| 數(shù)控機(jī)床課的教學(xué)探討(1)
[摘 要] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的重要發(fā)展方向之一。本文就“數(shù)控機(jī)床”課的教學(xué)進(jìn)行了較深入的探討，在教學(xué)的組織與安排上不僅注意很好地達(dá)到傳授知識(shí)的目的，更加注重對(duì)學(xué)生分析問題和解決問題及創(chuàng)新性思維能力的培養(yǎng)。
[關(guān) 鍵 詞] 數(shù)控機(jī)床，機(jī)械制造，教學(xué)，創(chuàng)新能力。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床和生產(chǎn)過程數(shù)控化
己經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。學(xué)好
“數(shù)控機(jī)床”課，對(duì)于機(jī)械行業(yè)，尤其是機(jī)械制造專業(yè)的學(xué)生而言，意義毋庸贅言。那么，如何才能
講好“數(shù)控機(jī)床”這門課呢?在這里，筆者結(jié)合“數(shù)控機(jī)床緒論”部分談一點(diǎn)自己的看法。
1、講好“緒論”部分的意義
首先 ， 緒論是對(duì)課程的整體介紹，作用是使學(xué)生能夠?qū)Α皵?shù)控機(jī)床”這門課程有一個(gè)總的認(rèn)識(shí);其二，通過介紹使學(xué)生認(rèn)識(shí)到機(jī)床數(shù)控技術(shù)的重要性并對(duì)之產(chǎn)生濃厚的興趣;其三，也是最重要的，在講課過程中，要時(shí)時(shí)刻刻體現(xiàn)出理論聯(lián)系實(shí)際的思想。數(shù)控機(jī)床應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際需要才得以產(chǎn)生并快速發(fā)展，因此當(dāng)中的每一項(xiàng)技術(shù)都是要用于解決實(shí)際問題的，必須針對(duì)實(shí)際問題考慮技術(shù)上的解決辦
法;其四，每一門技術(shù)都有它的不足，要把數(shù)控技術(shù)目前存在的問題講給學(xué)生，只有這樣，才能使學(xué)
生在解決實(shí)際問題時(shí)更合理地使用這門技術(shù)，而不是所有的加工都采用數(shù)控機(jī)床;另外，某些現(xiàn)在存
在的問題可能是明天數(shù)控技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展的動(dòng)因。
2、教學(xué)探討
如何授課才能很好的實(shí)現(xiàn)上面提到的這些意義呢?有這樣一種講課思路:按照書本，逐一對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行講解。首先講數(shù)控技術(shù)的概念，接著講數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)以及數(shù)控裝置的主要技術(shù)指標(biāo);再接下來介紹數(shù)控機(jī)床的組成和分類，最后介紹數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。
這種講法基本能把大綱要求的內(nèi)容講出來，條理也算比較清晰，但顯然這種講課方法效果不是很
好:照本宣科，只是簡(jiǎn)單機(jī)械地把書本知識(shí)傳授給學(xué)生，而沒有把問題講透;屬于填鴨式的一種講法，不會(huì)給學(xué)生帶來多少有實(shí)際意義的思考。講課的意義不僅僅在于傳授知識(shí)，更在于讓學(xué)生體會(huì)一個(gè)好的分析問題和解決問題的思路。更深一步講，講課的目的不僅是使學(xué)生繼承知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展知識(shí)的能力，也就是現(xiàn)在講得最多的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
筆者的講課設(shè)計(jì)是這樣的:課程內(nèi)容不變;重點(diǎn)講數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn);難點(diǎn)是數(shù)控加工軌跡形成的本質(zhì);基本思路是立足于圍繞制造業(yè)要解決的三個(gè)大問題一質(zhì)量、效率、效益與普通機(jī)床作對(duì)比;內(nèi)容組織及安排如下:
2.1.課堂導(dǎo)入
給學(xué)生提出問題:生產(chǎn)企業(yè)，尤其是機(jī)械制造行業(yè)，要想在市場(chǎng)上站穩(wěn)腳跟、謀求發(fā)展都必須解
決幾個(gè)大問題，是哪幾個(gè)問題呢?對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行分析并總結(jié):質(zhì)量、效率、效益，誰的產(chǎn)品質(zhì)量
好，加工效率高，誰獲得的經(jīng)濟(jì)效益就高。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品的生
產(chǎn)周期越來越短，而品種更新?lián)Q代更加頻繁，傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床己經(jīng)不能很好的滿足這些需要，于
是一種新的加工機(jī)床— 數(shù)控機(jī)床得以產(chǎn)生并迅速發(fā)展。那么數(shù)控機(jī)床是一種什么樣的機(jī)床呢?它究竟好在哪里?
