田　勇　張寶枚　左凌燕　張功國(guó)

【摘 要】工程訓(xùn)練作為一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合基礎(chǔ)課之一,應(yīng)積極利用計(jì)算機(jī)信息和先進(jìn)制造技術(shù)促進(jìn)自身的發(fā)展,合理有效地使用資源,大力發(fā)展CAI技術(shù)。本文介紹了CAD/CAM編程,開(kāi)發(fā)CAI課件,以提高學(xué)生的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力、工藝編程能力和創(chuàng)新能力;教師要掌握新技術(shù)、新工藝,建立以計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、掃描儀、多媒體、投影機(jī)和數(shù)控機(jī)床的局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的傳遞、信息共享、設(shè)備共享,完成教學(xué)管理網(wǎng)絡(luò)化和多媒體教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床 局域網(wǎng)絡(luò) 多媒體教學(xué) 數(shù)控編程

當(dāng)前,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展迅猛,正逐步滲透到各個(gè)領(lǐng)域。機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期越來(lái)越短,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,中、小批量,形狀復(fù)雜的零件越來(lái)越多,加工精度也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨一場(chǎng)全新的技術(shù)革命,以制造業(yè)信息化推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展是當(dāng)前必然趨勢(shì)。培養(yǎng)具有高素質(zhì)的先進(jìn)技術(shù)型復(fù)合人才,正是我們開(kāi)展先進(jìn)制造技術(shù)工程訓(xùn)練的首要目的。

一、數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是一種利用數(shù)字信息控制加工的機(jī)床,按要求把被加工的機(jī)械零件,如形狀、尺寸等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)值數(shù)據(jù)指令,傳送到電子控制裝置,由該裝置控制和驅(qū)動(dòng)機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)加工出零件。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)提升而形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它的種類(lèi)很多。目前我中心開(kāi)設(shè)的和準(zhǔn)備開(kāi)設(shè)的科目有:數(shù)控車(chē)、數(shù)控銑、數(shù)控電火化、數(shù)控線切割、數(shù)控板料成形訓(xùn)練等。它們與普通設(shè)備的主要區(qū)別是:機(jī)床價(jià)格高、自動(dòng)化程度高、加工精度高,其核心部分是數(shù)控系統(tǒng),它是借助于計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)完成數(shù)控要求的部分或全部功能,并配有接口電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置的一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

二、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用和CAI課件開(kāi)發(fā)

由于數(shù)控機(jī)床是使用數(shù)字信息,因此,它易于與計(jì)算機(jī)建立通訊網(wǎng)絡(luò),便于與計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)連接,而形成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造緊密結(jié)合的一體化系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)床工程訓(xùn)練教學(xué)不同于普通機(jī)床實(shí)習(xí)教學(xué),目前大多數(shù)院校金工實(shí)習(xí)的主要矛盾表現(xiàn)在日益增加的培訓(xùn)大學(xué)生數(shù)量和有限的機(jī)器設(shè)備上。要想提高教學(xué)質(zhì)量,必須首先克服機(jī)床少,學(xué)生多的困難。數(shù)控機(jī)床屬于大型精密貴重儀器設(shè)備,增添機(jī)床的投入巨大。因此,解決這一矛盾必須充分挖掘設(shè)備潛力,轉(zhuǎn)變教學(xué)理念,開(kāi)拓教學(xué)思路。具體可結(jié)合計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),利用計(jì)算機(jī),借助相關(guān)軟件和仿真加工技術(shù),在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程和模擬演示。學(xué)生通過(guò)演示可非常直觀地了解刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡并直接檢查出程序的對(duì)錯(cuò),促進(jìn)學(xué)生快速掌握一些基本操作,最后直接將正確的程序輸入數(shù)控機(jī)床(數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控線切割、數(shù)控沖床、加工中心)進(jìn)行實(shí)際操作,從而減少實(shí)際操作的錯(cuò)誤,提高機(jī)床的使用效率。我們可以組建局域網(wǎng),將計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床聯(lián)接起來(lái)(現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)功能已非常完善,即通過(guò)RS—232C口、以太網(wǎng)、USB接口接收或發(fā)送加工程序),促進(jìn)資源的有效配置,進(jìn)一步提高設(shè)備的使用效率。

