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數(shù)控技術,簡稱數(shù)控(Numerical Corltrol――NC),是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制,因此,也可以稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control――CNC)。
采用了數(shù)控技術進行控制的機床,或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。它是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產品,是現(xiàn)代制造技術的基礎,它很好地解決了形狀結構復雜、精度要求高及小批量零件的加工問題且能穩(wěn)定產品的加工質量,降低工人勞動強度,大幅度提高生產效率。機床控制也是數(shù)控技術應用最早、最廣泛的領域,因此,數(shù)控機床的水平代表了當前數(shù)控技術的發(fā)展水平和方向。與普通機床相比,數(shù)控機床能夠自動換刀、自動變更切削參數(shù),完成平面、回旋面、平面曲線的加工,加工精度和生產效率都比較高,因而應用日益廣泛。
在美國、日本和德國等發(fā)達國家,他們的機床改造業(yè)作為新的經(jīng)濟增長行業(yè),生氣盎然,正處在黃金時期。由于機床以及數(shù)控技術的不斷進步,機床改造成了一個“永恒"的課題。在美國、日本、德國,用數(shù)控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場,這已形成了機床和生產線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton機床公司、DeVlieg―BuUavd(得寶)服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本,機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大限工程集團、崗三機械公司、千代田工機械公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。
我國目前機床總量約400萬臺,其中數(shù)控機床總數(shù)只有20萬臺,即我國機床數(shù)控化率僅為5%左右,而國外發(fā)達國家的機床數(shù)控化率,多年前就達到20%以上。我國機床役齡10年以上的占60%以上;役齡10年以下的機床中,自動/半自動機床不到20%,F(xiàn)MC/FMS等自動化生產線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機床占60%以上)??梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床,而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長等現(xiàn)象,從而在國際、國內市場上缺乏競爭力,直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益,影響企業(yè)的生存和發(fā)展,所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。
目前各企業(yè)都有大量的普通機床,完全用數(shù)控機床來替換根本不現(xiàn)實,而且替換下來的舊機床閑置起來又會造成浪費,要解決這些問題,應走普通機床的數(shù)控化改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)現(xiàn)代化進程看,機床的數(shù)控化改造也必不可少,數(shù)控改造機床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機床經(jīng)過數(shù)控改造,中小型企業(yè)則是74%,在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司,為世界各地提供機床數(shù)控化改造服務。因此,普通機床的數(shù)控化改造不但有存在的必要,而且大有可為,尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。
利用現(xiàn)有閑置的舊機床,通過數(shù)控化改造,使其成為一臺高效、多功能的數(shù)控機床,投資少、見效快,是一種盤活存量資產的有效方法,也是低成本實現(xiàn)自動化的有效方法,也是在短期內提高我國機床的數(shù)控化率的一條有效途徑。
另外對普通機床進行數(shù)控化改造有許多積極的意義:
1)節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用,大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3,即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用,并可以利用現(xiàn)有地基。
2)性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效,幾乎不會產生應力變形而影響精度。
3)提高生產效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化,效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多,且可以不用或少用工裝,不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。
4)可實現(xiàn)多工序的集中,提高了相關的加工精度,同時減少了零件在機床間的頻繁運轉。
5)可縮短新產品試制周期和生產周期,對市場需求做出快速反應。機床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎。
6)擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自檢功能,更好的調節(jié)了機床的加工狀態(tài)。還可以提示操作者機床故障或編程錯誤等機床運行中出現(xiàn)的問題。
1)根據(jù)數(shù)控化改造后車床所具備的功能,制訂了車床總體改造方案,并繪制了改造后車床總體布置圖;
2)為使改造后的車床主軸能夠實現(xiàn)無級變速、正轉、反轉以及停止等功能,本次改造采用了變頻器驅動主電機的方式,本文對主軸變頻器的選用做了相應的說明;
3)為使改造后的車床能夠加工螺紋,改造時,拆除原來的掛輪架部分,在機床Ⅹ軸伸出端安裝主軸脈沖編碼器,本文對脈沖編碼器的安裝方法作了簡要論述;
4)在利用聚四氟乙烯軟帶對原車床導軌貼塑的工作中,粘接工藝的好壞將直接影響改造后導軌的性能。本文對粘接工藝的控制作了簡要論述;
5)在電氣改造方面,設計了車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路圖,縱、橫向步進電機的計算和選型也作了詳細闡述;
[關鍵詞]開放式 機床數(shù)控技術 應用能力 學業(yè)評價
[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]B
一、引言
