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【关键词】数控加工 传统加工 区别
数控加工与传统机床加工相比,在很多关键技术方面拥有明显的优势。传统机床加工的发展方向即是数控机床加工。目前,数控车、数控铣等,在许多方面沿用的是传统机床的加工工艺。传统机床中有更多的技术值得数控机床吸收,但不是照搬。工艺工人应当评估传统工艺与数控工艺的区别,从而更好地发挥两种工艺的优势。
1 数控加工工艺更加复杂
要想使用数控加工,必须考虑加工零件的工艺性、定位基准和装夹方式、刀具选择、工艺线路制定、切削方法及工艺参数等,在传统机床加工工艺中,这些都被简化处理。以此来看,数控加工工艺要比传统加工工艺更加复杂,影响数控加工效果的因素也更多。因此,在数控程序的编程全过程,都应当进行全面的分析和安排,之后再进行整体完善。正因如此,相同的任务,可以安排多个加工方案,这种工艺多样化是数控加工工艺的特色之一,与传统加工工艺有显著的区别。
2 装夹及夹具的选择
数控加工在夹具方面有两个基本要求:一是夹具坐标方向与机床坐标方向要相对固定;二是零件与机床坐标系的尺寸关系要相互协调。例如,数控夹具本身要以工作台上的基准槽或基准孔为定位,安装到机床相应位置,以此保证零件的工件坐标系与机床坐标系固定的尺寸关系,这是数控加工与传统工艺的一大区别。当然,装夹包含定位和夹紧两个步骤。传统加工方式下,受机床加工能力的制约,一个任务需要多次装夹才能完成。而数控机床在一次装夹状态下,可以进行多个步骤的加工处理,减少了频繁装夹造成的误差,也节约了大量时间。但是,夹具的设计和制造费用相对于传统机床来说偏高,尤其是专用夹具,因此在选择专用夹具时应慎重考虑。数控加工可以利用仪表来进行定位,用普通的原件进行夹紧,也可以降低部分成本。
3 刀具选择
不同的加工工艺应当使用不同的刀具。数控加工中的高速切削与传统低速切削相比,在提高效率、提高质量、降低切削变形、缩短加工周期等方面有明显的效果。数控加工在制造业中的数量必将进一步增多,相应的高速刀具需求也会不断扩大。此外,目前常提到的干切削,是不加切削液或少量加入切削液的加工技术,对刀具有很高的耐热要求。与传统机床相比,数控机床对刀具的性能要求越来越高。
4 刀具路径
传统机床加工过程中,刀具路径主要靠技术工人自己调整和把握,而在数控机床中,刀具路径则依赖于数码编程。数码编程的精准性和方便性,是传统机床加工所不能比拟的。如设置进退刀时,采用斜坡和螺旋方式,切线方向切入或切出。这种方便性、精确性远高于传统依靠工人主观把握。
5 加工方式
数控机床的特点使传统加工方法中慎重选择的方法变得更加可行。多种形式的圆弧插补、背镗法和数控修正法替代了传统孔位加工中的充填法、空刀法、修正法。最近出现了硬切削加工工艺,能大大提高工作效率,降低加工成本,减少资金投入,挑战了传统的磨削工艺,硬切削将是未来数控加工的发展方向。干切削存在许多优点,但也存在着许多缺点,容易导致切削压力增大,切削变形更剧烈,刀具的寿命也会降低,加工质量也难以保证。但是,干切削的优势也非常明显。通过技术方法弥补干切削的缺陷,也会使干切削成为数控加工的另一发展趋势。
6 加工阶段划分
零件的加工可以分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段,有时还会有光整加工阶段。因此,合理划分加工阶段,有利于提高加工的精确性,也能更好的穿插热处理和检验等工序。传统加工方式,机床功能单一,在工艺路线中可以明显地看出各个阶段的界线,但在数控加工中,界线相对模糊。为保证加工质量,应当对加工阶段进行合理的划分。