當(dāng)代大學(xué)生的特點(diǎn)是:知識(shí)新、反應(yīng)快、理論性強(qiáng),但缺乏實(shí)踐性。對(duì)于多數(shù)沒(méi)有實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的訓(xùn)練學(xué)生,讓他們想象出切削加工過(guò)程、加工工藝步驟以及最終的形狀,具有相當(dāng)?shù)碾y度。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是制作各種平面、立體的掛圖或各種模型,幫助學(xué)生講解課程內(nèi)容。我們現(xiàn)在可以采用CAI技術(shù)來(lái)代替這種傳統(tǒng)的方法,開(kāi)發(fā)、制作各種CAI課件,利用多媒體的聲音和圖像技術(shù)進(jìn)行形象教育。一些較好的圖形處理軟件,如AutoCAD、3dsmax、Photoshop、flash等都為CAI課件的開(kāi)發(fā)、制作提供了廣闊的空間。AutoCAD作為最常用的矢量圖形繪制軟件,已被廣大的工程技術(shù)人員所熟悉,應(yīng)用也較為廣泛,除了用來(lái)繪制學(xué)生實(shí)習(xí)所用的一些機(jī)械圖紙外,還可以制作出一些平面、簡(jiǎn)單的立體圖形。而3dsmax則可以制作出一些較復(fù)雜的圖形,兩者可以通過(guò)渲染(Render)工具生成各種圖片,經(jīng)Photoshop軟件對(duì)各類(lèi)圖片(須將BMP格式轉(zhuǎn)化換成RGB格式)進(jìn)行進(jìn)一步的修飾和處理。我們也可以用掃描儀將一些實(shí)物照片掃描進(jìn)來(lái),對(duì)于那些特殊要求的內(nèi)容可用flash制成動(dòng)畫(huà)。Powerpoint(演示文稿)作為Office辦公系列軟件,應(yīng)用較為廣泛,可作為最終向?qū)W生演示CAI教學(xué)的操作平臺(tái)。

目前,我中心已建設(shè)了一套完整的局域網(wǎng)與數(shù)控機(jī)床聯(lián)接設(shè)備。建設(shè)了三個(gè)多媒體教室(其中一個(gè)多媒體教室內(nèi)安裝了42臺(tái)計(jì)算機(jī)和局域網(wǎng)設(shè)備),五個(gè)數(shù)控加工訓(xùn)練部(內(nèi)有3臺(tái)數(shù)控銑床、2臺(tái)加工中心、4臺(tái)數(shù)控車(chē)床、1臺(tái)車(chē)削中心、4臺(tái)數(shù)控線切割、1臺(tái)電火花、1臺(tái)數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床、1臺(tái)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、1臺(tái)數(shù)控剪板機(jī)),如圖1:

三、數(shù)控編程

老師制作課件,通過(guò)多媒體、投影機(jī)授課,形象直觀地展現(xiàn)給學(xué)生。詳細(xì)講解CAD/CAM編程軟件的使用,采用人機(jī)交互式對(duì)零件的幾何模型進(jìn)行繪制、編程和修改,從而得到零件的幾何模型。學(xué)生可以根據(jù)自己的愛(ài)好,在機(jī)房?jī)?nèi)用計(jì)算機(jī)練習(xí)編程,然后對(duì)機(jī)床和刀具進(jìn)行定義選擇,確定刀具進(jìn)行相對(duì)于零件表面的運(yùn)動(dòng)方式,切削加工參數(shù),生成刀具軌跡,最后經(jīng)過(guò)模擬仿真加工后置處理,按照特定的機(jī)床規(guī)定和文件格式生成加工程序,通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)存入服務(wù)器,再由教師檢查正確后,調(diào)入數(shù)控機(jī)床。學(xué)生則在訓(xùn)練部控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)在線加工,完成自己的作品。我們以數(shù)控銑床為例簡(jiǎn)單介紹這一過(guò)程。

