《数控技术》课程实践环节教学方法的探索

摘要：数控技术是机械设计制造及其自动化专业必修的专业课，是实施现代先进制造技术主要机械装备的主要技术手段，具有很强的实践性。文章从提高数控技术课程教学质量的角度，针对实践环节的教学方法作了一些有益的探索。

关键词：数控技术；数控机床；教学方法

我国是世界制造大国，这已经成为不争的事实。制造业是我国入世后较有竞争优势的行业之一。当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些产品的制造逐渐向发展中国家转移，我国已经成为许多跨国公司的首选之地。为此，中央明确提出“以信息化带动工业化，发挥后续优势，推动社会生产力的跨越式发展”是国家发展战略。应用高新技术，特别是信息技术改造传统产业，促进产业结构优化升级，将成为今后一段时间制造业发展的主题之一。“十一五”期间，实施制造业信息化工程，希望达到四个目标：一是要突破重大关键技术，形成一批具有自主知识产权的制造业信息化产品；二是要建立一批制造业信息化示范企业和示范工程，并且通过辐射效应形成整个制造业的竞争力；三是要结合实施制造业信息化工程，培养若干相关的新型软、硬件产业和新型服务；四是培养一批人才，推进和打造一支信息化的基本队伍。

为达到上述目的，结合我校的办学特点——“合格+特长”，我校“机械制造及其自动化”专业也制定出培养信息化人才的培养计划。通过系统学习现代机械制造有关课程，进一步学习《先进制造技术》、《数控技术》、《数控加工自动编程》、《CAD/CAM技术》等专业课程；相关的实践教学以数控机床为主线，使学生全面掌握数控加工工艺和加工方法；同时，更多地突出我校的办学特点，注重学生的动手能力培养，使学生系统掌握数控机床的基本原理和加工方法，并具有一定的数控机床及数控系统的维护维修技能，以适应人才的需要。

涉及数控加工技术的相关课程在我们的机械制造及其自动化专业的培养计划中占有很重的比例。为提高教学质量，本文结合《数控技术》课程教学，谈谈实践环节的教学方法。

一、提高教师队伍的素质，选用合适的教材

我校的学生大多是从中学直接考入的，基本没有实际工作经验。在目前社会上急需数控技术应用型人才的大好形式下，学生都希望自己能尽快学习和掌握这门技术，这就给专业教师提出了更高的要求。老师在不断提高自身专业技能的同时，均已取得了数控操作中级工的资格证书，还有些老师已取得了数控操作高级工或技师的资格证书。并且，根据学生的实际水平、常用的机床种类、社会需求和考工范围，老师有针对性的编制了校内培训教材，使教学更直接和有效。

二、加强实践环节，理论联系实际

数控技术作为实施现代先进制造技术主要机械装备的主要技术手段，实践性强，因此，在教学中结合专业特点采用的是理论和实践紧密结合的方法，以典型的数控设备——数控机床为主，围绕数控加工的过程控制开展教学与实践。

（一）理论教学的实践性

在理论教学中，介绍数控机床的基本概念、原理、计算和设计方法，着重阐述计算机数控系统的硬件和软件结构、进给伺服系统、检测装置、数控加工程序的手工编制和计算机辅助数控加工编程等内容。以数控机床为主线，根据加工过程中数控系统内部信息流处理过程（如数控加工工艺、插补、刀补、速度控制等）展开阐述、由浅入深、循序渐进，理论密切联系实际，并注重机电结合和系统理念，反映当今世界机床数控系统技术的发展前沿。对数控技术的几个重要内容、核心技术和最新技术成果作较为系统、深入的叙述。例如，在讲解手工编程和自动编程的教学内容中，着重强调以下几个方面：

1、建立坐标系的概念，它是数控机床自动加工工件的灵魂。机床坐标系、编程坐标系和加工工件坐标系的建立及其相互关系，很容易让初次接触这门课程又没有看到实物的学生产生概念混淆。所以，在讲解这个问题后，带学生到实验室，让他们初步认识数控车、铣等机床，在机床上再一次提出坐标系的概念，学生较容易理解。同时，运行与坐标系有关的不同实例程序控制机床运动，让学生比较机床移动部件与刀具的运动状态和实际位置，进一步加深理解各坐标系及其联系，认识其在自动加工中的灵魂作用。