7 切削用量
传统加工中,工人依靠技术经验控制机床,对复杂的工艺,工人容易出现误差。为降低次品率,切削用量的选择非常慎重。数控机床采用编程控制动作,对任何形面都可以通过程序,方便快捷的加工,刀具在工件上的运动轨迹也更加灵活,因而可以最大限度地提高工作效率,比传统工艺拥有更多的优势。最新出现了高速加工中自动优化速度的工序,在切削量较小的地方,加快切削速度,在切削量大的地方降低切削速度,可以缩短加工时间,延长刀具寿命,
8 热变形处理
切削过程中不可避免地会出现热变形现象。精加工阶段,热变形对零件的精度有直接影响。传统加工工艺中,各加工阶段有明显的界线,因而可以在零件温度降低后再进行加工,减少热变形的出现。而数控加工的优势就是连续高效地对多个面进行加工,因此,切削产生的热量来不及散出。如果以时间停留的方式降温以减少热变形,加工效率将会受到很大影响。因此,数控加工中热变形的处理是非常棘手的问题。传统采用喷冷却液的方式降温,但冷却液很难喷到刀片前刀面的热影响区,冷却效果一般。
高压切削技术,可以使冷却液从刀片上表面和刀片下表面打进去,进入到热影响区,既能降温,又能起到断屑的作用。高压断屑的方法在加工难度大的的工序中,可以提高20%以上的生产效率,并且可以实现加工过程中的无障碍生产,在生产线中需要自动切换工具或刀具的加工中,其优势更加明显。
9 柔性化程度
传统通用机床柔性较好,但加工效率较低。传统专用机床,虽然效率高,但是零件的适应性低,柔性差。数控机床不同,只要更改程序,就可以加工新的零件,又能进行自动化操作,柔性好且效率高。数控机床的柔性优点在实际加工业中,相对于传统企业,能节省大量人力资本和时间资源。相比传统机床,数控机床能更好地适应市场竞争。
从以上二者的对比可以看出,传统加工工艺是数控加工工艺的基础,数控加工工艺在技术上很大程度上来源于传统工艺,同时又结合计算机数控、计算机设计和制造等现代化技术,对传统加工工艺进行了优化和改进。通过二者的比较,总结出二者各自的优缺点,从而为进一步提高加工质量制定更合适的加工方案。
参考文献
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近年来,随着计算机和数控机床的快速发展普及,CAD/CAM技术研究和软件开发有了良好的发展,CAD/CAM软件也日益成熟。通过CAD/CAM软件,可以实现对任意零件的建模及轨迹生成,直至自动生成数控程序,实现了自动编程加工。CAXA数控车2011是具有自主知识产权的国产数控编程软件。它集计算机辅助设计、计算机辅助制造于一体,功能强大,工艺性好,代码质量高,以其强大的造型功能和加工功能备受广大用户的赞誉,在第四届全国数控技能大赛中被指定为大赛专用软件。
CAXA数控车2011是一套易学易用的全中文二维造型、自动编程、模拟加工完美结合的CAD/CAM一体化专业数控软件,为数控加工行业提供了从造型设计、代码生成至校验加工反馈的全面工艺解决方案。下面主要介绍一下基于CAXA数控车2011的技术支持,在数控车床上进行零件加工的工艺分析与加工过程,可分为以下几个阶段。
一、零件造型设计
CAXA数控车2011具备了计算机辅助设计的要求,提供了强大的实体造型功能,快速绘制二维图形轮廓;提供了函数曲线样条曲线功能,可以形成各种异形面,生成真实的图形,可直观显示设计结果;还提供了灵活的图形编辑功能,实现裁剪、拉伸、打断、偏移等功能的操作,完成复杂零件的二维实体造型设计。
二、加工方案设计