計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工通信時(shí),一般要靠通信軟件和RS232C數(shù)據(jù)線來(lái)完成(以KV800數(shù)控銑床,采用西門(mén)子公司的802D數(shù)控系統(tǒng)為例),通訊距離應(yīng)控制在30M以?xún)?nèi)。同時(shí),通信參數(shù)、通信協(xié)議要設(shè)置正確,專(zhuān)用通信程序(程序頭)齊全。

傳輸程序?qū)嵗?

%_N_M133_MPF

;$PATH=/_N_MPF_DIR

N01 G54 G64 G00 G90 T1 X50 Y20 Z50

N05 G42 G01 F200 M03 S500 Z-10

N10 X19.021 Y6.18

N15 X4.49

N20 X0 Y20

N25 X-4.49 Y6.18

N30 X-19.021

N35 X-7.265 Y-2.361

N40 X-11.756 Y-16.18

N45 X0 Y-7.639

N50 X11.756 Y-16.18

N55 X7.265 Y-2.361

N60 X19.021 Y6.18

N65X50 Y20

N70 G40 G00 Z50

N75 M2

以上格式中的前兩行為程序頭,其中133為程序號(hào),應(yīng)和機(jī)床上輸入的程序讀入號(hào)一致,第二行為指定路線。

具體步驟:

1.計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、繪制圖形(如圖2)

2.分析加工工藝并選擇刀具和走刀路線

3.計(jì)算機(jī)編寫(xiě)加工程序單并在程序前加通信程序頭

4.通過(guò)局域網(wǎng)將加工程序單傳入訓(xùn)練部服務(wù)器

5.調(diào)試傳輸軟件將服務(wù)器內(nèi)程序傳入機(jī)床

6.啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工(對(duì)于較大的程序可實(shí)現(xiàn)在線加工)

從以上的教學(xué)思路上可以看出,采用這種方式,可大大提高同學(xué)們對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練的積極性,激發(fā)他們的創(chuàng)作靈感,改善學(xué)習(xí)環(huán)境,提高訓(xùn)練效率。據(jù)估計(jì),設(shè)備的利用率將比原來(lái)提高五倍以上,機(jī)床的使用壽命也將得到延長(zhǎng)。以前程序輸入是在機(jī)床面板上完成的,這樣對(duì)較長(zhǎng)程序操作時(shí)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。例如,機(jī)械學(xué)院2002級(jí)的龐文煥同學(xué)編寫(xiě)的程序總長(zhǎng)共6140個(gè)字節(jié),其中有程序段504個(gè),提刀68次,圓弧42處。她在設(shè)計(jì)、制作過(guò)程中就使用了計(jì)算機(jī)繪圖,計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸,最后加工成形。如果對(duì)如此復(fù)雜的圖形和程序,離開(kāi)了計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)是很難在一天半的工程訓(xùn)練中完成的。用機(jī)床面板輸入,勞動(dòng)強(qiáng)度較大,一人使用機(jī)床其他同學(xué)只能耐心等待。因此,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行傳輸程序,效率非常高,還可減輕對(duì)機(jī)床面板各按鍵的損耗,提高設(shè)備使用壽命,降低訓(xùn)練成本。

