组长负责统一协调，以便使项目工作得以顺利开展。在项目操作过程中，要求各小组组长及时向教师反馈出现的问题，教师根据反馈的问题进行针对性的指导。对普遍存在的典型问题，教师集中讲解。学生的主要任务是梳理加工思路，制订加工计划，根据加工计划实施项目。通过项目的实施，逐步掌握台阶轴零件的加工工艺特点、加工步骤、数控编程指令的含义和使用方法等，懂得如何确定切削用量和外圆车刀刀位点。具体教学流程如下：

第一步，学生拿到图纸后，教师将学生分成若干小组，然后进行分组讨论，引导学生积极思考，然后阐述自己的加工方案构想。目的是培养学生分析图纸的能力和从图纸中获取重要加工信息的能力。

第二步，教师让学生结合实物分析图纸，获取以下加工信息。

1.此零件的长度方向有四个尺寸，最大公差为 ±0.05；

2.此零件由一个 C=1∶5 的外圆锥和三个外圆台阶构成；

3.粗糙度为 Ra3.3。

第三步，根据图示分析获得的信息，教师引导学生选择合理的加工条件。

1.使用的机床为数控车床，型号为 CA6140；

2.使用的刀具为外圆偏刀（90 度）、车刀（45 度）；

3.使用的测量工具为游标卡尺、外圆千分尺。

第四步，引导学生分组讨论。教师向学生提问，应该先加工零件左端还是右端，并点评学生的回答。然后指导学生编制加工工艺步骤。加工工艺步骤如下：

方法 1：按照由大到小的方法步骤加工；

方法 2：先加工小端台阶，再加工大端圆锥。

最后由教师对学生的加工方案进行点评，对比说明每种方案的优缺点和合理性，确定最佳方案为方法 2。

第五步，引导学生结合已经学习过的三种常用外圆锥的车削加工方法，根据实际情况选择最佳方法。其中转动小滑板法不会像宽刀法那样出现机床震动的现象，也不会像尾座偏移法那样受圆锥角度限制，其具有操作灵活，不受圆锥角度限制，适合大锥度短件加工的特点，因此选择转动小滑板法是最合理的。

第六步，制定工艺卡片。根据以上五步的分析，教师让学生分组制定工艺卡片。

第七步，在电脑上利用仿真软件进行仿真加工操作，小组间互相进行零件检测。

四、总结与反思

学生完成项目任务之后进入交流总结阶段，教师可让每个小组展示本组中加工得最好的零件，和其他同学分享在项目实施过程中遇到的问题、解决方法及心得体会，鼓励小组之间，学生之间相互交流。最后教师针对各小组的项目计划合理性、项目完成情况、作品质量进行点评，让学生明白自己在项目实施过程中的优点和缺点。

完成项目任务是本次教学的核心步骤，在实施任务之前，教师要给学生讲解清楚实施步骤，使学生明白应该先做什么，后做什么，避免接受能力较差的学生不知道如何进行操作，尽量保证所有学生都能顺利完成项目任务。根据计划引导学生计算粗加工和精加工的切削量、弄清零件上的节点、进行数控编程。有些学生在编制数控程序的過程中会出现分不清指令格式，走刀路线不清晰等问题，这时教师要及时进行指导纠正。完成数控编程任务之后，教师应指导学生利用仿真数控软件完成台阶轴零件的仿真加工。在这里教师应该详细讲解仿真软件的操作方法，让学生将自己编制好的数控程序输入到仿真软件中进行加工，检验自己的数控程序是否正确，测量加工产品，检查误差大小。如果误差较大，则引导学生查找原因，修正后再重新进行仿真加工，直到误差符合要求。

综上所述，采用项目驱动教学法需要教师具备丰富的知识和经验、解决实际问题的应变能力，要求教师能合理地把控教学节奏，并对学生进行及时引导。但由于条件限制，项目任务的实施主要是靠仿真软件来进行，与现实还是有一定的差距，因此，应等学生学会了仿真加工之后再让学生进行现场加工，以获得更好的教学效果。

【参考文献】

[1]纪安平.基于应用型人才培养的《数控技术》课程教学改革[J].三峡高教研究，2013（2）

[2]常仁松.《数控技术》课程项目化教学初探[J].当代青年月刊，2015（10）