造型完成后,对零件的二维图形进行分析,按工艺方案的要求,根据零件毛坯、夹具装配之间空间几何关系及刀具参数,筛选最适合的加工方法。对实体造型进行进一步的工艺分析,根据加工性质修改增补造型,根据加工特点以及加工能力,确定需要加工零件的二维实体,再分析实体的组成情况,拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径,找到刀具在运动中可能发生干涉的部位,并及时地进行加工部位的调整,同时设置合理的切削用量。
三、生成加工轨迹
根据需加工零件的形状特点及工艺要求,利用CAXA数控车2011提供的轮廓粗车、轮廓精车、切槽、钻孔、螺纹固定循环等加工方法,结合刀具库管理、机床设置、后置设置等功能,根据工艺分析,依次选定需要加工的轮廓,设置相关的加工数据参数和要求,可快速显示图形的生成刀具轨迹和刀具切削路径。针对实体不同加工性质和加工特点的部位,采用不同的加工方法,从而生成不同的粗精加工、切槽、钻孔、车螺纹等加工轨迹。编程人员可以根据实际需要,灵活选择加工部位与加工方法。加工轨迹生成后,利用轨迹参数修改功能对相关轨迹进行编辑和修改。运用轨迹仿真功能,即屏幕模拟实际切削过程,显示材料去除过程和进行刀具干涉检查,检验确保生成的刀具轨迹的正确性。
四、生成G代码
数控编程的核心工作就是生成刀具轨迹,然后将其离散成刀位点,经机床设置、后置处理产生数控加工程序。当加工轨迹生成后,按照当前机床类型的配置要求,把已经生成的刀具轨迹自动转化成合适的数控系统加工G代码,即CNC数控加工程序。不同的机床其数控系统是不尽相同的,不同的数控系统其G代码功能存在差异,加工程序的指令格式也有所区别,所以要对G代码进行后置处理,以对应于相应的机床。利用软件的加工工艺参数后置处理功能,可以通过对“后置处理设置”进行修改,使其适用于机床数控系统的要求,或按机床规定的格式进行定制。定制后,可以保存设置,用于今后与此类机床匹配需要。G代码生成后,可根据需要自动生成加工工序单,程序会根据加工轨迹编制中的各项参数自动计算各项加工工步的加工时间,这样便于生产的管理和加工工时的计算,并可通过直观的加工仿真和代码反读来检验加工工艺和代码质量。
五、G代码传输和机床加工
关键词:数控加工、CNC编程、操作、问题分析
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
在一般的数控加工过程中,常见的问题主要系统报错问题,如工件坐标系、刀具表、刀库表等方面的错误警报。不同系统间数控命令差异问题,因记忆或者习惯问题使用错误命令而造成错切。数控加工运行过程中由于机器或者程序等方面引起错切、加工停顿不连续问题。另外,CNC编程技巧问题主要出现在插补、刀具半径补偿、指令命令捆绑、走刀方式和子程序调用等方面。
1.系统报错问题
在操作数控铣床的过程中,本次使用的华中I型ZJK7532A数控铣床系统MDI下的命令修改工件坐标系值(G54–G59)、刀具表、刀具库时,系统提示“存自动坐标系错处”、“存刀具表出错”、“存刀库表出错”三个方面警报。消除错误信息后,调入程序加工时候发现尽管系统提示“存自动坐标系错处”,尽管系统还是默认修改过的数值,要是重新启动系统后,修改过的数值丢失,系统恢复修改前的数值,造成刀具表参数和刀具库参数无法修改,经过认真仔细的核对数控铣床设置说明后,确认不存在操作错误的问题。从这些情况看来,这个问题应该是属于数控系统软件方面的问题,根据出错信息的提示,估计是系统存储以上三项的文件存储不成功,造成修改后的数据存储失败。将PC电脑连接铣床,将机器存储参数文件找出,发现其属性为只读,将其属性设置为存档模式后,工件坐标系、刀具表和刀具库出错问题得到解决。