2、引出编制程序的基本功能指令，它是数控机床自动加工工件的基础。首先，讲授数控机床的五大功能指令（G功能、M功能、F功能、S功能、T功能）的作用；其次，介绍每个指令的含义，要求学生能牢记并能正确理解和应用。例如，在讲授M功能指令中，对容易混淆的M00、M01、M02和M30指令，结合机床的实际操作，讲清区别与联系。使程序停止是这些指令共有的功能，不同的是程序停止后机床的运动状态、工艺条件以及再次运行程序时机床状态。只有掌握了这些指令的区别与联系，才能选用符合加工要求的指令。例如，在加工中途工件尺寸的检验或排屑，合适的指令只能是M00和M01。

3、介绍编制加工程序的格式。目前，常用的数控系统有华中数控系统、FANUC系统和SIEMENS系统，这三种数控系统程序的格式框架基本相同，但也有一些区别。针对我校的实际数控系统，仅要求学生熟练掌握华中数控系统和SIEMENS系统的程序格式。例如对于FANUC系统，每段程序中的坐标值后应标有“.”，每段程序结束应标有“；”，虽是小标点，但如果缺少则会直接影响加工零件的精度。

4、通过大量编制程序的练习，达到熟悉编程的方法和步骤，提高程序编制的准确率。当然，对于其他的理论教学内容，比如插补原理、刀补原理、速度控制原理等，尽可能的注意理论教学的实践性。在进行了理论课程的学习后，如果直接通过实际操作来验证程序的实用性，在学生没有实践经验的前提下，应该说是非常危险的。因为，虽然在实习老师的指导下操作机床，但因缺乏经验，熟练程度欠佳，可能会有不正确的操作，造成刀具和机床损坏。因此，在实习环节之前增加数控加工仿真系统的学习和练习对更好的掌握这门技术非常必要的。

（二）仿真系统的学习和练习

数控加工仿真系统是在90年代源自美国的虚拟现实技术，是一种有价值的工具。我校所配置的数控加工仿真系统是南京宇航软件工程有限公司为数控机床操作课程专门开发的仿真软件，它配有华中数控系统、FANUC系统和SIEMENS系统的数控车床、铣床。通过对数控铣、车等加工全过程的仿真，提高学生的熟练操作程度，减少机床损坏率，保证程序在真实操作状态下的准确性，能更好掌握这门技术。

首先让学生认识仿真系统的控制面板上每一个键的功能和操作方法，使学生能正确使用它们进行程序的验证。在进入数控加工仿真系统后，强调三步重要工作——输入工件坐标系位置数据，设置刀具补偿参数；输入数控程序；自动加工零件。

1、介绍系统面板。SIEMENS系统的界面有操作面板和控制面板两部分，其上有许多英文注释的功能键，只有熟悉它们，才能很好的应用。为帮助学生记忆，可以将这些键的名称和作用汇总出来，并将操作步骤一一列出，有利于学生尽快掌握。