《機床數(shù)控技術》作為數(shù)控技術應用能力的培養(yǎng)中的一門主干課程,是一門綜合性很強的課程,涉及的內容廣泛,實踐性很強。主要介紹機床的數(shù)控原理、數(shù)控插補原理和數(shù)控加工,并通過相應的實驗增加感性知識。本課程主要進行數(shù)控技術應用能力的培養(yǎng),為數(shù)控技術的開發(fā)應用打下扎實的基礎,培養(yǎng)學生具備適應未來制造業(yè)工作需要的基本知識和能力。面對新世紀和知識經(jīng)濟時代的到來,高等學校更加重視對學生進行知識、能力、素質的全面教育[1]。
我校傳統(tǒng)的《機床數(shù)控技術》課程教學采取先理論教學,接著實驗教學,然后期末考試;學業(yè)評價方式單一,平時成績包括考勤、作業(yè)和實驗占總評30%,期末閉卷考試占70%。枯燥的理論和與實踐脫離的知識不能調動學生學習的興趣和積極性,課程教學需要改革;單一的學業(yè)評價模式嚴重打擊了學生學習的積極性,與能力培養(yǎng)不一致,不利于學生應用能力的培養(yǎng),學業(yè)評價亟待改革。
基于此,對數(shù)控技術應用能力培養(yǎng)進行了新的目標定位,即明確一條主線―――開放式的教學平臺和學業(yè)評價改革為導向,基于應用能力培養(yǎng)的教學改革。強化開放式的教學平臺和多元化的學業(yè)評價在數(shù)控技術應用能力培養(yǎng)中的重要性,最后以學業(yè)評價來測定或診斷學生是否達到能力培養(yǎng)的目標及達到目標的程度。
二、開放式教學平臺的構建
開放式教學平臺構建主要是在理論教學和實踐教學兩面進行開放。
(一)理論教學開放
理論教學包括教學內容和教學方法。本課程的教學內容不斷更新。理論教學減少理論性較強的論證分析和公式運用方面的教學內容,增加近年來的數(shù)字裝備設計與制造新技術的教學課時,使數(shù)控技術課始終和國內外制造技術發(fā)展同步。理論教學內容見表一。
在教學方法與手段改革方面,強調理論聯(lián)系實際,改變傳統(tǒng)的教學模式,例如數(shù)控技術可進行現(xiàn)場教學講解。大力加強多媒體技術在教學方面的應用,制作配套的網(wǎng)絡課件、電子教案、理論和實踐的助學課件,使用效果良好。
(二)實踐教學開放
實踐性教學精簡了一些不必要的驗證性實驗,使綜合性、設計性、創(chuàng)新性的實驗占到了實驗總量的60%以上,同時開設開放性的選作實驗。教學內容見表一。
開放實驗主要以學生自我創(chuàng)新為主,比如基于MasterCAM的數(shù)控加工,學生要利用三維造型軟件反復造型修改,再利用CAM加工軟件生成數(shù)控代碼和零件三維仿真加工,還要利用數(shù)控車或數(shù)控銑機床的加工仿真軟件進行數(shù)控機床的操作仿真和工件加工仿真[3,4]。通過驗證的數(shù)控程序源代碼,經(jīng)過反復校驗合格后才準許傳送到真正的數(shù)控機床進行實際加工。工件所用材料均為硬鋁合金,刀具、切削用量等均按實戰(zhàn)要求選擇使用。經(jīng)過此環(huán)節(jié)的訓練,學生無論是理論知識的融會貫通還是實戰(zhàn)技能和創(chuàng)新能力都獲得質的飛躍。
(三)學業(yè)評價模式開放
開放式的學業(yè)評價注重“為了每一個學生的發(fā)展”,采取發(fā)展性的評價模式[2]。
(1)過程考核:評價不僅僅停留在對錯上,更重要的是評價學生是怎樣思考的。因此,在評價時,要注意對學生的平日表現(xiàn)、學習習慣、學習能力進行評價。另外評價手段多樣化,采用教師評價、學生自評和小組評價相結合的形式,引導學生主動參與評價。過程考核體現(xiàn)對學生平時考勤,課堂運行和課后作業(yè)等幾個方面。該部分的總分=自評×20%+互評×20%+教師×20%+團隊×40%,考核成績計占學期總成績的30%。
(2)實踐操作考核:本課程是一門實踐性非常強的課程,實踐操作是檢驗理論學習,考核成績占總成績的20%。
(3)期末考核:在學期即將結束時進行,考查學生對知識與技能的綜合運用能力??己顺煽冇嬚紝W期總成績的50%。綜合能力的考核有兩種方式:一種是以課程設計的方式。它是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、解決實際問題能力的重要方式。這種考核方式適合學生學習興趣非常濃的同學,需要做全方位思考才能設計。另一種是傳統(tǒng)的閉卷考試??己顺煽冋伎偝煽兊?0%。
三、教學改革實施
在我院機制2009級機床數(shù)控技術的教學改革實踐過程中,同學們普遍反映教學調整改革后的課程體系體現(xiàn)了以能力培養(yǎng)為中心的指導思想。學完課程后,確實感到學到了真東西,學習更有了興趣,這使他們對畢業(yè)后參與市場競爭充滿信心。實驗教師也反映這屆學生在歷屆數(shù)控專業(yè)學生中能力最為突出。
四、結束語
通過開放式的教學模式的運行,提高了教學質量,但我院數(shù)控教學改革剛剛起步,在改革中還存在許多問題,如課程內容還需要不斷完善和優(yōu)化,教學軟硬件設施建設和立體化教材建設還需不斷加強,師資隊伍的水平和素質還需不斷提高,還需要與相關企業(yè)合作培養(yǎng)人才等。我們要在現(xiàn)階段教學改革的基礎上,進一步理清思路,明確方向,深化教學改革,提高人才培養(yǎng)質量,滿足社會發(fā)展需求。
基金項目:本文為湖北文理學院學院2012年校立教研項目,項目編號:JY201232。
[參考文獻]
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隨著社會生產力的發(fā)展,如今機床生產小批量或大批量機械零件、配件等,不再需要繁雜的一系列手動操作,取而代之的是數(shù)控機床。
【關鍵詞】
普通機床;數(shù)控技術;CAD/CAM
數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數(shù)字表示,通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現(xiàn)代機床控制技術的發(fā)展方向,是一種典型的機電一體化產品。
我國數(shù)控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代,通過“六五”期間引進數(shù)控技術,“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”,我國數(shù)控技術和數(shù)了相當大的成績。特別是最近幾年,我國數(shù)控產業(yè)發(fā)展迅速,1998~2004年國產數(shù)控產業(yè)取得數(shù)控機床產量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。
盡管如此,進口數(shù)控機床的發(fā)展勢頭依然強勁。有一大批高檔數(shù)控系統(tǒng)的國產市場完全依靠進口,這樣就會形成受制于人的局面。究其原因,國產中高端數(shù)控系統(tǒng)的差距主要表現(xiàn)在技術成熟度低、可靠性不高、質量不穩(wěn)定、精度不高,正因為如此,對于質量的保證才顯得尤其重要。
1 技術創(chuàng)新是提高國產數(shù)控機床水平的關鍵
