數控加工技術的教學研究淺析

王如意 鄢圣杰

摘 要：傳統數控機床在教學中碰到了一系列問題，例如造價昂貴，一些學校往往不愿意購置，即使購置了，由于體積很大，需要的場地也很大；為了更好的滿足數控機床的教學發展，現引入個人便攜式數控機床。它具有安全、高效、經濟等特點，廣泛適用于大中院校的數控加工教學及培訓。

關鍵詞數控機床;數控加工;教學研究

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

現代制造技術正朝著數字化、集成化、柔性化、敏捷化、網絡化、虛擬化、智能化的方向發展，而數字化制造技術是現代制造技術的核心。尤其是數控加工技術在模具制造、汽車制造、飛機制造等精加工領域應用廣泛。為培養適應市場發展需求的高技能人才，需要加強教學模式、教學方法的改革與探索。

一、本課程的特點及教學中遇到的問題

1.內容繁多，課時減少

數控技術課程體系及其內容要緊緊圍繞本專業培養目標和現代機械制造技術的狀況和趨勢進行，為達到厚基礎、寬專業、適應性強的培養要求，使學生掌握比較完整、系統的現代機械加工理論和技術，所授課程內容相對較多，然而，隨著社會對技能性人才需求的急劇增加，教育改革的實行，各門課程的教學時數相應縮減，教師很難在相應學時內完成所有內容的講解。

2.實踐性強，條件有限

數控加工技術是一門實踐性極強的課程，沒有上機操作時間保障，相關課程兒乎形同虛設。如何給學生創造必要的上機操作實踐學時，是普及數字化加工技術的關鍵所在。對此，教學面臨四種困擾，即:“買不起、養不起、用不起、擔不起”。

“買”不起是指:數控機床價格昂貴，很多學校買不起。即使是發達國家的高等院校也無法做到讓學生敞開使用數控機床。

“養”不起是指:數控機床需要大面積、高潔凈環境的場地，修理、日常維護費用很多學校養不起。

“用”不起是指:數控機床加工的原材料消耗、 能源消耗、刀具及輔料的消耗大，很多學校付不起這筆費用。

“擔”不起是指:數控機床按程序工作，一旦有誤，危害性遠大于普通機床，輕則損機，重則傷人，其經濟責任或人身傷害的責任，任課教師承擔不起，學校也承擔不起。而學生的學習階段恰恰就是容易出現失誤高危期，讓教師保證讓眾多初出茅廬的學生做到萬無一失，兒乎是不可能完成的任務。

面對以上困擾的現實狀況是:學校要么無機可用，要么有機怕用，學生普遍無法獲得掌握數控技術必要的基本操作機時。各大院校(除培養操作人員的職業技術院校外)數控技術教學，流于形式者多，總體教學效果相當有限。

二、針對本課程的特點，在教學中采用個人便攜式數控機床可以起到很好教學效果。

本文作者經過長期的調查研究，發現由深圳大學教授王華權發明的個人便攜式數控機床不僅可以實現傳統數控機床的所有功能，還可以直接通過三維建模來實現創意，不需要知道程序。

攜式數控機床(Personal Portable CNC，以下簡稱PPCNC)是一種針對數控加工教學的教學設備。該設備以PC機作為數控系統，用自行開發的數控軟件界面進行加工操作，具有自動、手動直接輸入操作模式以及刀偏設置、刀路模擬、診斷等機床顯示狀態。

1、在教材建設方面取得良好效果

筆者認為:對于本科學生，數控加工學習環節應以掌握數控加工核心技術和基本概念為主，在我國現有的教學條件下，學校無法提供足夠的學時、機時，讓學生去對數控加工的每個細節都進行深入鉆研，也沒有必要讓學生去作此鉆研。便攜式數控機床操作系統提取了最核心，最基本的功能要素，擁有一套基于PC機的專用數控操作軟件界面，將最基本的自動運行模式、手動直接輸入命令模式、刀具偏置模式、刀路模擬模式以及診斷模式等納入軟件的控制界面中，并編制了詳細的使用說明書。編寫并錄制了一套具有多個教學案例的電了版多媒體教材，學生可以在計算機顯示屏上看到典型工件的建模、刀路設計的錄像并戴上耳機聽配音解說，便于學生自學。然后在與計算機顯示器并排放置的個人便攜式機床實現加工。

