郭偉民

(河南職業(yè)技術學院 智能制造學院，河南 鄭州 450046)

0 引言

FANUC數(shù)控系統(tǒng)在機械加工領域中應用廣泛。在FANUC數(shù)控加工編程技術的學習內容中，數(shù)控車床粗加工循環(huán)指令(G71，G72，G73)是一組重要的常用指令，熟練掌握這一指令是學生理解并學會手動編程的關鍵。

1 學情分析

1.1 社會需求

筆者調查、梳理過的相關企業(yè)用人要求，可以概括為： 1)有經驗，對具體工作有較高的熟練程度和實際操作能力；2)思考力(主要是發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力)；3)表達與交流能力；4)認真負責的工作態(tài)度；5)合作能力[1]。從智能制造的未來發(fā)展來看，“智造”企業(yè)需要具有獨立思考能力、終身學習能力和團隊合作能力的復合型高技能人才。

1.2 學生情況

對近幾年模具專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)情況的跟蹤調查，發(fā)現(xiàn)學生的未來發(fā)展存在多樣性和不確定性： 1)約50%的學生都選擇“專升本”；2)能留在本專業(yè)(模具)的少于10%；3)留在機械行業(yè)的比例較高，盡管工作的具體崗位因企業(yè)而異，但企業(yè)對學生的綜合職業(yè)能力要求卻大同小異；4)很多學生在畢業(yè)后的前幾年心理不適應，工作更換頻繁。

在開展本部分內容的學習前，學生已有基礎： 1)已初步了解程序的基本組成與結構，能夠用G00，G01，G02和G03等基本指令編制符合使用要求的外輪廓精加工程序；2)掌握機床的基本操作方法(含對刀方法等)，能夠在數(shù)控車床上完成上述程序的加工；3)有普通車床實訓經驗。

2 學習目標

結合社會需求和學生情況，不應機械地按數(shù)控車工的崗位就業(yè)要求培養(yǎng)學生，而應當基于專業(yè)知識，重點培養(yǎng)其具有共性的基本職業(yè)能力與核心素養(yǎng)(比如思考能力、交流與合作能力、質量意識、安全意識、認真做事的態(tài)度等)，使學生適應機械制造類崗位群的基礎要求。同時，尊重學生結合自身具體情況規(guī)劃未來的愿望，確立有彈性的學習目標，并為他們的具體職業(yè)規(guī)劃提供適當且有針對性的幫助與指導。

具體的學習目標可以表述為： 讓學生掌握以G71為代表的粗加工循環(huán)指令的應用；以此為基礎，讓學生在邊做邊學的過程中，把數(shù)控加工技術知識、技能、態(tài)度和價值觀整體性地內化，努力做到知行合一。掌握G71等指令的應用，屬于專業(yè)能力培養(yǎng)中中等層次的學習目標，不同學生對該指令的理解與掌握程度，反映著個體在這方面的天賦差異[2]。掌握這些知識點是表層化的學習目標，深層的目標在于提升學生個人在學習過程中的深度體驗與綜合收獲，特別是個體關鍵能力與核心素養(yǎng)的提升程度。

3 教學內容的設計

以掌握數(shù)控車床粗加工循環(huán)指令G71為著力點，使學生掌握，熟練運用，然后再以比較學習的方式認識指令G72和G73等。

3.1 基本內容

3.1.1 顯性內容： G71的基本特點與使用

FANUC粗加工循環(huán)指令G71的基本程序格式為：

G71 UΔdRe;

G71 PnsQnfUΔuWΔwFST;

其中，UΔd為每次徑向背吃刀量(半徑值)；R為每次徑向退刀量(半徑值)；P為精加工(循環(huán)中)首段程序段段號；Q為精加工(循環(huán)中)最后一段程序段段號；UΔu為徑向X的精車余量(直徑值)；W為軸向Z的精車余量；F為粗加工時進給速度；S為粗加工時主軸轉速(可省略);T為刀具功能指令。

學生了解上述格式并不難，關鍵是要理解G71指令的運動軌跡(如圖1所示)，甚至在機床上通過單段程序運行實際觀察，這是掌握好該指令的必要前提，也是深度理解本課程核心概念、培養(yǎng)編程思維的必要措施。在引導學生理解運動軌跡時應明確以下幾點。