國產數(shù)控機床缺乏核心技術,從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關鍵功能部件基本都依賴進口,即時近幾年有些國內制造商艱難的創(chuàng)新出了自己的品牌,但其產品的功能、性能的可靠性仍然與國外產品有一定差距,近幾年國產數(shù)控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術,但缺乏對機床結構與精度、可靠性、人性化設計等基礎性技術的研究,忽視了自主開發(fā)功能的培育,國產數(shù)控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大的差距,同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。
2 制造水平與管理手段依然落后
一些國產數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高,加工手段基本以普通機床與低效刀具為主,裝配調試完全靠收工,加工質量在生產進度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產數(shù)控機床制造商的生產管理依然沿用原始的手工臺帳管理方式,工藝水平和管理效率地下使得企業(yè)無法形成足夠生產規(guī)模。如果外機床制造商能做到每周裝調出產品,而國內的生產周期過長且很難控制。因此我們在引進技術的同時應注意加強自身工藝技術改造和管理水平的提升。
3 服務水平與能力欠缺也是影響國產數(shù)控機床占有率的重要因素
由于數(shù)控機床產業(yè)發(fā)展迅速,一部分企業(yè)不過長遠利益,對提高自身的綜合服務水平不夠重視,甚至對服務缺乏真正的理解,只注重推銷而不注重售前與售后服務。有些企業(yè)派出的人員在對生產的數(shù)控機床缺乏足夠了解,不會使用或使用不好數(shù)控機床,更不能指導用戶使用好機床;有的對先進高效刀具缺乏基本了解,不能提供較好的工藝解決方案,用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務應從研究用戶的加工產品、工藝、生產類型、質量要求入手,幫助用戶進行設備選型,推薦先進工藝與工輔具,設備專業(yè)的培訓人員和良好的培訓壞境,幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質量的最終產品,這樣才能逐步得到用回的認同,提高國產數(shù)控機床的市場占有率。
4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度
從我國數(shù)控機床的發(fā)展形勢來看需要三種層次的數(shù)控技術人才:第一種是熟悉數(shù)控機床的操作機加工工藝、懂得簡單的機床維護、能夠進行手工或自動編程的車間技術操作人員:第二種是熟悉數(shù)控機床機械結構及數(shù)控系統(tǒng)軟件知識的中級人才,要掌握復雜模具的設計和制造知識,能夠熟練應用UG、PRO/E等CAD/CAM軟件,同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并累計了大量的實踐經(jīng)驗;第三種是精通數(shù)控機床結構設計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設計、能夠進行數(shù)控機床產品開發(fā)及技術創(chuàng)新的數(shù)控技術高級人才。我國應根據(jù)需要有目標的加大人才培養(yǎng)力度,為我國的數(shù)控機床產業(yè)提供強大的技術人才支撐。
數(shù)控機床相對于普通機床,有諸多優(yōu)點。就加工精度而言,數(shù)控機床是精密機械和自動化技術的綜合體。 機床的數(shù)控裝置可以對機床運動中產生的位移、 熱變形等導致的誤差,通過測量系統(tǒng)進行補償而獲得很高且穩(wěn)定的加工精度。 由于數(shù)控機床實現(xiàn)自動加工,所以減少了操作人員素質帶來的人為誤差,提高了同批零件的一致性。就生產效率而言,相對普通機床,數(shù)控機床的效率一般能提高 2~3 倍、甚至十幾倍。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:①一次裝夾完成多工序加工, 省去了普通機床加工的多次變換工種、工序間的轉件以及劃線等工序。②簡化 了夾具及專用工裝等,由于是一次裝夾完成加工。 所以普通機床多工序的夾具省去了,即使偶爾必須用到專用夾具。 由于數(shù)控機床的超強功能夾具的結構也可簡化。
但數(shù)控機床也存在著諸多不足。數(shù)控機床較為復雜,當機床發(fā)生故障時會導致工作癱瘓,無法正常運行。數(shù)控機床故障的發(fā)生頻率高低,故障原因等可以評定數(shù)控機床質量的好壞,通過多年來對遍布全國的汽車,航天, 兵工、 動力和通用機械等行業(yè)的數(shù)十家機床用戶進行調查發(fā)現(xiàn):裝有國外數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床,數(shù)控系統(tǒng)(含伺服單元)故障數(shù)占整臺機床故障總數(shù)的 21.8%,國外數(shù)控系統(tǒng)故障部位主要是進給運動控制單元,實時數(shù)據(jù)庫,電氣系統(tǒng) 以及 CNC 電源故障等。其故障模式涉及面也很廣。其中多發(fā)的故障模式是元器件損壞、CNC 參數(shù)設定錯誤,加工環(huán)境濕度太大或灰塵太大、元器件性能參數(shù)下降,軟件故障、外部干擾引起數(shù)據(jù)丟失或混亂等。國產數(shù)控系統(tǒng)的故障部位也是多方面的,主要為進給驅動單元,主板、數(shù)控面板、檢測單元、其它硬件(多功能板)。電源及電氣系統(tǒng)等。其中最頻繁的故障模式是元器件損壞、元器件功能喪失軟件故障(CNC 參數(shù)錯誤等)、伺服系統(tǒng)設計不合理,元器件性能參數(shù)下降和線路,電纜連接不良等。 由此可見,無論是國外數(shù)控系統(tǒng)還是國產數(shù)控系統(tǒng),都是數(shù)控機床的重要故障源之一,都會對機床整機造成停機損。
5 結束語
目前,無論是國外還是國內數(shù)控機床的質量問題或多或少都存在著,換言之, 數(shù)控機床的可靠性增長技術還有待進一步的研究。降低數(shù)控機床的故障率,在可靠性摸底和故障分析的基礎上進行多方面的有針對性的可靠性改進。在市場競爭日趨激烈的今天,如何提高可靠性及可靠性的好壞是數(shù)控產業(yè)的關鍵所在。
【參考文獻】
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關鍵詞:數(shù)控機床;電氣控制技術;設計方法
1 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)
隨著計算機技術與數(shù)控技術的深入發(fā)展及生產工藝的更新?lián)Q代,數(shù)控機床電氣控制技術逐步形成獨立的體系,同時也成為數(shù)控機床設計的關鍵部分。若想實現(xiàn)數(shù)控機床的安全可靠性及生產效率與加工精度的提高,必須加強對數(shù)控機床電氣控制原理及設計方法的研究。本文結合某立式加工中心的實際情況,著重介紹數(shù)控機床電氣控制技術及設計方法。該立式加工中心的電氣控制系統(tǒng)主要由βis系列交流進給伺服電機組、βi交流主軸伺服電機、SVPM及FANUC Oi-Mate-MC CNC系列數(shù)字交流伺服模塊組成,其中SVPM屬進給伺服模塊、主軸伺服模塊、電源模塊一體型設計,由此對串行主軸及進給軸進行驅動,進而體現(xiàn)出性價比高、結構緊湊等優(yōu)點。
2 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設計