2.2.普通機(jī)床結(jié)構(gòu)與加工過程回顧
普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)(以C616車床為例)大體上包括床身、變速箱、進(jìn)給箱、床頭箱、溜板箱、刀架、尾架以及電氣箱等，需要冷卻的機(jī)床還有工作液循環(huán)系統(tǒng)。主軸的旋轉(zhuǎn)由電機(jī)經(jīng)皮帶、齒輪等傳
動(dòng)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，溜板的運(yùn)動(dòng)由電機(jī)或手動(dòng)經(jīng)絲杠螺母副帶動(dòng)，刀架置于溜板上。
在普通機(jī)床上加工一個(gè)零件，加工者必須根據(jù)圖紙要求執(zhí)行以下操作:
1) 制定加工計(jì)劃:確定加工次序、加工余量;選擇刀、夾、量具;確定加工參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、進(jìn)給
量和切削用量等;
2) 進(jìn)行機(jī)床調(diào)整:安裝夾具;裝夾、調(diào)整毛坯;裝夾、校準(zhǔn)刀具;
3) 手工控制操作完成每一個(gè)刀具的切削過程;
4) 加工過程中工件尺寸的測(cè)量及質(zhì)量的檢測(cè)。
以上過程由加工者通過手工操作完成。分析一下，工件的加工質(zhì)量取決于哪些因素?很容易想到，加工質(zhì)量不僅受機(jī)床本身的精度影響，也在很大程度上受加工者技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)等因素的影響;再看一看作業(yè)時(shí)間，工件的裝夾、調(diào)整，加工過程中的測(cè)量等輔助環(huán)節(jié)，在總的作業(yè)時(shí)間中占有相當(dāng)?shù)谋戎�，而真正用在刀具切削上的時(shí)間相對(duì)較少，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件還需要特殊定做的刀、夾、量具，這更加大了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期;再有，不但工人的技術(shù)水平要求高，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也大，條件也差。當(dāng)要求批量生產(chǎn)或者具有復(fù)雜表面工件的加工時(shí)，依靠普通機(jī)床己無法完成。
為了提高加工質(zhì)量，縮短輔助時(shí)間，在大批量生產(chǎn)中人們開始普遍采用專用機(jī)床，然而專用機(jī)床
的通用性差，一旦更新產(chǎn)品，專用機(jī)床就要報(bào)廢，因此必然要求有這樣一種機(jī)床，它的加工質(zhì)量要好、加工效率要高，而且特別適合于加工多品種小批量且形狀復(fù)雜的零件。
2.3.認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床
試設(shè)想一下，普通的機(jī)床依靠電機(jī)通過齒輪等傳動(dòng)鏈來實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的
曲面加工，曲面形狀復(fù)雜時(shí)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)很難實(shí)現(xiàn)，如果能讓這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)按照設(shè)計(jì)者的要求“隨
意”進(jìn)行，并且不但可以實(shí)現(xiàn)軌跡控制，還可以實(shí)現(xiàn)位置控制，那么這將給零件加工帶來極大的方便;另外對(duì)機(jī)床的本體再進(jìn)行點(diǎn)兒合理化設(shè)計(jì)，就會(huì)更加提高機(jī)床的加工質(zhì)量與效率。
這種軌跡與位置控制實(shí)現(xiàn)的手段就是數(shù)字控制技米，這是普通機(jī)床和一般的自動(dòng)機(jī)床所不具備的�；仡櫼幌铝慵砻嫘纬傻幕驹�:如果把刀尖看成一個(gè)理想的點(diǎn)，那么它相對(duì)于零件形成的軌
跡就是一條曲線，實(shí)際上刀尖總是有尺寸的，因而這條“曲線”是一個(gè)近似于曲線的很窄的曲面，這
樣無數(shù)條間距很小的“曲線”便包絡(luò)出零件的加工表面。普通機(jī)床加工軌跡的控制是靠機(jī)床的內(nèi)傳動(dòng)
鏈。如果在機(jī)床上建立起坐標(biāo)系，把刀具和工件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)分割成一些最小的單位量，即最小位移
量，每給控制刀具或工件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一個(gè)信號(hào)，刀具相對(duì)于工件在某一坐標(biāo)軸就走一個(gè)最小的單位
量，在空間就合成運(yùn)動(dòng)一個(gè)微小的位移，這樣一個(gè)個(gè)微小的位移連接在一起，就形成了加工軌跡。通
過對(duì)單位位移量個(gè)數(shù)的控制就可以實(shí)現(xiàn)刀具或工件的位置控制，這就是數(shù)控加工軌跡形成的本質(zhì)。
此時(shí)給出幾個(gè)概念:數(shù)字控制就是指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床或加工過程進(jìn)行控制的技術(shù)，包括對(duì)機(jī)
床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制和各種開關(guān)量的控制。實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制技術(shù)的設(shè)備就是數(shù)控系統(tǒng)，裝備了數(shù)控系統(tǒng)
的機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床。
那么數(shù)控機(jī)床到底是什么樣的，它又是如何完成加工的呢?接下來看一下數(shù)控機(jī)床的基本組成
(見圖1).
圖1：數(shù)控機(jī)床的組成
對(duì)圖1的每一部分進(jìn)行解釋，包括機(jī)床本體，講清與普通機(jī)床不一樣的地方，以便于對(duì)后面問題
的分析與理解，緊接著介紹數(shù)控機(jī)床的基本加工過程，如圖2所示。
圖2：數(shù)控機(jī)床的加工過程
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