2、演示整个操作步骤。（1）确定工件坐标系位置数据，设置刀具补偿参数。通过机床在界面选取机床后进入该系统的界面。如：点击“机床”，在出现的界面中分别选取系统和机床类型，确定后，在屏幕上出现所选的机床，通过选择不同的视图来确定观察方向，以求最佳位置。进行模拟选取毛坯并安装在机床上，定义并安装刀具，确定工件坐标系。如：在工件装卡方式确定后，工件坐标系的X、Y、Z各轴对应于零件的相应方向以及零点位置也就确定了。加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：G90 G00 X100 Z20，是指在绝对尺寸下，刀具相对位移到X=100mm，Z=20mm处。究竟刀具的什么部位相对位移到上述位置呢？这个部位称为控制部位，它选择的是否合理，直接影响加工工件的精度。例如，对于车刀，一般选刀尖作为控制部位。对于立铣刀，选择铣刀端面中心点作为X、Y轴方向的控制部位，铣刀底端面作为Z轴方向控制部位。工件坐标系的零点位置就是控制部位与零点重合的位置，它是用机床坐标系的坐标来表示的。在仿真系统中，铣床和加工中心常用的方法是用一个圆棒作为基准工具测定毛坯的边缘，以确定X、Y的基准，用刀具测定Z方向的基准。车床采用试切削的方法确定X、Z的基准。确定了工件坐标系位置数据，在设置刀具补偿参数界面中输入各参数。通过实验，学生加深了机床坐标系、工件坐标系的理解；对于刀位点、对刀点和换刀点有了更深的认识。（2）输入数控程序。在编制和输入程序时，要求学生对编制程序的一些工艺指令，如以G为首的准备功能指令，以M为首的辅助功能指令和其他的功能指令（如F指令、S指令、T指令等）的功用和格式有明确的了解，并能熟记一些常用指令，这样可以提高编程的速度及准确率。同时注意提醒学生在华中数控系统和SIEMENS系统中的程序格式。

3、自动加工零件。可通过选择轨迹显示或在机床上观察到程序执行情况，并可任意调整加工速度和声音等，以增加加工的直观性和真实性。

在仿真系统中还有一个检测功能，检测程序在加工时的准确性，教会学生使用这一功能，通过分析了解零件加工的准确性。如：在SIEMENS系统中，通过点击“工艺分析”，在“测量”段中可逐段检测加工部位，通过控制面板上反映的各轴数据来判断其准确性。

（三）实际操作训练

有了前两个环节，使学生较好的掌握了编程方法，通过仿真验证了程序的准确性，接下来的实践环节就是让学生在实习教师的指导下加工实物。

1、手工编程及加工。选择合适的零件，根据被加工零件的图纸、技术要求及其工艺要求等切削加工必要的信息，确定适合数控加工的内容，进行数控加工工艺性分析并做出相应的工艺处理和数学处理，按照数控系统所规定的指令和格式编制加工程序。提醒学生注意数控加工工序与普通工序的衔接。考虑到加工安全，要求学生采用仿真系统校验程序的正确性，指导教师还要核查工艺的可靠性，才允许学生在实训老师的指导下进行实物加工。先采用走空刀的方法，检验刀具路径是否有错误，是否碰撞零件、夹具或机床等；通过程序检验，然后采用蜡模为原材料，开机试切；通过对蜡模零件几何尺寸的检验，决定学生是否可以采用铝合金来代替石蜡进行正式加工；最后通过钢件的切削加工，使学生对材料的切削加工性能、合理的刀具和切削用量对加工质量的影响有更深的认识。

2、自动编程及加工。针对已采用手工编程加工的零件，让学生使用计算机为辅助工具，在学习CAD/CAM课程的基础上，采用CAD/CAM软件进行计算机辅助数控编程及加工，并与手工编程及加工相比较，使学生认识手工编程是基础，图形交互式自动编程是复杂零件数控编程的发展必然趋势，也是现在复杂零件普遍使用的数控编程方法。突出其编程速度快、直观性好、使用方便和便于检查等优点。

通过数控实训，强调学生熟悉机床操作，理论联系实际，认真练习，做到胆大心细，学以致用。大多数学生都获得了较好的成绩，如愿拿到了相关的等级资格证书。

三、结束语

高校作为人才培养基地，一要坚持培养目标，二要为实现这一目标不断了解学生的反馈信息，不断完善我们的教学方法，理论联系实际，提高教学质量，以更好地适应国家现代化发展的需要，培养出更多的具有较强的实际动手能力的应用型工程技术人才。

参考文献：

1、廖效果.数字控制机床[M].湖北省科技出版社,2004.

2、汪木兰.数控原理与系统[M].机械工业出版社,2004.

3、何雪明.数控技术[M].华中科技大学出版社,2006.

4、田坤.数控机床与编程[M].华中科技大学出版社,2004.

5、陈吉红.数控机床试验指南[M].华中科技大学出版社,2004.

6、江苏多棱数控机床股份有限公司.TH(TK)56系列数控机床培训教材.

（作者单位：湖北工业大学机械工程学院）