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工程训练中心数控教学探究
论文关键词：工程训练 数控教学 仿真技术
论文摘要：介绍了工程技术训练中心数控设备与教学的概况，以及科研项目对机械加工的需求及其特点。分析表明，工程训练中心与科研团队存在巨大的合作前景，可以在改善教学的同时推进科研项目的进展。
一、引 言
工程训练中心是培养工科学生的一个重要基地，各学校在工程训练中心的建设过程中投入巨大，除基本的金属切削机床、材料成型设备外，各种数控机床、特种加工机床、精密测量等设备也已经成为工程实践教学的主力装备。2008年11月，国家机械制造基础及工程训练课程指导委员会就《普通高校工程训练中心建设基本要求》作了详细阐述，其中数控设备至少应有：6台数控车床、3台数控铣床、2台数控切割机床，并且各学校可根据实际教学需要，增加一定数量的加工中心，工程训练中心除教学任务外，还有巨大的潜力可以挖掘。同时，随着我国经济的迅速发展，国家在科学研究上的投入力度越来越大，这些科研项目对机械加工都有着巨大的需求，但这些需求一般为单件或者小批量，并且设计尚未完善或者一直处于改进之中，与现代企业的大批量生产存在一定脱节，而工程训练中心的硬件设施与任务恰好能够满足科研项目中机械加工的需求，同时又能改善学生的学习条件。
二、数控机床的特点及教学
数控机床是指可以通过计算机编程，进行自动控制的机床。与普通机床相比，数控机床具有很多优点：高柔性，适合单件、小批量生产，适合新产品的开发；加工精度高、加工质量稳定可靠、生产率高，数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性；并且数控机床对操作工人的要求降低，一个普通机床的高级技工，不是短时间内可以培养的，而相对来说数控机床操作工人培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。
由于数控技术教学和培训都离不开数控机床，而数控机床本身价格比较昂贵，同时训练过程不可避免地存在误操作过程，这对机床安全是一个巨大的隐患，同时数控机床的数量有限，难以满足大量学生实践训练的需求。而随着计算机技术的发展，数控机床加工仿真技术得到了迅猛发展，很好地解决了这些矛盾。数控加工仿真是一种先进的计算机人机交互技术，具有生动的界面和强大的显示功能，图形大小、颜色、观察视角以及刀具的形状等都可由操作者自行设计以满足不同的监控与学习要求；仿真系统的通用性较强，其语法诊断功能可以帮助学生学习编程。在模拟过程中，系统能及时提供错误信息以及刀具相对移动轨迹的显示以及最终加工的立体效果，很容易发现和修改编写程序的错误，高仿真界面及动态的模拟仿真系统可有效地显示代替机床实际运行状况并且还能够提示操作信息，使数控机床的编程操作易于课堂化教学，从而既节省了机床设备和实习消耗，降低了实做危险，又大大提高了教学效率，规避了实习人员的操作风险。数控加工仿真系统采用了与数控机床操作系统相同的模拟界面，使其具备了整个加工过程的模拟仿真能力，即使仿真系统在模拟中出现人为的编程或操作失误也不会危及学生和机床安全，学生反而还可以从中吸取大量的经验和教训，所以说它是初学者理想的实验、实践工具。因此，数控加工仿真技术在数控教学领域的应用日益广泛［1］［2］。
当然，数控加工仿真技术同真正的数控机床存在一定的差别，容易引起以下弊端：（1）过于依赖计算机完成所有的操作，因为图纸绘制、G代码生成、仿真加工都可在计算机上完成，仿真与实际机床之间存在各种差异；（2）忽略加工工艺，仿真系统的仿真加工过程速度一般为5倍（调节范围：1-100），使得操作人员忽略进给速度、刀具转速和加工质量等；（3）无法保证加工质量，由于仿真软件只能仿真加工过程，对于零件的表面粗糙度和尺寸精度等无法保证。
因此，数控教学必须采用数控加工仿真与实训操作相结合的方法，即先通过仿真系统让学生对数控编程有一定的了解，再通过实训操作使学生理解仿真与机床实训的差别，不能仅仅为了学生和机床安全废除实训操作，这样既可大大减少学生理解错误而产生的各种机床损坏及人身伤害，又可提高学生的实际操作技能。
三、科研团队与工程训练中心的合作前景
随着中国经济的迅速发展，国家和其他组织在科研上的投入力度越来越大，其中理工类的科研对机械加工有着巨大的需求。绝大部分新产品开发或者新技术在开发过程中，对产品的需求并不明确或者存在一个逐渐深化的过程，对零部件的定型需要一个漫长的、反复的过程，需要对零件进行单件或者小批量的试制、修改。一般的科研团队在机械加工方面的人员、设备力量非常薄弱，如果把这些任务交给企业去做，往往价格昂贵而又费时。而这恰恰是工程训练中心的强项，并且科研团队中往往有一大批计算机基础很好的研究生，利用数控机床的仿真软件，可以较快地学习数控设备的操作技术。一般说来，在工程训练中心学习的主要群体是低年级的学生，也有少数高年级的学生，这些学生在此学习的目标往往比较简单，仅仅是学习基本的操作技术，加工零件也仅仅是作为练习。如果科研团队与工程训练中心合作，对科研团队的研究生进行培训，训练他们自己进行机械加工的能力，不仅能节省大量时间促进科研进程，更重要的是积累了加工经验，这有助于后续的设计与改进。同时，对本科生来说，与研究生一起操作数控机床不仅仅是练习了，而是在生产在科研，能够极大地提高他们的积极性，培养自信心，增加他们的知识面，能够进一步推动高年级本科生进实验室的潮流，部分优秀的低年级学生也能参与到科研中，这对本科生的其他课程学习是非常有益的。
四、结 论
数控机床加工仿真技术已经成为数控教学的重要方法，这种方法功能强大、成本低、安全可靠，可在短时间内大量培训数控操作工，这些特点与科研项目存在互补之处，双方合作是互惠互利的，既能改善教学条件，又能推动科研项目的进展。
参考文献：
［1］ 耿习琴，郝小忠，高珏.数控加工仿真系统的设计及其在工程训练中的应用［J］.中国制造业信息化，2008，37（5）：77-80.
［2］ 邓以诚，杨东方，尹作升.数控仿真系统软件在工程训练中的应用［J］.硅谷，2011，（5）.
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