学生实训设备C6140A型机床改数控并保持原始机械系统研究（一机两用）

王海旺++姚锋军

摘 要 目前中高职院校普遍存在普通机床多，数控机床少的矛盾，而市场需求对数控专业人才缺口较大，如购进大量数控机床，需要有大量资金的投入。普改数扩大了数控机床的数量，能满足数控教学的需求。购进数控机床每台在几十万元（生产用机床），而改装一台需三万元左右。普改数减少资金的投入，解决数控机床数量不足的问题。

关键词 数控机床；普通机床；实训教学；普改数

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）10-0010-03

1 前言

为进一步贯彻落实《河南省中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》，不断提升研究能力和工作水平，促进河南省教育技术装备和实践教育健康发展，全面推进素质教育和实践教学质量的提升，建立与市场需求和劳动就业相结合、特色鲜明的教育体系。习近平同志在全国职业教育会议上的重要讲话精神以及《教育部关于深化职业教育教学改革 全面提高人才培养质量的若干意见》（教职成〔2015〕6号）等一系列中央文件精神，给高中职院校指明了办学方向，提出了具体要求。

2 本课题的意义及现状分析

以国家“职业技能等级标准应知应会”为依据，加强硬件基本建设，加大数控机床的投入数量，满足数控实训的需求。最终能解决毕业生的就业问题，向社会输送合格的大学毕业生。要达到这一目标，必须有满足实训教学所必需的教学仪器和教学设备，对于数控专业和机电一体化专业的实训教学，就必须有充足的数控机床来保证，做到单人单机，只有这样，才能做到在有效的实训时间内增强学生的动手能力，才能达到提高数控教学质量的效果。

《大河报》2015年10月9日刊载的有关分析报告中显示：“技术工人一直处于短缺状态，有高级技能等级的技术工人更加稀缺。目前，技能型劳动者数量只占全国就业人员总量的19%左右，高技能人才的数量更是仅占5%。这表明，目前我国技能型劳动者总量严重不足，技工短缺的现象非常突出。技能型人才短缺的主要原因是现行教育体制重学历教育、轻技能培训，企业对员工的培训不足，以及职业技能教育、培训不够完善，导致企业不断增长对技术工人的需求。”基于此，强化实训教学环节，提高实训教学质量，增强学生技能训练，是中高职院校教育的办学方针和宗旨，达到企业需求和学生就业的双重目的。

随着时代的发展，由于数控机床精度高，生产效率高，劳动强度小，得到企业的广泛应用。企业所遵循的基本原则是：优质高产，低成本，高利润；降低成本，增加收入。目前企业对数控人员的需求量存在较大缺口，数控人员已满足不了市场的需求。而当前中职和高职院校普遍存在普通机床多、数控机床少的状况，如何解决现实问题？高职院校如果加大对数控机床的投入，每台数控机床均在几十万元（生产用机床），由于资金问题难度较大，很难达到单人单机的实训效果，在数控实训教学过程中，往往形成多人一机的现象，在有效的实训时间内，就缩短了每个学生的动手能力训练的时间。这样就会削弱实训效果和动手能力培养，难以保障实训教学的顺利完成，同时也违反了单人单机的安全操作规定。

因此，最根本的是解决数控机床不足的问题，这样在提高了实训教学质量同时，也就解决了学生毕业后就业难的根本问题。那么，如何解决数控机床在中高职院校实训教学过程中的不足问题呢？这一问题出现的主要原因是资金投入较大，满足不了数控专业的实训教学，导致数控实训教学质量降低，达不到实训教学大纲要求和国家所规定的“职业技能等级标准”。

在现有基础上解决数控机床严重不足，是笔者研究的课题。通过研究，将现有的普通机床改为数控机床（一机两用），既能保持原始的机械系统普通机床使用，进行实训教学；通过系统切换，又能作为数控进行实训教学，资金投入较少（三万元左右），很好地解决了数控专业实训教学机床不足的问题。

3 本课题的可行性分析

根据河南省教育厅《关于开展河南省教育技术装备和实践教育研究课题评选申报工作的通知》精神，郑州电力职业技术学院组建老、中、青三结合的实训教师团队，金工实训中心担负全院的金工实训教学任务。2011年，金工实训中心顺利通过国家教育部评估专家组的评估工作，2014年被评为“郑州市重点实验室”。

实训教师团队由高级工程师、工程师、技师、实习指导教师等组成，是一支具有教学、科研和生产能力的强大教师队伍，都有多年的教学经验和实践经验，目前拥有实训教学设备近百台，普通车床、数控车、数控铣、加工中心、线切割、外圆磨、平面磨、立铣、卧铣、机电一体化等设备齐全。

团队对CDE6140A型普通车床改数控并保持原有的机械系统，达到一机两用的科研目的，有坚实的基础，具备科研教学基本条件，有齐全的设备基础和科研队伍，有学院领导的支持和经费资助，有能力完成。通过进行研讨、分析，确定了研究实施方案，从以下几个方面进行研究。

