基于仿真教学与实践操作相结合的数控车削加工课程课堂教学设计探究*

刘建豪 葛金翠 李 宇 金 星

柳州铁道职业技术学院，广西 柳州 545616

近年来，我国机械加工行业在不断发展和进步，在很大程度上带动了我国经济的进步，是我国重点发展和建设的行业之一。在机械加工业发展的过程中，数控加工与编程技术的应用愈加广泛，在机械加工工业中发挥了重要的作用，所以对专业技术人才的需求也在不断增多[1]。数控车削加工是数控技术、机械制造与自动化等机电类专业的一门重要的专业主干课程。课程主体内容包括数控车削机床加工工艺编制、数控加工编程指令与应用、基本操作技能等[2]。在对典型零件完成数控加工工艺分析和数控加工编程后，数控加工仿真系统可以验证零件编程加工的可操作性，最后通过数控机床实践操作完成项目任务的加工验证。采用数控加工仿真教学与数控机床实战操作相结合教学模式，能提高数控加工教学效果，增加实践教学的安全性，提升学生工程实践技能，达到提高数控加工人才培养质量的目的[3]。

一、仿真教学与实践操作相结合的必要性

（一）数控加工仿真教学的优点

数控车削加工课程编程指令繁多，复杂，实践操作要求高，学生学习难度较大。数控加工仿真教学作为理论教学与实践操作的过渡环节，对连接理论与实践起着重要作用，具体优点如下：降低教学设备投资成本；提高实践操作安全性；提高教师教学质量；提高学生学习兴趣。

（二）仿真教学与实践操作相结合的必要性

数控仿真软件和实际机床还是存在很大区别的，它无法替代实际机床，也无法替代在真实切削加工中的实际感受。包括走刀路径不明显、切削深度和刀具要求不够实际、对刀时对操作者要求不高、对产品粗糙度无法进行检验等，而这些恰恰是对一个学生技能训练的重要要求[4]。学习数控车削加工，实践操作是必不可少的环节，数控仿真加工丰富了课程教学的手段，但不是目的，部分同学沉迷数控仿真加工，忽视实践操作，造成眼高手低的窘境，这些值得任课教师警惕。学生在数控仿真加工的基础上，及时结合实践操作，找出仿真软件与实际机床在操作、切削参数选取、走刀路径等方面的差别，最终以实际机床操作验证操作规范、数控加工工艺、编程指令的正确应用。

二、轮廓粗精加工复合循环G71、G70指令课堂教学设计

轮廓粗精加工复合循环G71、G70指令是数控车削加工课程中一个非常重要的编程指令，是零件粗加工最常用的编程指令之一，是要求学生必须熟练掌握的一个编程指令。现以轮廓粗精加工复合循环G71、G70指令为例，基于仿真教学与实践操作相结合，展开数控车削加工课程的课堂教学设计。

（一）任务展示

如图1所示的轴类零件，毛坯尺寸为Φ38×60mm，材料为45钢。编写其数控加工程序，并完成数控仿真加工和机床实操加工。

图1 轴类零件

（二）任务分析

该零件是一个简单的阶梯轴，由圆柱面、圆弧面、圆锥面组成，适合数控车床加工；该零件尺寸标注完整，尺寸精度和表面粗糙度要求较高，需要安排粗精加工保证；零件毛坯材料为45钢，无热处理和硬度要求。综上，该零件适合选用轮廓粗精加工复合循环G71、G70指令加工，引导进行G71、G70指令学习。

在讲授粗加工复合循环G71指令和精加工循环G70指令时，由于指令格式和走刀路线比较复杂，学生在理解时有困难，笔者在讲解的时候，利用多媒体的动画演示功能，逐次分解演示走刀路线，结合走刀路线，对应讲解指令格式，引导学生清楚的理解指令格式和走刀路线，提高教学效果。

（三）制定加工工艺方案

1．确定加工方案

班级内建立学习小组，教师引导学习小组讨论加工方案，通过提问反馈各组的加工方案，教师进行点评，最终优选确定加工方案如下：

手动平端面→G71粗车轮廓（单边留0．25mm精加工余量）→G70精车轮廓→工件掉头→手动平端面至零件尺寸总长。

2．确定零件的定位基准：选定零件坯料轴线和左端端面为定位基准。

3．确定装夹方案：左端采取通用三爪自定心卡盘夹紧，毛坯伸出50mm左右；工件掉头后，三爪自定心卡盘夹取Φ33mm精加工面，垫铜皮保护精加工面，毛坯伸出16mm左右。

4．确定工件坐标系、对刀点和换刀点：确定以工件右端面与轴心线的交点O为工件原点，建立XOZ工件坐标系；采用手动试切对刀方法把O点作为对刀点；采用（x100，z100）作为换刀点。

5．确定机床：CAK6140。

6．确定刀具：手动平端面选用45°硬质合金端面车刀；粗、精车轮廓选用90°硬质合金外圆车刀。

7．确定量具：游标卡尺（0-150mm）；千分尺（0-25mm、25-50mm）。

8．确定切削用量：教师引导学生自主查表、计算确定切削用量，通过提问反馈各组意见，教师点评，优选确定，见表1切削用量选用表。

表1 切削用量选用表

（四）编写加工程序

根据加工工艺方案，引导学生编程，鼓励组内讨论，组与组之间相互检查改错。挑选优秀学生编程如下：

（五）数控仿真加工

指导学生操作数控加工仿真软件，完成仿真加工。在课堂练习上引入竞争奖惩机制，对于顺利完成仿真加工的同学，在保证加工质量的前提下，根据提交作业顺序进行平时成绩课堂作业部分加分。笔者的方法是班级内提交作业前3名加20分，前10名加10分，前20名加5分，并对于前20名同学点名表扬。完不成课堂作业减10分。奖惩机制的引入极大的提高了学生的学习积极性和学习兴趣，人人积极主动学习，争先恐后，奋勇争先，提高了学生学习效果。

（六）机床实践操作

在理论学习和仿真加工完成的基础上，安排必要学时要求学生进行机床实践操作。教师首先强调实训室安全规则，演示机床操作规范，强调工件装夹、刀具装夹技巧，根据切削情况调整机床进给量和转速倍率等，要求学生以组为单位根据自己的编程完成机床实操加工。

三、考核评价

课程中所有的项目都采用过程考核，教师根据实施过程的重要步骤设定采分点，对实施操作的学生进行考核，并记分，汇总到考核评价表中[5]。有的步骤实施个人考核，有的项目采用小组考核，而且在考核过程中学生的职业素养和职业技能均纳入考核范畴，根据学生操作机床的规范性及零件加工的质量等具体制定每个项目的考核评价表，最后的个人总成绩是过程中各个项目的累加，根据设定的比例得出学生最后的总成绩。

四、结语

仿真教学与实践操作相结合的数控车削加工课程教学改革，在教学实践中取得了良好的效果。通过仿真教学的过渡，学生可以更好地将理论知识与实践技能相结合，既锻炼了学生的实践动手能力，又提高了学生的学习兴趣和技能水平，为学生毕业后从事机电类专业岗位工作奠定了坚实基础。