由此问题我们不难看出,数控系统的文件属性往往是造成一些系统参数丢失的原因,在使用数控加工前,应当检查数控系统的参数存储文件的属性是否正确,如在加工前发现一些系统参数修改不成功,或者系统报告错误问题,应该首先检查机床系统文件,检查是否由于文件丢失或者属性变化造成系统宕机。
2.常用的数控命令差异
在熟记本系统代码指令时,发现不同的数控系统所采用的G代码指令并不是统一的。华中数控系统的命令指令与一般的系统有以下的差别:G40仅是取消刀具半径补偿,而增设了G49刀具长度补偿取消。镜像加工指令的不同,一般的系统镜像加工设置为辅助功能指令M20M21,本系统将镜像加工指令设置为G代码指令 G24 G25。G24 G25使用的时候一般与M98子程序调用相结合。格式如下:
G24X_Y_ 镜像的位置
M98P_ 调用镜像加工图形的子程序
G25X_Y_ 取消镜像
车床G98是每分钟进给,G99是每转进给,一般的数控系统分别是G93G94。M98M99分别是调用子程序和子程序结束。系统没有M01计划停止功能。以上只是命令差异中的一部分,如在编写加工程序过程中没有加以甄别以上指令代码的差异,则会造成指令代码使用错误,由此而引发加工切屑失败,严重的话将会造成工件直接报废 。
3. 数控程序运行问题
3.1错切问题
在运行长程序(如MASTERCAM生成的加工代码)的时候,加工发生错切的机率非常高。其现象主要表现为工件台突然停顿了一下,然后继续运行下去,但是已经不是在原来的位置上继续下去,而是整体平移了一段距离。为了提高加工效率,我们在编程和机床操作的时候都将进给率加到最大,错切一般发生在精加工阶段,而且每次发生的错切的位置是不同的。
根据以上的现象我们首先排除是否是由于程序本身错误造成,依据问题的现象同样的程序出错的代码行数并不相同,而且还有加工不出错的现象,首先怀疑工件台导轨问题,添加了足够的油后,问题仍然没有解决。检查了计算机和数控装置的接口没有发生任何松动。排除以上怀疑点后,我们将焦点聚集在加工的进给速度上,初步认定由于进给速度太快,计算机传给步进电机的信号,步进电机反映不及时,导致了工作台停顿的现象。
为了验证是否是由于进给速度问题,我们将程序的进给速度和机床的增量倍率进给修调同时调低。再进行加工的时候,发现再也没有发生错切的现象。因此可以得出结论:过高的进给速度会造成工件台运行停顿现象,从而造成工件切屑。
3.2加工不连续问题
在加工计算机生成的加工代码时,由于计算机计算曲面产生很多运行距离很短的节点,华中I型机床运行这些程序段的时候,很不流畅,加工出来的工件表面质量与期望有一定的差距。为解决这方面的问题,华中I型数控系统特地设置G64连续方式命令。它的功能就是使整个过程加工连续。通过实际的加工比较地出,在程序前加入G64命令后走刀明显的流畅,加工工件表面质量相对提高。
4.编程技巧问题
4.1插补问题
在实际的编程加工中发现一个插补使用不当问题,加工一个正方形时(A-B-C-D是其四个角),不设刀补时加工结果正常,但加上刀补后加工结果变成一个梯形,AB边变成斜边。经过分析这种现象主要由于编程技巧引起。当编写程序从A点开始插入刀补、且在程序结束后没有取消刀补就会才会产生过切现象。要是将刀补提前插入,即刀具运行到A点前加入刀补,则最终将不会出现过切情况。
4.2刀具半径补偿使用问题
华中I型数控系统刀具半径补偿的启用有两种方式:读取刀具表中参数和用宏变量定义,通过实际编程的验证,这两种方式都是可以使程序的刀补正常运行。但是我们在使用的时候必须要注意的是:刀补的地址码问题。刀具表中可以设定的刀具刀号是从00-99,因此读取刀具表刀补参数的格式是:D××(两位数)。华中I型数控系统宏变量定义刀补的地址码是从100-199,因此设置刀补时格式应该是:#×××(三位数)。若是用#××(两位数),系统会默认刀具表中××号刀具的刀补。
