数控实训教学方法的探索
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作者: 许春晖
我国是制造业大国，制造业是我国入世后为数不多的有竞争优势的行业之一。当前世界上正在进行着新一轮的产业调整，一些产品的制造逐渐向发展中国家转移，中国已经成为许多跨国公司的首选之地。为了能培养出适应当代国情的制造业人才，结合我校的办学特点，我校数控专业制定出了培养技能型人才的培训目标。通过系统学习现代机械制造中有关基础课程，同时更多地突出中等职业教育的特点，注重培养学生的动手能力，使学生系统掌握数控机床的操作方法，以适应国家大趋势的需要。由于数控实训教学是一门实践性较强的技术，因此，在教学中常采用的是理论和实践紧密结合的方法。下面是我在教学中的一些探索和体会。
一、理论教学环节
1.建立坐标系的概念，它是数控机床自动加工工件的灵魂。机床坐标系、工件坐标系和加工工件坐标系的建立，以及它们之间的关系，很容易让初次接触这门课程又没有看到实物的学生概念混淆。所以，在讲解这个问题时，带学生到车间，让他们初步认识车床、铣床等，在机床上再一次提出坐标系的概念，学生较容易理解。
2.引出编制程序的基本功能指令，它是数控机床自动加工工件的基础。首先，讲授数控机床的五大功能指令（M功能、G功能、F功能、S功能、T功能）的作用。其次，介绍每个指令中常用命令的含义，并要求学生能背出它们。
3.介绍编制加工程序的格式。目前，常用的加工系统有FANUC系统和SIEMENS系统，这两种系统程序的格式框架基本相同，但也有一些区别。针对我校的实际机床系统，我们仅要求学生熟练掌握SIEMENS系统的程序格式。
4.通过大量的编制程序的练习，达到熟悉编程的方法和过程，提高编制程序的准确率。
在进行了理论课程的学习后，如果直接通过实际操作来验证程序的实用性，由于学生没有实践经验，应该说是非常冒险的。因为，学生虽然在实习老师的指导下操作机床，但因缺乏经验，熟练程度欠佳，一定会有许多不合理的操作，造成刀具和机床损坏。因此，我们在实习环节之前介入了数控加工仿真系统的学习和练习。这对更好地掌握这门技术非常必要。
二、仿真系统的学习和练习环节
数控加工仿真系统是在上世纪90年代源自美国的虚拟现实技术，是一种富有价值的工具，通过对数控车、铣等加工全过程的仿真，包括毛坯定义与夹具，刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和组成，加工仿真，以及各种错误检测功能的学习和操作，提高学生的熟练操作程度，减少机床损坏几率，保证程序在真实操作状态下的准确性，更好地掌握这门技能。
我校所配置的数控加工仿真系统是南京宇航软件工程有限公司为数控机床操作课程专门开发的仿真软件，它配有FANUC、SIEMENS等系统的数控车床、铣床。我们重点让学生掌握SIEMENS系统。首先，让学生认识仿真系统的控制面板上每一个键的功能和操作方法，使学生能正确使用它们进行程序的验证。
在进入数控加工仿真步骤工作，首先强调有三步工作：第一，输入工件坐标系位置数据，设置刀具补偿参数。第二，输入数控程序。第三，自动加工零件。围绕这三步，在教学中，我采用了以下几步。
1.介绍系统面板
SIEMENS系统的界面有操作面板和控制面板两块，其上有许多功能键，只有熟悉它们，才能很好地应用。学生在初次接触它时，一下子记不住那么多键的作用，为帮助他们记忆，我专门将这些键的名称和作用汇总出来，并将操作步骤一一列出，使学生能尽快掌握这个验证工具。
2.演示整个操作步骤
（1）确定工件坐标系位置数据，设置刀具补偿参数。
①通过机床在界面选取机床后进入该系统的界面。如：点击“机床”，在出现的界面中分别选取系统和机床类型，确定后，在屏幕上出现所选的机床，通过选择不同的视图来确定观察方向，以求最佳位置。
②进行模拟选取毛坯并安装在机床上，定义并安装刀具，确定工件坐标系。
如：在工件装卡方式确定后，工件坐标系的X、Y、Z各轴对应于零件的相应方向，以及零点位置也就确定了。加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：G90 G00 X100 Z20，是指在绝对尺寸下，刀具相对位移到X=100mm，Z=20mm处。究竟刀具的什么部位相对位移到上述位置呢？这个部位称为控制部位，它选择得是否合理，直接影响加工工件精度的高低。确定了工件坐标系位置数据，在设置刀具补偿参数界面中输入各参数。
（2）输入数控程序。
在编制和输入程序时，要求学生对编制程序的一些工艺指令，如以G为首的准备功能指令，以M为首的辅助功能指令和其他的功能指令如F指令、S指令、T指令等的功用和格式有明确的了解，并能熟记一些常用指令，这样可以提高编程的速度及准确率。
（3）自动加工零件。
可通过选择轨迹显示或在机床上观察到程序执行情况，并可任意调整加工速度，加、减切削等，以增加加工的直观性和仿真性。
在仿真系统中还有一个检测功能，这是检测程序在指导加工时的准确性，教会学生使用这一功能，通过分析了解零件加工的准确性。
三、实际操作环节
有了前两个环节，使学生较好地掌握了编程方法，并通过仿真验证了程序的准确性，接下来的实践环节就是通过学生在实习教师的指导下，认真练习实践操作规程，做到胆大、心细。主要分为三个方面。
1.对刀
对刀是数控实践操作的重要环节，前面的程序通过仿真正确后也不一定能加工出正确的零件，只有保证程序、对刀都正确了才能最终加工出正确的零件。
2.自动加工
程序正确无误，对刀也完全正确，自动加工无非是按一下循环启动按钮就可以了。程序在学生用手工的方式输入到机床时，因为人为因素，可能会少一些地址符或数字之类，程序如果有一点点小错就会导致加工中出现大事故，好在我们可以通过机床本身自带的仿真再来检查一遍，但如果对刀因为人为的因素出错了，也会发生重大事故，造成机床和人员的损伤。这时我们就必须在自动加工时边加工边检查对刀是否正确，一般可采用单步运行的方式慢慢让刀移动，看看刀到达的目的地是否与预期的一致，一致则说明对刀正确，可放心运行，反之则必须停止运行，重新对刀。
3.零件检测与刀补修改
自动加工后零件的尺寸基本上都达不到图纸上的要求（对刀时必然会产生误差），此时就必须对刀补作适应调整才能加工出符合图纸要求的产品。
经过这一系列系统的学习，让每位学生独立动手，让小组成员团结协作、互相帮助，大多数学生都能获得较好的成绩，如愿拿到了等级证书。
总之，我校作为培养基地，一要坚持培养目标，二要为实现这一目标不断了解学生的反馈信息，以此来不断完善教学方法，以更好地适应国家现代化发展的需求，培养出更多的具有较强的实际动手能力的操作性人才。
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