王良 車曉毅 李志剛

摘? 要：針對數(shù)控車削編程指令及指令之間的區(qū)別不易被學(xué)生掌握的問題，基于數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，提出了類比式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，即采用具有漸進(jìn)關(guān)系的指令分別對同一個案例進(jìn)行編程，并進(jìn)行仿真加工，類比不同程序?qū)崿F(xiàn)同一案例加工的區(qū)別與聯(lián)系。能幫助學(xué)生更好地掌握數(shù)控編程指令及用法等理論課程知識，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力具有良好的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車削? 編程? 仿真? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 類比式

中圖分類號：G642.4????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? ????????????? 文章編號：1672-3791（2021）01（a）-0106-05

Research and Practice of Analog Numerical Control Turning Simulation Experiment Teaching

WANG Liang? CHE Xiaoyi? LI Zhigang

（College of Mechanical Engineering， Hunan University of Arts and Science， Changde， Hunan Province， 415000 China ）

Abstract： Aiming at the problem that the difference between NC turning programming instructions is not easy for students to grasp， based on the NC simulation experiment system， an analog experiment teaching method is proposed. That is， the instructions with the gradual relationship are used to program the same case separately， and the simulation processing is performed， and the difference and connection of the same case processing can be realized by analogy with different programs. It can help students better master the numerical control programming instruction and usage and other theoretical knowledge， which has a good effect on improving students' learning enthusiasm and initiative and improving students' engineering practice ability.

Key Words： Numerical control turning; Programming; Simulation; Experimental teaching; Analog

數(shù)控技術(shù)是一門理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程，數(shù)控技術(shù)的本科教學(xué)不但要求學(xué)生掌握豐厚的數(shù)控理論知識，還要求其學(xué)會基本的數(shù)控操作和編程技能[1]。在實(shí)際教學(xué)過程中，因?yàn)閮?nèi)容繁而雜，往往理論知識與實(shí)際操作會產(chǎn)生脫節(jié)，學(xué)生在課堂上學(xué)到的知識無法在實(shí)踐中得到很好的運(yùn)用，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，達(dá)不到很好的教學(xué)效果[2]。

另外，數(shù)控加工程序編制作為數(shù)控技術(shù)課程的重點(diǎn)內(nèi)容，而數(shù)控加工程序編制的很多教學(xué)內(nèi)容是與實(shí)際的機(jī)床操作有密切關(guān)系的，撇開數(shù)控機(jī)床的操作與實(shí)踐，孤立地去講授數(shù)控編程的各類代碼，將很難達(dá)到理想的教學(xué)效果，特別是一些直接與機(jī)床上的按鍵或操作有關(guān)的代碼，課堂講授時更是難以使學(xué)生理解和記住[3-4]。只有讓學(xué)生實(shí)際操作一下數(shù)控機(jī)床，學(xué)生才會真正掌握和理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。但是學(xué)校條件所限，數(shù)控設(shè)備少、學(xué)生多的矛盾突出，對于這一難題，通過數(shù)控加工仿真系統(tǒng)就可以得到充分解決[1，5]。

因此，基于數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合案例式教學(xué)方法和類比式教學(xué)方法，提出類比式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法應(yīng)用到數(shù)控車削仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，旨在提高學(xué)生的積極性和主動性，有利于學(xué)生更好地掌握編程指令及用法等理論課程知識，以提升學(xué)生工程實(shí)踐能力。

1? 類比式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

案例式教學(xué)直觀具體、生動形象，并且是實(shí)際應(yīng)用實(shí)例，所以學(xué)生印象深刻，課堂教學(xué)氣氛活躍，無疑是一種好的互動形式，但是因?qū)W生的理論學(xué)習(xí)不是非常系統(tǒng)和透徹，案例的選擇較為關(guān)鍵[6]。而教學(xué)實(shí)踐表明漸進(jìn)式教學(xué)方法能適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，根據(jù)學(xué)生的接受情況及時地調(diào)整教學(xué)環(huán)節(jié)，在教學(xué)時遵循漸進(jìn)學(xué)習(xí)的原則，從而實(shí)現(xiàn)教和學(xué)的良性互動，有效地緩解學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的畏難情緒，顯著增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，進(jìn)而提高教學(xué)效果[7]。

融合案例式和漸進(jìn)式教學(xué)方法特點(diǎn)，提出了類比式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，即采用漸進(jìn)復(fù)雜的多個知識點(diǎn)分別對同一案例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并類比分析，框架如圖1所示。通過漸進(jìn)復(fù)雜的不同知識點(diǎn)對解決同一案例問題得到不同解決方案，不同知識點(diǎn)之間具有漸進(jìn)的關(guān)系，可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中類比分析，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有效掌握相關(guān)知識點(diǎn)及其應(yīng)用情況，同時提升學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。

2? 類比式數(shù)控車削仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

對于數(shù)控編程相關(guān)的一些教材[8-10]對數(shù)控車削編程指令理論部分知識分為常用基本指令、單一固定循環(huán)指令、復(fù)合固定循環(huán)指令3類來進(jìn)行講解，容易使學(xué)生對該部分知識掌握不牢。因此，在學(xué)生對指令的格式和所需參數(shù)的意義等理論知識學(xué)習(xí)后，采用類比式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法對理論知識進(jìn)行補(bǔ)充和實(shí)踐，具體做法是：首先根據(jù)數(shù)控技術(shù)課程中車削編程教學(xué)的特點(diǎn)，確定3類指令里面呈漸進(jìn)式復(fù)雜關(guān)系的指令;其次選擇合適案例，分別對該案例進(jìn)行編程，讓學(xué)生得到不同的數(shù)控加工程序;然后完成仿真加工，最后引導(dǎo)學(xué)生分析類比，總結(jié)在不同指令適合的應(yīng)用場合。應(yīng)用情況示意圖如圖2所示。