4.3 指令命令捆绑使用问题
本系统在一些G代码使用上采取了捆绑的方式。比如数控铣床的镜像、旋转、缩放功能,同时镜像缩放或者旋转缩放。经过实践,得出以下使用方法:在有缩放功能时候先缩放后旋转;先镜像后缩放。在有刀补的情况下,先进行坐标旋转,然后才进行刀具半径补偿、刀具长度补偿。
4.4自动编程走刀方式对工件表面质量的影响
在自动编程的单元里,设计了具有复杂曲面的鼠标模型检测数控铣床的加工能力。通过实物对比,得出了自动编程在走刀方式的选择上,会影响加工工件的表面质量。切削曲面时,采用环绕等高切削和平行切削曲面的加工精度有明显的区别,平行切削优于环绕切削,从而可以通过较少走刀次数达到所需求的工件表面质量。
4.5子程序使用
子程序中的模态G代码可以被子程序中的同一组模态G代码更改。如:在主程序中使用的是G90的编程方式,而在子程序中使G91的编程方式,在执行完子程序后,主程序中编程方式G90已经被子程序中的G91更改。
因此在编程过程中必须要保持主程序和子程序的前后一致。
数控机床作为典型的机电一体化产品,是高新技术的重要组成部分,采用数控机床提高机械工业的数控化率,已经成为当前机械制造技术的更新的必由之路。近年来,随着企业数控机床应用率的大幅度提高,数控机床的操作技能培养成为各类职业院校一个急需解决的问题。而数控机床是高技术的产品,价格较昂贵,许多院校受场地和资金的限制,无法购置大量的数控机床供学生实训。另一方面对口单招技能在对口单招高考中的比重占据30%,机械专业中以数控加工为例占300分,占总分的三分之一,再加上技能的淘汰制,说明数控加工技术在整个高考中还是相当有分量的。在整个实训中一定要有一个规划,有计划的实训。
做到“少花钱,零风险;”是各类职业院校都希望解决的问题。在校学生进行数控实训时,为了减少实训期间不必要的资源浪费和意外伤害,我校将整个数控实训分为两部分,第一部分是模拟仿真软件的学习,即在计算机房从最简单数控机床的界面布置、指令的作用、完整的编程,直到学生能够独立完成编程。第二部分是上数控机床进行实际操作,完成整个实训的学习。
1数控加工仿真软件在数控中的作用
①利用数控仿真软件可以弥补设备的不足;②提供了多种机床和多种系统;③提高了安全性,便于学生学习;④便于教师授课,更加容易理解;⑤可以在计算机上完成所编程序的检验;⑥能够有效的结合理论学习,实现理实同步教学;⑦能够调动学生学习的积极性,培养创新意识。
2数控加工仿真软件的应用方法
可以从三个方面进行探索和实践:
2.1灵活应用教学方法,课堂教学中将学生的被动学习变为主动学习数控加工实训在综合练习前,要让学生先掌握基本操作技能,在规范的基础上力求扎实。按照数控工种的技能特点组织好基本功的练习。入门环节先进性安全文明生产的教育与规范,使学生养成良好的安全文明生产意识。依次进行对刀、进给、退刀、换刀等基本技能实训,力求动作规范熟练,在此基础上用测量工具控制加工工件的误差在要求范围内,达到加工要求,以衡量技术动作的准确性。基本技能熟练以后即可以进入综合作业的练习阶段。
2.2恰当运用数控加工仿真系统,充分发挥其课堂教学中的作用提高使用常规量具测量的精度。从了解量具的种类,以及各类量具的结构、原理、测量范围入手,明确各种量具的使用规范,在量具的规范使用下才能保证工件的尺寸、角度等各项要求达标,才能取得高分。一定要加强工艺能力,能够独立的制定合适的工艺。平时练习中教师要注意启发学生思考工艺的安排,在每一个课题的入门指导中一手包办。教师在给出指导性方案前先让学生自己尝试着去思考分析,鼓励学生积极的思考,提出不同的方案,与教师的方案比较异同,确定合理的方案,逐步养成独立制定加工工艺方案的能力。经过这样的锻炼,学生能够逐步养成综合衡量工艺问题的习惯,有利于提高解决实际问题的能力。