數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)具有控制原理復雜的特點,因此數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設計表現(xiàn)出顯著的復雜性。該立式加工中心的電氣控制系統(tǒng)設計主要采用模塊化的思路,即把電氣控制系統(tǒng)劃分成參數(shù)設置、PLC程序、硬件電路三大模塊再從控制功能角度把此三大模塊劃分成若干小模塊,由此實現(xiàn)設計工作效率與品質的提高。主要從硬件電路、PLC程序、參數(shù)設置三方面淺析數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設計。
2.1 硬件電路
該立式加工中心的電氣控制主要以FANUC Oi-Mate-MC CNC為基礎。硬件電氣控制設計從控制功能角度具體劃分成若干小模塊,例如交流主傳動電路、交流進給傳動電路、刀具交換裝置轉動電路、急停監(jiān)控保護電路、整流裝置電路、機床操作板電路、電源電路、NC/PLC連接電路及、冷卻、通風裝置電路等。著重從下列方面淺析硬件電路的設計問題。
2.1.1 電源電路。電源電路要求根據(jù)所有控制裝置的相關要求完成電源設計,即伺服驅動模塊與模塊風機由源自伺服變壓器的220V實現(xiàn)供給;控制回路的接觸器由源自控制變壓器的110V實現(xiàn)供給;Z軸制動器與電磁閥由27V經(jīng)整流器整流后輸出的-24V實現(xiàn)供給;控制變壓器輸出的220V具體分成兩路,其中數(shù)控機床的電氣箱冷氣機與床身電機由某電路直接實現(xiàn)供給,伺服模塊、CNC、直流繼電器由剩余電路經(jīng)開關電源后輸出的-24V實現(xiàn)供給。
2.1.2 交流主傳動電路。該立式加工中心對主軸的控制要求具體包括:較寬范圍內相關速度必須具有連續(xù)可調性;不管采取何種速度,均可提供足夠的轉矩與功率,由此滿足切削所需;啟動、制動、正傳、反轉、準停均可反復實現(xiàn);刀具的自動裝卸能夠有效實現(xiàn),以滿足換刀自動化。0~6000r/min范圍內,該立式加工中心的主軸均可實現(xiàn)無級調速,此外主軸電機的內置編碼器可實現(xiàn)對主軸速度、主軸位置進行檢測,同時主軸閉環(huán)速度主要由主軸控制部分實現(xiàn)控制,但準停期間要求實現(xiàn)閉環(huán)位置控制。與此同時,經(jīng)CNC內置的PLC可把主軸的實際工作狀態(tài)傳輸至CNC,由此實現(xiàn)對主軸的各項功能進行控制。
2.1.3 交流進給傳動電路。進給系統(tǒng)的整體性能對整機的精度指標與運行狀態(tài)起著直接性的影響,同時進給系統(tǒng)主要完成該立式加工中心直線坐標軸的定位與切削供給。該立式加工中心進給系統(tǒng)主要采用半閉環(huán)控制方式,其中電機與脈沖編碼器同軸,同時對速度與位置進行反饋;X/Y/Z軸滾珠絲杠與伺服電機采取副直聯(lián)驅動,由此使伺服系統(tǒng)的各種非線性環(huán)節(jié)均外置閉環(huán),例如,傳動裝置間隙、絲杠剛度、摩擦阻尼等,進而實現(xiàn)數(shù)控機床電機控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高,此外X/Y/Z方向支承導軌全部采用直線滾動導軌,其中直線滾動導軌具有摩擦力小、剛性高、定位精度高、軸移動速度(24m/min)快等優(yōu)點。
2.1.4 急停與監(jiān)控保護電路。急停與監(jiān)控保護電路要求對電機過載檢測(刀庫電機、電機、冷卻電機、機械手電機)、數(shù)控機床緊急停止、機床站的油位與壓力檢測、伺服變壓器過熱檢測等環(huán)節(jié)及機床運行的異常警示指示進行設計。實踐證實,上述電氣控制保護措施的有效落實對提高數(shù)控機床運行安全可靠性意義重大。
2.2 PLC程序
PLC程序往往被看作數(shù)控機床電氣控制的關鍵性部分,其中數(shù)控機床的PLC程序可達到幾十毫秒~幾百毫秒的處理時間,此速度完成能夠滿足絕大多數(shù)信息處理的要求,但就某些對響應速度要求較高的信號而言,此處理速度亦存有某些局限性。鑒于此,該立式加工中心把PLC程序設計劃分成低級程序與高級程序兩大部分,其中從控制功能角度把低級程序劃分成若干模塊進行編制,例如三大直線軸(如快速、進給、回參考點等)、主軸(如變檔、正反轉、換刀、定向等)、各種電動機(如冷卻、等)及操作面板。該立式加工中心采用X軸+向運行的部分PLC控制程序,具體見圖1。
備注:F94.0-參考點到達信號;R8.0-X軸選擇信號;X26.4-X軸+向選擇按鈕
圖1 X軸+向運行的部分PLC控制程序
2.3 參數(shù)設置
參數(shù)是指以完成機床各種功能及數(shù)控系統(tǒng)與機床結構的匹配所設置的各種數(shù)值,所以必須以上述硬件電路設計及PLC程序設計為基礎,同時以該立式加工中心各項功能與結構的具體要求為依據(jù),對數(shù)控機床的各項參數(shù)(如驅動參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)等)進行設置,由此實現(xiàn)數(shù)控機床整體性能的最大化發(fā)揮及數(shù)控機床的正常使用。
3 結束語
綜上所述,數(shù)控機床的生產效率及整體質量與電氣控制系統(tǒng)的形式與整體控制能力間關系密切。本文結合某立式加工中心的實際情況,詳細闡述了數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的設計。實踐證實,上述模塊化設計思路對實現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)運行可靠性的提高、故障率的降低、加工效率的提高及整體工作性能的改善意義重大,因此本文所述設計方法能夠滿足實際生產的要求,值得類似加工中心借鑒。
參考文獻
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關鍵詞:數(shù)控機床;新技術;趨勢
0 引言
在世界經(jīng)濟一體化進程加快的影響下,各個國家間呈現(xiàn)出越來越激烈的競爭,并且這為企業(yè)的良好發(fā)展提供了契機,尤其是制造行業(yè)應當把握住機會實現(xiàn)更好的發(fā)展。應用數(shù)控機床技術促進了制造行業(yè)的發(fā)展,數(shù)控機床技術的特點是質量高、生產效率高,因此能夠為企業(yè)帶來理想的經(jīng)濟效益。
1 數(shù)控機床的組成部分和特點
通常而言,數(shù)控機床的組成部分是:(1)主機,其屬于數(shù)控機床的主體,數(shù)控機床的機械部件是主軸、立柱、機床身等,其作用是為了對機械部件進行切削加工;(2)數(shù)控設備,其屬于數(shù)控機床的核心部分,主要有軟件和硬件(紙帶閱讀機、鍵盒、CRT顯示器、印刷電路板),用以將數(shù)字化零件程序輸入,且存儲輸入信息、插補運算、變換數(shù)據(jù),以及進行一系列的控制;(3)驅動設備,其屬于數(shù)控機床執(zhí)行的驅動部分,主要有進給電機、主軸電機、進給單元,以及驅動單元組成?;跀?shù)控設備的控制,借助電液伺服系統(tǒng)或電氣完成進給與主軸驅動。在幾個進給聯(lián)動的情況下,能夠加工空間曲線、平面曲線、直線,定位;(4)輔助設備,其指的是數(shù)控機床的一部分配件,確保數(shù)控機床的監(jiān)測、照明、、排屑、冷卻等,這主要有監(jiān)控檢測設備、刀具設備、數(shù)控分度頭、數(shù)控轉臺、交換工作臺、排屑設備、氣動設備,液壓設備等等;(5)編程和其它的一些附屬裝置,其主要作用是存儲和編制零件程序。