圖1 G71的運動軌跡

1) 從技術進步的角度讓學生進行比較采用G71編程與此前采用基礎指令(G00和G01等)編程的不同，理解這個循環(huán)指令實際上是G00和G01的組合，但它使編程中的重復工作得到簡化，體現(xiàn)出技術進步減輕了人的工作量，程序也變得更簡潔，并讓學生進一步思考：“為什么G71具有這種功能？”引導學生去認識宏程序)。

2) 從應用的角度，必須講清楚： 1)粗加工與精加工的要點；2)起刀點A的確定方法；③P和Q相同對應段號的邏輯關系與具體使用要求等。并以G71外輪廓加工(見圖2)為例先編出程序1(見表1)，然后安排學生練習編程或仿真訓練。在點評學生程序的基礎上，提出粗加工之后、精加工之前的尺寸測量問題，讓大家討論解決辦法。教師提出改進程序的方案，并進一步完善程序(見圖3的程序2： 粗加工之后暫停，測量余量、修改刀補，然后再啟動程序精加工)；并引導學生進一步理解程序的結構和作用(可以在現(xiàn)有程序2的基礎上，再次把“G00X400Z250；M05；M00”3段放到“N2X102;”之后、“T0101(重新讀取刀補值)”之前，以強調G71的運刀軌跡是循著“N1”和“N2”的)。

圖2 G71外輪廓加工遠刀軌跡

這里的“完善程序”暗含有優(yōu)化數(shù)控加工工藝、追求卓越的思想，體現(xiàn)著精益求精的工匠精神和關心他人、以人為本的人文情懷(編程者要為現(xiàn)場操作者考慮，減輕負擔)。

表1 外輪廓加工程序(毛坯為Ф100 mm×220 mm棒料)

在上述主要學習問題解決后，讓學生自行查閱G71的使用注意事項，比如：

1) 適于圓棒料毛坯的粗車循環(huán)加工，且所加工零件外形輪廓必須是單調遞增或單調遞減的(凹形輪廓不是分層切削，而是在最后一刀半精加工時一次性進行切削，導致刀具損壞，這是G71(Ⅰ型)外徑粗車循環(huán)的關鍵)。

2) 用于對徑向尺寸要求比較高、軸向切削尺寸大于徑向切削尺寸的工件。編程時，X向精車余量取值一般大于Z向精車余量取值。

3) 循環(huán)加工起始段必須為G00或G01指令，且只能沿X軸移動(不能沿Z軸運動)。

4) 粗車循環(huán)使用G71程序段或以前指令的F.S.T功能；在循環(huán)加工起始段到終了段的任意一行中指定的F.S.T功能，僅在G70中有效。

5) 從起始段ns到終了段nf，不能調用子程序。

6) 當起始段ns用G00移動時，在指令A點，必須保證刀具在Z軸方向上位于零件之外，該程序段不僅用于粗車，還要用于精車時進刀，一定要確保進刀的安全。同時要根據(jù)毛坯(或零件)直徑確定合適的X坐標，尤其要注意粗加工的第一刀，避免“吃刀量”過大。

7) G71指令必須帶有P，Q和地址符ns，nf，且與精加工路徑起、止順序號對應，否則不能進行該循環(huán)加工。

這7條使用注意事項有很高的實用性，但屬于記憶性知識，也不宜故意安排學生試錯，而且很多教材往往不列全，所以比較好的學習方式是安排學生查閱資料并討論、分享這些間接經驗。

在學生完成試件加工后，數(shù)控車削加工的一般過程就應了然于胸了。這時安排學生寫一個階段性總結，作為表現(xiàn)型評價的依據(jù)；為了避免學生盲目亂寫，教師可適當指導，突出要點。書面總結也是鍛煉學生表達能力的好方式。

3.1.2 隱性內容及其開發(fā)

顯性內容是基礎，但它屬于表層知識與技能，學習過程中還含有大量的隱性內容，比如學科知識中隱含的思維方式和價值傾向，需要教師引導學生實現(xiàn)深度學習[3]。

其中需培養(yǎng)的能力有： (1)數(shù)控編程思維模式；(2)學習新指令的能力。這兩點又體現(xiàn)出個體的邏輯思維、空間想象和繼續(xù)學習能力。因此，教師在點評程序和試件的時候，應引導并強化學生在這方面的學習，通過及時評價各學習小組的整體狀態(tài)，來促進學生之間的交流與合作，提高團隊合作意識。