2.3针对性训练对口单招机械专业的数控加工技能考试题目在考试前不公布的,所以只能全面的练习,做到面面俱到,只有平时多做一个工件,对于技能高考才多一份把握,这时的实训一定要有针对性,对于每个涉及项目都要做到十足的把握。(1)工艺方案的灵活性。考场上最大的制约因素就是如何制定合理的加工流程和加工步骤。所以在拿到题目的时候一定不要急于开动机床,盲目下刀。一定要机动灵活,综合整个工件的工艺性,灵活加工。(2)合理的分配加工时间。整个加工部分应加以合理分配,练习中宁紧勿松,在紧张的考试中才会做到临危不乱,不至于手忙脚乱,一定要有时间观念。(3)日常训练要考试化。平时的训练也要按照考试的要求进行,连工、量具的摆放也要有规范,争取做到对考试的规范了如指掌,不至于到了考场就晕头了。
3数控加工仿真软件在应用中存在的负面影响
数控加工仿真是一种模拟教学应用软件,它不能也不可能全盘代替教学,尤其是技能的训练。如果教师一味的依赖数控加工仿真软件而将学生放任自流,必将会引起一些负面效应。为了将负面效应的影响减少到最低,我们应该拿出切实可行的应对方法。
第一,数控加工仿真软件只是加工过程的模拟并非真实的加工过程,它无法代替学生真实的切削加工的真实感受,我们不能让学生“纸上谈兵”。永远停留在黑板上开机床,黑板上看图纸,黑板上加工工件的华而不实的教学中。在实际教学中要不断的提醒学生,在相应情况下,不要忽视实际中的意外情况,仿真和现实中的差别。在实际数控机床的操作训练中,综合课题进行强化训练,尽可能的弥补应用数控加工仿真教学中的这一缺陷。
第二,在平时的数控实训教学中,我们老师不能一讲到底,满堂灌输,而要少讲多练,讲练结合,边讲边练,在做中学,做中教,做中结语,真正还课堂于学生。实训教师要熟悉这些差别,及时说明。比方说我校应用的宇龙仿真软件,数控车床和数控铣床的加工就存在区别,数控车与实际的机床没有太大的差别,但是数控铣就与实际机床存在一些差异了,在学生实训过程中,教师要将这些差异提前讲明,以免在后实际操作中产生不必要的麻烦。
关键词:模拟软件;应用意义;仿真软件;caxa数控车;软件应用;常见问题
中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 20-0000-02
随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用,所形成的先进制造技术日益引起各国的重视,探索一种新型的达到投入少,见效快,培养的学生适应性强,受企业欢迎的教学模式势在必行。那怎么才能让学生扎实的掌握知识、使用知识对实践进行指导呢。我们在教学中发现,把数控模拟软件用于教学,是解决这一问题的有效途径。
1 仿真软件——《数控编程》《数控工艺》课程的应用
1.1 便于校验程序,有助与学生及时掌握编程要领。数控加工仿真软件主要用于数控编程与操作这一教学课程。数控编程的教学一般都采用常规的课堂教学。学生对自己所编的程序正确与否是通过教师批改作业来知晓的。教师检查程序需逐个程序段进行查阅,内容多而十分麻烦,一些书写格式错误也不易查出,而这些问题的解决在实际数控编程中是十分重要的。引入数控加工仿真系统进行教学以后,学生所编程序可以直接利用数控加工仿真软件模拟加工演示,对程序编写和书写的错误能直接看出,学生自己即可检查出程序的错误并自行改正,编程与操作的作业可以直接在计算机上完成,学生由被动学习变成主动学习,使学生对这门课程有了浓厚的学习兴趣,学生的学习主动性与积极性大为提高。