在數(shù)控單元當中包括數(shù)控機床的監(jiān)控與操作部分,其屬于數(shù)控機床的核心。相比較于普通的機床,數(shù)控機床的特點是:(1)生產效率高(通常是普通機床的幾倍)、機床的剛性大,精度高;(2)加工精度高、加工質量穩(wěn)定;(3)機床的自動化能力強、能夠使工人的勞動強度減輕;(4)能夠實施多坐標聯(lián)動,可以對復雜形狀的零件進行加工;(5)在改變加工零件的情況下,通常僅僅要求對數(shù)控程序進行改變,如此能夠使生產準備的時間減少;(6)需要操作工作者和維修工作者都具備較高的素質。
2 數(shù)控機床新技術的特性
(1)在數(shù)控機床中應用新型智能化的機器人。在最初的階段,智能機器人的工作主要是裝卸搬運,在日益進步的科學技術影響下,新型的智能機器人業(yè)已具備視覺與觸覺的功能,可以憑借感官完成一些人工方面的事項。應用一些智能機器人不但使大量的物力和人力節(jié)省,而且也使大量的費用減少。
(2)復合加工技術的應用。復合加工業(yè)已由初期的鉆、車等加工步驟向加工齒面、削磨內外圓,以及表面助理轉變。
(3)直驅技術的應用。功率和扭矩較大的直線點擊重點用在重載機床與高速機床,這不但使高定位精度和快速度實現(xiàn),而且力矩電機會代替普通的機械傳動。在國際機械制造領域當中,業(yè)已出現(xiàn)相似的成功例子,接下來的發(fā)展就是推廣與普及。
(4)應用綠色機床技術。學術界很長一段時間以來探究的重點就是綠色機床。在注重數(shù)控機床高精度和高速度的過程中也應當重視它的環(huán)保性。機床的環(huán)保會對人們的健康產生直接性的影響,怎樣節(jié)能減排以及確保工作者身體健康以及提高工作效率,這是綠色機床的根本所在。
3 數(shù)控機床技術的發(fā)展趨勢
(1)高精度。各個工業(yè)大國都十分注重提升數(shù)控機床的加工精度,通常來講,數(shù)控機床的加工精度涵蓋數(shù)控機床生產的幾何精度和數(shù)控機床應用的加工精度。在提高數(shù)控機床穩(wěn)定性以及應用補償技術和輔助策略的基礎上能夠大大地提高數(shù)控機床的精度。
(2)高穩(wěn)定性。針對數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床的制造商來講,其非常重視的一個問題是數(shù)控機床的穩(wěn)定性,如果一臺數(shù)控機床的穩(wěn)定性能非常高,就會使數(shù)控機床的事故率大大地降低,這不但有利于制造工作的順利進行,而且有利于生產效率的大大提升。為此,衡量數(shù)控機床質量的一個關鍵性指標是數(shù)控機床的穩(wěn)定性。
(3)高效性。具體來講,高效性是指大大地提高數(shù)控機床的運行速度,這一是能夠確保產品的質量,實現(xiàn)運行效率的提升,二是能夠使投入的費用降低,在生產的過程中普遍性地應用零件的高速加工。
(4)智能化。針對各種領域的生產過程而言,一致的理想是智能化。應用一種模擬網(wǎng)絡化監(jiān)控與數(shù)字化網(wǎng)絡技術,憑借電子計算機編制本來人工操作的運行程序為一種既定的模式,且以機器控制代替人力控制的方法就是智能化加工。通常而言,應用智能化重點包括智能維修、智能分析,以及智能監(jiān)控。
(5)網(wǎng)絡化。網(wǎng)絡化數(shù)控機床的網(wǎng)絡化又稱“e-制造”,是把數(shù)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡控制,在計算機上操作使用,虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件,正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。
4 結論
總之,數(shù)控加工技術對于制造業(yè)的重要性不言而喻, 其對一國經(jīng)濟、國防、綜合實力和國際地位的推動作用是十分突出的。針對制造領域的重要性來講,數(shù)控加工技術舉足輕重。其有利于國家綜合實力、國防經(jīng)濟,以及國際地位的提升,當前形勢下,一個非常顯著的問題是我國的制造領域的發(fā)展不夠先進,依舊滯后于西方發(fā)達國家,這就要求進一步地探究數(shù)控加工這種機械制造技術。在對新型技術引進的過程中也應當不斷地創(chuàng)新,進而不再依賴于發(fā)達國家的數(shù)控技術,自主研發(fā)有著國際先進能力的數(shù)控機床技術,從而使我國逐步地轉變成為世界性的制造業(yè)強國。
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數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革,由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。我國數(shù)控機床制造業(yè)在上世紀80年代曾有過高速發(fā)展的階段,許多機床廠從傳統(tǒng)產品實現(xiàn)向數(shù)控化產品的轉型。但總地來說,技術水平不高,質量不佳,在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉移調整,經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時期,那時生產能力降到50%,庫存超過4個月。從1995年“九五”以后國家從擴大內需啟動機床市場,加強限制進口數(shù)控設備的審批,投資重點支持關鍵數(shù)控系統(tǒng)、設備、技術攻關,對數(shù)控設備生產起到了很大的促進作用,尤其是在1999年以后,國家向國防工業(yè)及關鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金,使數(shù)控設備制造市場一派繁榮。我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構,只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù),無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修CAD/CAM中的設定量,因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見,傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構,限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展,已不適應日益復雜的制造過程,因此,對數(shù)控技術實行變革是當今工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。