需培養(yǎng)的素養(yǎng)有： (1)產品質量意識與責任心；(2)對機械產品的審美(既是在培養(yǎng)對產品的審美觀，也是在鋪墊精益求精的工匠精神)；(3)安全意識；(4)認真做事的態(tài)度(工匠精神的要素)。教師在輔導過程中，結合具體情境提出有關素養(yǎng)要求，讓學生將之內化。

3.2 拓展內容

對有關內容的拓展是基于挖掘學科核心素養(yǎng)的角度，以進一步發(fā)展興趣，培養(yǎng)學有余力的學生的自主學習能力、獨立思考與探究問題的能力等。以下試舉幾例。

1) 內輪廓加工。如圖3所示的內輪廓加工(毛坯直徑設為60 mm)，在編程方面是對此前學習的鞏固和適度提升，在實際加工方面卻明顯提高了操作難度。

圖3 內外輪廓加工

2) G71與G73的比較學習。在充分掌握G71的基礎上，學習使用G73就顯得很輕松。圖4(毛坯為直徑45 mm的鋁棒料)的葫蘆即為17級模具專業(yè)的一位學生自選的形狀，用G73

圖4 葫蘆加工

編程并加工出來。

3) G71(Ⅱ型)探析。教材中幾乎未提及Ⅱ型，但可以把它作為探究學習內容，讓學生自己去查閱資料，比較、總結。教師可通過幾個典型圖例把問題提出來，并提示學生之前學習使用的是G71(Ⅰ型)，還有G71(Ⅱ型)待探究。至于學生探究的結果是否完全正確并不是很重要，重要的是其分析過程是否合理，分析方法是否正確。

4) 與華中數(shù)控系統(tǒng)G71的比較。華中數(shù)控系統(tǒng)的許多指令和FANUC數(shù)控系統(tǒng)的相近，但又不完全一樣。由于實訓車間有這兩種數(shù)控系統(tǒng)的車床，學生在比較學習兩種G71的格式之后，進而可在車床上操作練習。這有助于開闊眼界、提高學生進入企業(yè)后的適應能力；而且，當某一位同學能使用兩種車床時，對周圍同學起到很大提振作用，同學之間還會分享新的學習體會。在條件允許的情況下，還可以繼續(xù)關注西門子數(shù)控系統(tǒng)的相關指令。

5) G71與宏程序的結合使用。從教學實踐中發(fā)現(xiàn)，能否掌握好G71是一個分水嶺。一些學有余力的學生在掌握G71后，能夠自學并應用其他指令和宏程序，教師應鼓勵他們進一步學習，為他們提供更多入門性的宏程序應用練習，并進行個別化的輔導。從教學結果看，能明顯提升他們的能力和興趣。

上述教學內容的設計使得本部分學習內容相對集中，呈模塊化、層次化，可以滿足學生的差異化學習。

4 教學實踐活動

教學活動以學習小組的形式、邊學邊做(教室集中學習與機床實訓各4學時)，練習時控制每臺機器前的人數(shù)不超過2人，注重過程性考核與及時評價[3]。

所有教學活動遵循由易到難、循序漸進。比如拓展內容，學習與輔導基本上都是在課外、個性化輔導，不強求所有同學全部單獨完成，可以幾個人分工合作，并分享心得、互幫互學。

在整個學習過程中，注重表現(xiàn)型評價(樣品、程序，加工過程中的突出表現(xiàn)，書面總結等)。

5 結語

以粗車循環(huán)加工指令G71為例，將教學設計為基本內容與拓展內容兩部分。整個教學設計以學生已有知識與經驗為基礎，通過“邊學邊做”讓學生實現(xiàn)知識、技能和態(tài)度價值觀的一致性建構，學習難度循序漸進，考慮學生個體化差異，并深挖本部分學習內容的學科核心素養(yǎng)，以學生的“學”為中心，體現(xiàn)了核心素養(yǎng)導向的教學策略(整體化、情景化、深度化、活動化、自主化和意義化)[4]，教學實踐結果表明： 學生對該知識點的理解更為全面、深刻。