2.1 確定呈漸進(jìn)復(fù)雜關(guān)系指令

對數(shù)控車削編程G功能指令，根據(jù)多個常用基本指令組合、單一固定循環(huán)指令和復(fù)合循環(huán)指令的走刀路線相似性和關(guān)聯(lián)性，其漸進(jìn)復(fù)雜關(guān)系確定如圖3所示（FANUC數(shù)控系統(tǒng)）。

2.2 案例的選擇

案例選擇如圖4所示，毛坯棒料直徑為125 mm，長度為200 mm，圖中直徑120 mm的外圓在軸向長度要求是20 mm，編程原點(diǎn)為圖4中所示，要求完成零件輪廓數(shù)控加工程序的編制。

2.3 程序編制

數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)時主要是首先平右端面，然后進(jìn)行先粗后精的工藝安排，主要參數(shù)如表1所示。

通過指令的格式和所需參數(shù)的意義學(xué)習(xí)后，對圖4所示數(shù)控車削加工案例分別使用常用基本指令G00、G01，內(nèi)、外徑車削循環(huán)指令G90，復(fù)合固定循環(huán)指令G71、G70進(jìn)行程序編制，編制程序如圖5、圖6、圖7所示。

在用G71、G70進(jìn)行編程時，G71粗加工完成后，進(jìn)行精加工之前需要換刀時，對于移動到換刀點(diǎn)和執(zhí)行換刀動作的指令，是在N130行程序與G70指令之間執(zhí)行，而非安排在粗加工程序G71指令與N70行程序之間。

2.4 仿真加工

數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬數(shù)控機(jī)床操作的全過程，可以模擬真實(shí)數(shù)控機(jī)床的操作面板和屏幕顯示，在操作步驟上，如毛坯定義、工件裝夾、對刀操作、機(jī)床操作方式等與相應(yīng)的實(shí)際機(jī)床完全相同，實(shí)現(xiàn)輕松操作[11]。學(xué)生可從多個角度觀察到數(shù)控機(jī)床里面的加工過程，使得零件如何從毛坯加工到成品的過程更加直觀形象，學(xué)生能夠更好地理解數(shù)控機(jī)床加工，操作者也可先直觀地看到自己的加工工藝和加工方法是否存在問題，再在數(shù)控機(jī)床上加工，如此能大大降低出錯幾率。利用數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)輔助教學(xué)，使學(xué)生掌握數(shù)控理論的同時提升學(xué)習(xí)興趣，使得課堂教學(xué)變得更加生動，教學(xué)效果明顯[12-13]。

采用數(shù)控仿真加工系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過演示操作過程：毛坯設(shè)置—刀具設(shè)置—對刀—程序?qū)胂到y(tǒng)—仿真加工—結(jié)束，在整個仿真加工演示過程中，對學(xué)生來說也是對數(shù)控仿真加工操作及數(shù)控加工過程的熟悉，同時也對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、數(shù)控刀具、工件坐標(biāo)系、機(jī)床坐標(biāo)系等多個知識點(diǎn)的深入理解和掌握，前述程序仿真加工后的結(jié)果以及走刀路線如圖8所示。

2.5 類比分析

（1）指令格式逐漸復(fù)雜。

指令格式由簡單逐漸變得復(fù)雜，指令后需要的相應(yīng)參數(shù)增多，指令格式對比如圖9所示。

（2）整體程序逐漸簡短。

在前述的程序中，標(biāo)記①和②處的框內(nèi)程序走刀路線一致，但是①處的程序?yàn)?行，②處的程序?yàn)?行，減少了2行;標(biāo)記③和④處的框內(nèi)程序走刀路線一致，但是③處的程序?yàn)?0行，④處的程序?yàn)?行，減少了8行。程序O0001～O0003整體行數(shù)逐漸減少，程序變得簡短，且?guī)缀翁幚碜兊煤唵巍?/p>

（3）總結(jié)。

通過以上類比分析可以看出，針對該零件加工采用復(fù)合固定循環(huán)指令G71和G70配合使用，會比采用常用基本指令G00和G001、單一固定循環(huán)指令G90編寫的程序精簡。但是這并不是說所有情況都是這樣，該文這樣的舉例只是突出指令之間的差別且助于學(xué)生掌握指令及編程。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，要針對不同的加工特征和零件特點(diǎn)合理選擇編程指令，優(yōu)化數(shù)控加工程序，保證加工精度的前提下提高加工效率。

3? 結(jié)語

結(jié)合案例式教學(xué)方法和漸進(jìn)式教學(xué)方法，提出的類比式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，并將其應(yīng)用到數(shù)控車削仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，利用常用基本指令、單一固定循環(huán)指令、復(fù)合固定循環(huán)指令中，具有漸進(jìn)復(fù)雜關(guān)系的不同指令分別對同一案例完成編程及仿真加工，引導(dǎo)學(xué)生對程序及加工過程類比分析。通過教學(xué)實(shí)踐，該方法對幫助學(xué)生更好地掌握編程指令及用法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力具有良好的效果。

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