其主要性能表現(xiàn)在:(1)高速高精高效化。速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng),同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施,機床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化。包含兩方面:數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性,數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計,功能覆蓋面大,可裁剪性強,便于滿足不同用戶的需求;群控系統(tǒng)的柔性,同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產流程的要求,使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整,從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復合性和多軸化。以減少工序、輔助時間為主要目的的一種復合加工,正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后,通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施,完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸,西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。(4)實時智能化。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。
功能上的改進:(1)用戶界面圖形化。用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同,因而開發(fā)用戶界面的工作量極大,用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用,人們可以通過窗口和菜單進行操作,便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。(2)科學計算可視化??茖W計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息??梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合,進一步拓寬了應用領域,如無圖紙設計、虛擬樣機技術等,這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。(3)多媒體技術應用。多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體,使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術領域,應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化,在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備的故障診斷、生產過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。
關鍵詞:數(shù)控;機械;制造;應用
中圖分類號:TG659 文獻標識碼:A
數(shù)控技術的水準、擁有和普及程度已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步,生產與自動化的觀念逐漸深入人心。數(shù)控設備已遍布全世界,不僅工業(yè)發(fā)達國家已廣泛采用,而且連發(fā)展中國家也大量采用。機械制造業(yè)是當前發(fā)展最快的行業(yè)之一,作為當代制造業(yè)的重要工具,數(shù)控機床在各個領域中廣泛應用,越來越重要。準確掌握數(shù)控加工的概念和數(shù)控機床的特點,以理論和實踐相結合的方法及時探索和總結數(shù)控機床的使用和維護的一些規(guī)律。
1 數(shù)控加工技術具有如下特點
1.1 生產效率高
由于計算機技術突飛猛進的發(fā)展,給數(shù)控設備提供了良好的技術基礎。在現(xiàn)今科技發(fā)達的社會中,數(shù)控加工技術是重要組成部分,在現(xiàn)代模具制造業(yè)中具有重要作用。目前掌握先進的數(shù)控加工技術是模具專業(yè)人才適應社會飛速發(fā)展的關鍵,所以掌握數(shù)控加工特點與工藝顯得尤為重要。它不但可以減輕操作者的勞動強度, 精確加工傳統(tǒng)機床無法處理的復雜零件,有效提高加工質量和效率,而且也為改變傳統(tǒng)機械行業(yè)的生產模式帶來進步,同時也為人們的工作模式帶來變革。而且還可以改善工人們的勞動條件。另外,數(shù)控機床加工足能再一次裝夾中加工多個加工表面,一般只檢測首件,所以可以省區(qū)普通機床加工時的不少中間工序,如劃線、尺寸檢測等,減少了輔助時間,其綜合效率明顯提高。
1.2 有利于生產管理的現(xiàn)代化,有利于經(jīng)濟效益的提高
當前,以微電子技術和計算機技術為基礎的數(shù)控技術,將機械技術、現(xiàn)代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網(wǎng)絡通信技術和成組技術等有機地結合在一起,使機器制造行業(yè)的生產方式和機器制造技術發(fā)生了深刻的、革命性的變化。眾所周知,數(shù)控機床的應用不僅大大提高了機械加工性能,而且有利于生產管理的現(xiàn)代化,有利于經(jīng)濟效益的提高。機床數(shù)控化改造可降低采購數(shù)控機床的成本,為企業(yè)節(jié)約資金。且加工出的零件質量穩(wěn)定,為后續(xù)工序帶來方便。例如,數(shù)控技術加工質量穩(wěn)定、可靠,一致性好。加工同一批零件,在同一機床,在相同加工條件下,使用相同刀具和加工程序,刀具的走刀軌跡完全相同,零件的一致性好,質量穩(wěn)定,經(jīng)濟效益高。
1.3 加工精度高
數(shù)控機床在機械制造業(yè)中得到日益廣泛的應用,是因為它有效地解決了復雜、精密、小批多變的零件加工問題,能滿足高質量、高效益和多品種、小批量的柔性生產方式的要求,適應各種機械產品迅速更新?lián)Q代的需要。同時,由于在數(shù)控機床加工過程中,是用數(shù)字程序控制實現(xiàn)自動加工,操作人員并不參與,所以消除了操作者的人為誤差,工件的加工精度全部由數(shù)控機床保證。且加工誤差還可以由數(shù)控系統(tǒng)通過軟件技術進行補償校正。同時,由于數(shù)控加工采用工序集中,減少了工件多次裝夾對加工精度的影響。較容易保證一批零件尺寸的一致性,只要上藝設計和稃序正確合理,加之精心操作,就可以保證零件獲得較高的加工精度。因此,采用數(shù)控加工可以提高零件加工精度和產品質量。
2 數(shù)控機床在機械制造業(yè)的應用
2.1 控制金屬切削機床
當今機床行業(yè)的計算機數(shù)控化已成為技術進步的大趨勢。數(shù)控機床是電子信息技術和傳統(tǒng)機械加工技術結合的產物,它集現(xiàn)代精密機械、計算機、通訊、液壓氣動、光電等多學科技術為一體,具有高效率、高精度、高自動化和高柔性的特點。機床數(shù)控系統(tǒng)、質量與精度、零部件的材料性能等各項技術參數(shù),是以各加工工位、上序的具體技術要求,分解成各個單一的技術指標,因而機床結構相對簡潔、數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,其加工技藝數(shù)據(jù)庫固化存數(shù)控系統(tǒng)中。而金屬切削是研究金屬切削加工過程中刀具與工件之間相互作用和各自的變化規(guī)律的一門學科。在設計機床和刀具、制訂機器零件的切削工藝及其定額、合理地使用刀具和機床以及控制切削過程時,都要利用金屬切削原理的研究成果,使機器零件的加工達到經(jīng)濟、優(yōu)質和高效率的目的。