实训教学中,较多的授课内容是需要教师进行示范的,教师在机床上进行示范时,往往是十几位同学围着一台机床,很难保证所有的学生能够听清、看清,教学效果往往不太理想。而数控加工仿真软件的互动教学功能使得教师可以在每个学生的屏幕上演示其教学内容,使所有的学生均能清楚地观看并进行模仿,同时教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况,实时了解教学情况并对学生进行指导。另外,并且利用仿真软件的考试功能可以及时了解学生的掌握情况。
1.2 弥补实训教学中的不足。实训教学是数控教学的重要组成部分。但是数控机床,价格较之普通机床要昂贵得多,数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行,投入大消耗多成本高。像我校实训基地有数控车床2台,数控铣床2台,每一届模具、机电和数控专业学生人数共300多人,根本无法满足实训要求。另外数控机床的系统多,型号多且更新较快,对学校而言是不可能将所有的系统配齐的,我们学校实训基地采用的是海德曼的数控车床,数控系统是knd的,这样会出现学生在校期间所学的系统与工厂中不符的情况,使到了工厂后不能尽快适应,还需一段时间的培训后才能进行生产。再者数控机床是自动运行的,学生在初学时,常常会由于在编程中的疏忽或操作中的失误造成刀具或机床的损坏,甚至造成人身危害。利用仿真软件就可以解决这一问题。由于仿真软件可以模拟实际的加工,可以把学生分成几批,教师的机床操作讲解可以在计算机上利用仿真软件来实现,大大减少在数控机床设备上的资金投入,也大大减少工件材料和能源的消耗,从而可以降低培训成本。而且仿真软件可根据需要选择相应的机床和系统对学生进行授课,提高学生对不同数控系统及不同数控机床的适应能力,使学生到了工厂后能在最短的时间内融入到生产当中。
1.3 利用仿真软件实现网络教学和远程培训。随着社会对数控技能人才需求量的增大,学校的功能不仅仅是培养在校学生,还担负着社会劳动力的培训任务。这对学校的硬件条件提出了更高的要求。利用仿真软件和网络搭建的平台,进行远程教育成为一种新的教学模式。它打破了地域和时间的限制,增加了培训人员的数量,缩短了培训的周期。
2 CAXA数控车——《机械制图》《数控工艺》课程的应用
2.1 有效加强二维绘图、识图能力,提高绘图识图效率。CAXA数控车软件提供了CAD模块。在CAXA数控车XP中,点、直线、圆弧、样条、组合曲线的曲线绘制或编辑,其功能意义相同,操作方式也一样。由于不同种类曲线组合的目的不一样,不同状态的曲线功能组合也不尽相同
CAXA数控车中,曲线有点、直线、圆弧、样条、组合曲线等类型。在曲线生成工具条中,大部分曲线功能都有相应的工具按钮,若应用界面上没有“曲线生成”工具条,则有两种方法可以使“曲线工具”条出现:通过对不同命令的编辑方便的完成零件图的二维绘制。
利用基本曲线绘制功能虽然可以生成复杂的几何图形,但却非常麻烦和浪费时间。如同大多数CAD/CAM软件一样,CAXA数控车提供了曲线编辑功能,可有效地提高绘图速度。其命令包括:曲线裁剪、曲线过渡、曲线的打断、曲线的组合、曲线的拉伸等。曲线的几何变换方式包括:平面镜像、平面旋转、镜像、平移、缩放、旋转和阵列。这些命令不但使二维绘图更加便捷,同时有效的促使学生认识零件图纸,使学生在绘图的同时培养识图能力,为就业做准备。