1）从电气上分为两套系统，在系统切换过程中达到控制原始系统和数控系统，相互交换之间必须要有相互控制系统、互锁装置，从而达到一机两用的目的，保证机械的安全性。

2）解决机床Z轴方向的移动（大拖板纵向移动）问题。首先需要考虑大拖板移动的动力来源由谁来带动，解决是由光杠带动还是由丝杠带动的问题。在原始系统中，大拖板的移动可以由光杠和丝杠都来带动，那么改为数控机床控制系统，由谁来带动较为合适、方便、安全，能保障机床精度的提高？通过分析研究，最终确定由丝杠来带动大拖板移动来完成，借鉴了数控机床的传动原理。那么步进电动机与丝杆的连接问题如何解决？这是直接连接还是间接连接的问题，会影响到最终的精度。科研组的教师经分析研究，发现直接连接传递精度高，可以减少传递误差，保证机床的加工精度。由计算机控制伺服电机，完成Z轴的轴向移动。

3）解决机床X轴的移动（中拖板径向移动）问题。在原始机械传动系统中，X轴的移动是由机床中拖板丝杠来带动，改为数控机床控制系统应如何解决？采用抛开机床原始系统的传动原理，采用由伺服电机拖动的传动方法，即在中拖板絲杠上加装伺服电机，以达到由计算机控制伺服电机，来完成X轴的径向移动。endprint

4）电气的设计。在电气设计方面考虑到为安全起见，采用两套控制系统线路。

A路：控制原始机械传动系统。学生在普车实训时，可按照教学大纲和实训教学内容，对车削加工的基本工作内容进行课题训练，包括外圆、端面、台阶、锥度、螺纹、钻孔、镗孔、攻丝、套丝、滚花等。

B路：控制改装后数控机床的传动系统，Z轴和X轴的移动完全由计算机控制伺服电机来完成，其中包括自动换刀系统。通过编程来完成车床所加工的基本工作内容（同上），达到完全符合数控机床的功能和指标。

在学生前期实训过程中，可采用普通车床系统进行实训教学；转入第二阶段学生实训时，可进行系统切换，转入数控系统进行数控实训教学，实现一机两用。这样就节约了资金的投入，使学生在一台机床上完成普车、数控实训教学的教学内容，达到数控实训教学的目的。

5）在刀架的改装设置上有以下两种方案：

①拆掉小托板换数控刀架，但缺点是它失去了普通车床小托板车削内外锥度的功能；

②保持原始刀架，手动换刀，但它又失去了数控机床自动换刀的功能。

经研究论证，最终采用互换刀架的改进方案，就相当于更换机床附件比较简单方便，跟加工细长轴时安装跟刀架，加工较粗长工件安装中心架和花盤、弯板一个道理。但在更换过程中要求简单方便、安全可靠。通过论证，符合以上技术要求，因此采用更换刀架的设计方案。普车实训将安装原始刀架，数控实训将换成数控刀架，符合改装设计要求，达到一机两用。

6）改装应满足以下基本条件。

①本着安全第一，数控和普通系统切换要有互锁装置系统。

②操作与互换方便，便于学生操作和使用，尽可能简

单，不能复杂化。

③零部件加工、安装工艺要合理，尽可能提高零部件的加工精度，最终达到机床原始精度的效果。

④普车改数控的最终目的是一机两用，同时还要达到两个指标：一是必须保证普通机床的原始机械系统并满足普通车床所加工的基本工作内容；二是改装后的数控机床系统、功能、精度等各项技术参数和指标，均应合并达到数控机床的基本标准。

4 发展前景和推广价值

目前各个职业院校普遍存在普通机床多、数控机床少的问题，而市场的需求对数控专业缺口较大，如购进大量数控机床，需要有大量资金的投入。如果将普通机床改为数控机床，就扩大了数控机床的数量，满足了数控教学的需求。购进数控机床每台在几十万元（生产用机床），而改装一台费用较少，每台普通机床的改装费用在三万元左右。将普通机床改为数控机床，既扩大了数控机床的数量，满足了实训教学的需求，又可以减少资金的投入，解决数控机床数量不足的问题。

另一方面，在机床改装后，学生在教学实训过程中可以实现一机两用，既可以利用普通机床系统进行实训，也可以用数控机床系统进行训练。这样在同一台机床上，学生就可以对零件的加工做一一对比，激发积极性和开发创新意识。

通过一年多的实践，在科研团队的共同努力下，提前完成“河南省技术装备科研立项课题”（一机两用）（立项编号：CZS220号），装配调试成功，机床运转（普通、数控）良好，系统切换正常。按照设计标准，各项功能指标均达到设计要求，机床加工精度（数控）在原有普通车床基础上X轴和Z轴均有所提高，达到预期目的。

总之，由于每台机床改造资金投入较少，在中高职院校中可以将现有普通车床改造成为数控机床。一般普通机床的刚性和强度较好（但精度较低），都高于教学用数控机床（生产用数控机床除外），改装后机床加工精度也能有所提高，也可作为生产机床来使用，对于生产科研和外协产品零件的加工都有发展潜力。本着节约的原则，少花钱多办事是值得推广的研究课题。endprint