2.2 適合數(shù)控機床小批量加工的零件
隨著數(shù)控機床制造成本的逐步下降,能縮短程序的調試時間和工裝的準備時間也是提高效益的一種方式。如今,現(xiàn)代制造技術的發(fā)展,小批量生產型企業(yè)選用數(shù)控設備已是大勢所趨。對機床數(shù)控系統(tǒng)、質量與精度、零部件的材料性能等各項技術參數(shù),是以各加工工位、上序的具體技術要求,分解成各個單一的技術指標,因而機床結構相對簡潔、數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,其加工技藝數(shù)據(jù)庫固化存數(shù)控系統(tǒng)中。同時,積極引進數(shù)控機床,小批量生產型企業(yè)的規(guī)?;a將給企業(yè)帶來更大的發(fā)展后勁。數(shù)控機床的應用最充分的足在零部件自動生產線高速加工技術領域的應用,一些小批量生產型企業(yè)的CMT,在引進多條數(shù)控零部件加工生產自動線,可以使CMT加工制造得到發(fā)展。對機床數(shù)控系統(tǒng)、質量與精度、零部件的材料性能等各項技術參數(shù),是以各加工工位、上序的具體技術要求,分解成各個單一的技術指標,因而機床結構相對簡潔、數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,其加工技藝數(shù)據(jù)庫固化存數(shù)控系統(tǒng)中。
2.3 數(shù)控機床的自動生產線技術應用
數(shù)控機床的使用不是簡單的使用設備,是一項技術性很強的應用工程。在機床產品,尤其是高端機床產品中,自動化技術與產品幾乎作用于從控制機構、執(zhí)行機構到測量與反饋機構的各個部分,而目前這些應用于機床及機床生產線的各種自動化產品,幾乎都在發(fā)生著推陳出新的變革。關鍵零件的多數(shù)加工工藝突破了傳統(tǒng)機加工理念,其高速專用數(shù)控機床也突破了傳統(tǒng)結構設計形式。同時,作為中高端機床的控制中心,數(shù)控系統(tǒng)包含了智能技術、運動控制、自診斷等多方面的技術,多軸多系統(tǒng)的數(shù)控裝置已紛紛被研發(fā)出來并投入應用。伺服驅動器和電機也同樣向數(shù)字化、交流化和智能化的方向不斷發(fā)展。伺服系統(tǒng)的控制方式,也逐漸由常規(guī)信號型向總線型過渡。
結語
總之,數(shù)控機床的應用已日益廣泛,如何“用好、管好、維護好”數(shù)控機床已成為亟待解決的重要問題。因此,只有科學的管理,充分了解數(shù)控機床的特點,協(xié)調好各生產環(huán)節(jié)的平衡,才能真正發(fā)揮出它的經(jīng)濟效益。
參考文獻
關鍵詞:數(shù)控技術方向 數(shù)控機床編程 職業(yè)能力 培養(yǎng)模式
隨著數(shù)控技術及其數(shù)控機床的廣泛應用,社會對其相應技術人才的需求量越來越多,而且對數(shù)控類人才的要求也越來越高。因此,數(shù)控技術人才的培養(yǎng)是一件非常重要,而且也是一項極其艱巨的任務。
數(shù)控技術職業(yè)能力培養(yǎng)及其培養(yǎng)模式是近年來一直被關注的問題。本文對機械設計制造及其自動化專業(yè)數(shù)控技術方向(以下簡稱數(shù)控技術方向)職業(yè)能力培養(yǎng)及其教學模式,其中主要對數(shù)控機床編程及其操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)作些探討。
一、以人才市場需求為依據(jù),確定學生數(shù)控技術方向能力結構
隨著數(shù)控技術在各個領域的應用和應用領域的不斷深入和擴大,社會對數(shù)控類人才的需求情況在不斷變化,不僅是需求種類,而且對數(shù)控人才的質量要求都在不斷變化。根據(jù)各種市場需求信息,數(shù)控技術方向相關就業(yè)類型有:數(shù)控機床設計制造,數(shù)控設備的操作使用,數(shù)控設備的調試與維護,數(shù)控工藝人員及數(shù)控程序調試員,數(shù)控設備及其零部件的生產管理與營銷等。同時,數(shù)控技術方向相關各類人才十分短缺,大型數(shù)控設備和特種數(shù)控設備的操作使用等方面的人才尤為缺乏。據(jù)2008年有關部門統(tǒng)計,未來5年上海市全市的“灰領”人才缺口將達到50萬人次。
學生通過在校的四年學習之后,將一一步入社會,因此,學生能力結構應與市場需求相吻合。作為數(shù)控技術方向職業(yè)能力,主要有:數(shù)控機床設計能力、數(shù)控機床編程和操作控制能力、機械識圖及計算機輔助設計繪圖能力、計算機輔助編程與制造能力、PLC控制編程及其機床維護能力、數(shù)控技術方向相關生產管理及營銷能力等。其中,數(shù)控機床編程及其操作控制能力,主要又可分為:識圖能力、工藝設計能力、數(shù)控編程能力、數(shù)控機床操作使用能力和零件數(shù)控加工質量控制能力。
二、以數(shù)控機床編程與操作控制能力為核心的課程建設
作為技術應用型本科,以技術能力培養(yǎng)為主線開展教學非常重要。在建立課程體系和進行技能培養(yǎng)模式探討時,應該尊重教育規(guī)律,重視技術應用。首先,必須強調實踐環(huán)節(jié)教學,以提高學生分析和解決實際問題的能力。其次,注意課程設置的科學性、實用性,在安排課程上采用逆向手法,即以培養(yǎng)目標為導向,確定能力模塊和與能力相關的理論課程和實踐課程,確定主要專業(yè)課,然后以專業(yè)課為主線,科學地設置相關專業(yè)基礎課及其他相關課程,其中每門課的設置都應該符合能力模塊的需要。同時在課程設置時,應注意知識結構和學生的知識積累,應處理好每門課之間的內在關系,避免重復教學。表1為數(shù)控技術方向數(shù)控機床編程與操作控制能力分解與開設課程之間的對應關系。
表1 數(shù)控機床編程與操作控制能力分解及其相關課程
數(shù)控機床編程與操作控制能力是機械設計制造及其自動化專業(yè)數(shù)控技術方向重要能力之一,其技術含量高,核心課程內容包括:機械制造技術基礎、機械制造裝備設計、數(shù)控機床與編程等。主要就業(yè)方向如表1所示。表中還列出了數(shù)控機床編程與操控制作能力及其相關證書、主要課程等。
由上可見,數(shù)控技術方向學生培養(yǎng)目標應該是既懂數(shù)控機床操作,又能識圖繪圖,又能根據(jù)工藝要求編寫零件數(shù)控加工程序乃至進行數(shù)控加工和質量控制,又對數(shù)控設備的維護有所了解的“灰領”人才。下面主要圍繞數(shù)控技術方向數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)進行討論。
三、促進數(shù)控機床編程與操作控制能力提高的教學改革
在數(shù)控技術方向的多個能力模塊中,數(shù)控機床編程和操作控制能力是重點能力之一。為了提高數(shù)控機床編程和操作控制能力,同時在教學過程中取得良好的教學效果,我們做了各方面的舉措和嘗試。