2、可以積極調動學生學習興趣，提高學習效果

首次上課學生與教師通過20分鐘的互動式學習，即可對PPCNC操作自如。 此后的每次課，老師介紹幾個基本的G指令后，讓學生邊看音像教材學邊做加工作業，老師與學生在輕松的氛圍中進行教學互動。學習過程中學生感受到了“玩玩具”的樂趣，極大的調動了學生的學習興趣和學習積極性。相比與現行的將數控原理理論教學與環節與上數控機床操作環節分離的教學模式，此種教學方式的教學效率明顯改善，學生對掌握數控加工技術所需要的時問明顯減少，對數控加工技術理解程度深度明顯深化，教師和學生的腦力及體力勞動強度明顯下降，使數控加工教學進入一個近乎可以全部自學，而且是邊學、邊做、邊玩的境地，有在此前學過數控加工技術的學生選修此課后，十分感慨和興奮。

3、與傳統數控機床教學相比，優勢明顯。

第一.造價低

該設備的造價僅為購置普通加工中心的十分之一到二十分之一。

經深圳大學教學統計和測算:試驗期問，持續時問6周的課程，為91名學生提供了1953人/學時的上機操作時問，學生自行設計并完成了雕刻作品一件、三維平面加工零件一件、三維曲面加工作品一件、凹凸配合工件一套、配制鑰匙一把、自選加工作品一件。嘗試使用了塑料、木材和金屬等材料。

91名學生共消耗毛坯材料0.31m3，價值約200元;金屬鑰匙批100條價值30元，損壞刀具10支，價值20元;按單機功耗(計算機+PPCNC ) 150瓦計，總共耗電251.1度(約

251.1X0.68=170.75元)。材料、刀具損耗、能源消耗，三項合計費用420.748元，平均每位學生費用為4.52元，未出現過傷及學生的事故，也未因誤操作造成機床損壞。這么少的消耗，如此優良的安全性能，現有國內外的數控加工教學方法，至今尚難以做到。

第二.安全性好

該設備采用24 V直流供電，無需設置漏洞保護，主軸功率小，刀具工作范圍小且有護罩保護，設備運動部件細小，基本不會出現傷及操作人員的情況， 免去了對學生可能遭受工傷的顧忌。

第三.場地要求低

可其置于教學課桌上，供學習使用。100m2的教室可放置40}SOPPCNC和操控電腦。.

第四、維護費低、耗材省

PPCNC在正常使用狀態下不用特別維護，平均耗電30瓦，每個加工實例可在50毫米x5毫米x10毫米的塑料(或代木)上完成(材料費用僅0.5 元)。

這些特點，可使學校有效擺脫數控加工教學環節中，因設備昂貴、龐大，場地占用多，能耗高，工具及耗材費高，維護費用高，工作風險性高所帶來的困境，為數控加工教學提供了安全、高效、經濟的教學平臺，使得學校對數控加工實訓或上機實習存在的:擔不起心(怕學生誤操作傷及人身或損壞機器)、花不起錢(價格昂貴買不起)、用不起電(電耗、油耗、料耗)、供不起地(場地需求大、裝修要求高)、換不起件(維修費高)，養不起人(設備需要專門配備人員編制)等一系列困擾，一并消弧。

此外，這種利用PPCNC的教學模式，比現在教室上理論課然后利用工業CNC作為實訓設備的教學模式，更為直觀、易懂。PPC NC與電腦顯示屏幕可并行地放在課桌上，在PPCNC的MDI模式下，通過計算機鍵盤可直接輸入G指令，按鍵盤的回車鍵后，立即可以看到機床的動作，便于學生學習理解各種G指令的含義(如:在MDI方式下輸G00

G54XOYOZO指令，學生可看到刀具移動到工件原點的過程……)。

PPCNC的研制與教學實踐，開創了一種數控加工教學的新模式，為普及和提高數控加工技術的教學提供了一個嶄新的平臺。由于其獨到的結構設計，可使其制造成本降到目前院校教學中廣泛使用的工業CNC的十分之一，安全顧慮兒乎可以忽略不計。其教學應用前景廣闊。PPCNC的應用除可使機械專業的學生受益外，也可成為向非機專業學生及中小學生普及數控加工技術的教學平臺，為提高全民族的創新性技能服務。

總之，我們要重視人才素質和能力的培養，不斷學習先進的教育思想和教學模式，總結經驗，探索更有效的教學模式和方法。只有如此，才能滿足社會發展的需求，使我國的機械制造業能更有效地迎接竟爭與挑戰!

[參 考 文 獻]

[1] 丁靜數控加工技術教學探索[J].中國現代教育裝備，2010.05

[2] 王華權 個人便攜式數控機床的研制與及其在教學中的應用[J]. 中國現代教育裝備，2012.11