四、創(chuàng)新訓(xùn)練

“興趣是一切求知的動(dòng)力源泉”。為了提高實(shí)習(xí)質(zhì)量,引發(fā)學(xué)習(xí)興趣,在實(shí)習(xí)教學(xué)中可綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體意識(shí)、參與意識(shí),使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣增加,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。為了充分發(fā)揮大學(xué)生們的想象力和創(chuàng)造力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,提高綜合意識(shí),安排學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新綜合訓(xùn)練,在掌握編程能力的基礎(chǔ)上,要求學(xué)生進(jìn)行綜合零件的設(shè)計(jì),編程和制作,就是設(shè)計(jì)—制圖—工藝設(shè)計(jì)、分析—編程—加工一條龍。通過(guò)以上過(guò)程,激發(fā)同學(xué)們的靈感和創(chuàng)造欲,使學(xué)生對(duì)數(shù)控工程訓(xùn)練產(chǎn)生濃厚的興趣,提高學(xué)習(xí)的積極性和自覺(jué)性。自開(kāi)展數(shù)控工程訓(xùn)練一年多的時(shí)間,學(xué)生自己設(shè)計(jì),編程并親自加工出各種富有想象力,造型迥異的小工藝品,如圖3:

后實(shí)習(xí)的學(xué)生看到前面學(xué)生的作品,個(gè)個(gè)躍躍欲試,決心設(shè)計(jì)出更好的作品。先進(jìn)制造訓(xùn)練不僅使學(xué)生學(xué)到各種制造工藝技術(shù),更能在企業(yè)管理、技術(shù)分析、社會(huì)組織、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、信息網(wǎng)絡(luò)等方面學(xué)到更多的知識(shí)。

五、建立考試題庫(kù),統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績(jī)

利用計(jì)算機(jī)建立考試題庫(kù),針對(duì)每一批不同的學(xué)生,變換不同的考卷。每一個(gè)學(xué)生有不同的試卷,通過(guò)服務(wù)器傳到學(xué)生機(jī)上,學(xué)生做完考試題后,存入共享文件夾中,傳入服務(wù)器(教師機(jī)),教師可在網(wǎng)上閱卷,評(píng)定成績(jī)。增加試卷的靈活性,杜絕學(xué)生的作弊現(xiàn)象,了解學(xué)生掌握工程訓(xùn)練的情況。最后,根據(jù)實(shí)際操作成績(jī)和理論考試成績(jī)以及在各個(gè)工種的表現(xiàn),評(píng)定出學(xué)生最終的單科成績(jī),綜合起來(lái),利用Office系列的常用軟件Excel(電子表格)進(jìn)行操作,計(jì)算機(jī)按指定的函數(shù)關(guān)系快速計(jì)算出統(tǒng)計(jì)結(jié)果,通過(guò)Internet校園網(wǎng)發(fā)送到教務(wù)處,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸,提高工作效率。

六、結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)已加入WTO,參與到全球競(jìng)爭(zhēng)中,只有培養(yǎng)出知識(shí)全面、意識(shí)超前、綜合性、復(fù)合型、創(chuàng)新型的高素質(zhì)人才,才能在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。正如李嵐清同志指出的:“在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,國(guó)家創(chuàng)新能力,包括知識(shí)創(chuàng)新能力和技術(shù)創(chuàng)新能力是決定一個(gè)國(guó)家在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和世界格局中的地位的重要因素”。我中心開(kāi)設(shè)的先進(jìn)制造技術(shù)訓(xùn)練課,適應(yīng)新世紀(jì)和高新技術(shù)的發(fā)展方向,運(yùn)用各種先進(jìn)教學(xué)手段,由傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)教學(xué)提升到開(kāi)放式、自主式的創(chuàng)新訓(xùn)練,提高了學(xué)生的參與意識(shí)和學(xué)習(xí)積極性?？傊?我們要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上大力發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù),提高訓(xùn)練水平,最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育,為培養(yǎng)出具有高素質(zhì)的先進(jìn)技術(shù)型復(fù)合人才而努力。

參考文獻(xiàn):

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[2]張學(xué)政.傅水根教育教學(xué)研究論文集.2000,12.