數(shù)控機床編程和操作控制能力的提高,可以通過識圖能力、工藝設計能力、數(shù)控編程能力和零件數(shù)控加工質量控制能力等的提高來實現(xiàn)。為把學科發(fā)展和職業(yè)能力培養(yǎng)與市場需求、技術應用掛鉤,將組織學生參加國家勞動保障部職業(yè)技能鑒定中心相關職業(yè)技能證書考試作為教學目標的一部分納入教學計劃。
1.整合教學內容,提高學生識圖繪圖能力
機械識圖繪圖能力培養(yǎng)是數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)技能培養(yǎng)的重要內容之一。進行機械制圖及其CAD教學,安排CAD實訓,通過讓學生讀解和繪制各種零件圖、裝配圖,不只是能讓學生掌握AutoCAD操作系統(tǒng)的使用,更重要的可以提高學生機械識圖和計算機輔助設計繪圖的能力。
為了提高機械讀圖或識圖能力,在識圖繪圖能力培養(yǎng)相關課程的學習期間,安排1~2周的車工、鉗工等內容的認識性傳統(tǒng)金工實習,由此將零件圖與加工聯(lián)系在一起,非常有助于識圖繪圖能力的提高。同時,通過安排實訓和適當?shù)呐嘤?,組織學生參加CAD認證考試,可以增強學生對職業(yè)技能的認知度。
2.加強數(shù)控工藝教學,提高學生加工工藝編制能力
實現(xiàn)數(shù)控加工,編程是關鍵。然而在編程前,首先要求學生了解工件、刀具、切削機床和夾具工藝系統(tǒng)四要素,同時編制出數(shù)控工藝。工藝系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)是一項極其長期的任務。
通過開設機械制造技術、機械制造工藝及其裝備、數(shù)控加工工藝等課程,使學生學習到有關工藝方面的理論知識。同時,通過開設金工實習和專門的工藝系統(tǒng)設計訓練課,培養(yǎng)學生的工藝系統(tǒng)設計能力。主要內容包括:圖樣分析,加工工藝方案設計,工藝規(guī)程編制,刀具或刀具系統(tǒng)的設計或選擇,工藝裝備的設計,等等。
學生在校期間,開始進入相關工藝知識的學習,同時通過各種工藝編制實踐環(huán)節(jié)的學習,不斷得到工藝設計能力的培養(yǎng)。隨著數(shù)控工藝教學的不斷深入,進一步按照數(shù)控工藝師考試的要求,針對典型案例進行數(shù)控工藝編制訓練,組織學生參加數(shù)控工藝師認證考試。
3.改革數(shù)控編程教學模式,提高學生數(shù)控機床編程能力
與機械識圖能力和工藝編制能力息息相關的數(shù)控機床編程能力是數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)技能中另一重要能力之一。要加工出合格的零件,就需要編制出可行的數(shù)控加工程序。而學生數(shù)控機床加工程序編制能力的培養(yǎng)則有其獨特的地方。數(shù)控機床編程課是一門操作性比較強的課程,在該門課的教學過程中,理論環(huán)節(jié)與實踐環(huán)節(jié)是不可分割的。
以往的授課形式,理論課和實訓課相互獨立,實訓課一般安排在理論課完全結束之后進行。然而,這樣做,學生對課堂內容難以理解和接受,理論學的枯燥無味,進入實訓課時能想起的寥寥無幾,導致重復教學過多,課時浪費較多,教學效率低下。
為了提高數(shù)控機床編程教學效果,改變以往理論滿堂灌的填鴨式教學形式,把理論教學與學生實際動手緊密結合起來。編程能力的提高,最終離不開操作使用數(shù)控機床。然而,由于數(shù)控機床的昂貴和操作使用上的安全性,學習編程理論初期,不便直接在數(shù)控機床上進行。為此,我們引進實驗課,即在理論課教學中安排實驗教學。這樣做改變了傳統(tǒng)的教師一味地講,學生一味地聽的教學慣例,學生變被動為主動,直接參與到教學中來,學生與教師共同完成教學任務。
所謂實驗課就是利用數(shù)控編程軟件直觀地認識和理解各個數(shù)控指令,并運用各種數(shù)控指令編寫數(shù)控程序。數(shù)控實驗以作業(yè)或課題的形式布置給學生,讓學生自行完成,要求書寫實驗報告。在編制某種零件的加工程序時,會遇到各種問題,同學需要找出原因并加以解決。在實驗過程中教師只起到輔助作用。這種方法,教、學、練交叉進行,學一學練一練,效果很好。
四、圍繞數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)技能教育,切實搞好實踐基地建設
通過金工實習,學生已經(jīng)基本掌握了一般機床的操作使用方法。再通過以上各個環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng),學生已具有基本編制典型形狀特征零件程序的能力。但由于還停留在模擬階段,所以必須實際上數(shù)控機床進行實戰(zhàn)數(shù)控機床編程和操作控制能力訓練。在掌握數(shù)控操作技能的同時,進行零件分析,編制數(shù)控加工工藝路線,編制數(shù)控加工程序并進行調試,最后加工出尺寸精度和表面質量等都合格的零件。
同時,為了檢驗學生數(shù)控機床編程及其操作控制能力是否能適應市場,在學生綜合學習理論與實際知識的前提下,通過大量典型零件的編程練習,安排統(tǒng)一的課題進行實戰(zhàn)編程與操作訓練,最后組織學生參加數(shù)控機床工職業(yè)技能認證考試。
然而,要全面提高數(shù)控機床編程及其操作控制能力,進行數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力培養(yǎng),就離不開數(shù)控技術實踐教學,離不開有效利用實訓基地開展實戰(zhàn)訓練,因此就必須充分重視實訓室建設。數(shù)控機床技術含量高,實訓室建設應作為一個關鍵項目立項來抓,從實踐教學內容、投資的經(jīng)濟合理性、設備的市場通用性、實用性和發(fā)展的前瞻性出發(fā),配置中、高檔的數(shù)控車床、數(shù)控銑床和加工中心等硬件設備,同時配備相關的軟件設備,形成一個較好的數(shù)控技術職業(yè)技能教學的軟、硬件環(huán)境。
按照這一要求,配備高層次的齊全的CAD/CAM機房電腦設備及軟件系統(tǒng)。不僅滿足數(shù)控編程實驗和上機實訓的需要,同時也為學生能自由上機練習提供方便的場所。
同時,為了大案例教學的需要,購置一臺綜合性強的數(shù)控機床,以方便學生拆裝數(shù)控設備和開展數(shù)控設備相關課程教學的需要。
五、結語
本文以就業(yè)方向、市場需求為切入點,討論數(shù)控技術方向職業(yè)能力內涵,探討解決學生各方面職業(yè)能力培養(yǎng)問題的途徑,摸索教學模式新思路。作為技術應用型本科機械設計制造及其自動化專業(yè)數(shù)控技術方向數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力培養(yǎng)模式,從理論課、實驗課和實訓課的互補關系出發(fā),將其有效結合,穿行,使其融為一體,同時以國家職業(yè)技能鑒定中心相關數(shù)控技能考證要求為能力目標,進行綜合能力培養(yǎng),取得了良好的效果。
1.實訓基地建設是職業(yè)能力培養(yǎng)的保證。
2.將考證內容作為技能培養(yǎng)的參考,目標明確。
3.在數(shù)控編程理論教學中引進實驗課,使教、學、練交叉進行,有效地提高了教學效果。
4.將數(shù)控機床編程與操作控制職業(yè)能力分成各個不同職業(yè)能力模塊,按能力模塊的互補關系有層次地開展教學,取得了能力培養(yǎng)的綜合效果,提高學生綜合思考問題和解決問題的能力。
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