2.2 进行加工模拟,实现二维仿真。CAXA数控车提供了多种数控车加工功能,如轮廓粗车、轮廓精车、切槽加工、螺纹加工、钻孔加工和机床设置等。在二维绘图基础上,通过相关命令对零件进行加工。逼真的模拟实践机床刀具的运动动作。
2.3 通过后之处理生成程序,降低编程难度,快速实现编程。代码生成就是按照当前机床类型的配置要求,把已经生成的加工轨迹转化成G代码数据文件,即CNC数控程序。有了数控程序就可以直接输入机床进行数控加工代码反读就是把生成的G代码文件反读出来,生成刀具轨迹,以检查生成的G代码的正确性。通过caxa数控车的编程及反读,不但解决编程困难、不易检查的问题,同时可以直接载入仿真软件配合仿真加工,更加有效的进行模拟加工。训练学生编排工艺的能力。
3 模拟软件在数控教学中有以下弊端
无论数控仿真软件还是caxa数控车软件都是一种模拟实训加工的应用软件,它们不可能完全代替实训教学。它们只是加工过程的模拟而并非真实加工过程,并无法代替学生在真实切削加工的实际感受。比如数控刀具的选用与安装、刀具的磨削、零件的装夹等这些必须要自己动手操作。例如我校所采用的vnuc仿真软件,虽然在软件中可以选择不同的工件材料,但是编程时选择任何切削用量,都可以仿真加工出工件来。因此会出现在仿真软件上模拟加工正确的程序,应用在实际中有可能出现打刀、加工质量不能保证、生产效率降低等问题。这是一个很重要的问题,在编制程序时必须要考虑清楚,选择合适的切削用量值。
4 解决
仿真软件使用只能作为缩短实训时间,提高实训效率的一种辅助手段,而不能完全抛开实际机床的实训内容。必须合理的安排实训时间,通过实际操作来纠正不足。作为老师必须在开始就要讲明白软件仿真与实际加工的区别、差距等问题,只有把软件仿真教学与实际加工有机地结合起来,取长补短,才能有效地提高教学效率。
5 结语
由于软件仿真和实际操作尚存在差距,因此,我们的数控教学只能用软件仿真进行初期感性训练和基本程序与指令代码的练习,而不能把整个教学活动完全放在软件上,对实际加工必须有足够的重视,有效地组织数控教学,使我们的数控教学既科学又客观,既高效又实用。
关键词:数控加工仿真系统软件
实训教学
教学模式
中图分类号:TG659 TP391.9
文献标识码:B
文章编号:1002-2422(2010)03-0048-03
1数控加工仿真系统软件的特点
数控加工仿真系统软件是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件。学生在微机平台上运行此软件进行仿真操作,会达到同真实设备一样的操作教学效果,可以满足大批量学生教学需求。系统还可以依据不同的客户要求进行设计,尤其适于初学者的入门训练。
1,1数控加工仿真系统软件的优点
(1)实训基地建设投入资源少,却能做到一人一机操作,有利于提高了学生实际操作能力。
(2)可以使学生达到接近实物操作的训练,并且安全可靠。
(3)能使抽象问题形象化,操作训练过程中允许出错。
(4)通过动态的仿真操作使教学过程易教、易学,教学效果显著提高。
1,2数控加工仿真系统软件的不足
(1)参数设置具有随意性。
(2)学生无法通过仿真软件体会真实的加工环境。
(3)不利于学生严谨、认真的工作态度养成。
(4)先入为主,易淡薄安全意识。
为使学生能够独立而正确的操作数控机床打下真实的基础,在数控加工仿真系统软件环境下的实训教学,既要充分发挥数控加工仿真系统软件的优点,更要正确认识其缺点。
2数控加工仿真系统软件环境下教学研究
采用数控加工仿真系统软件环境上机实训前,教师要以就业为导向科学地设计实训教学内容,可把实训内容分为3个模块来安排。一是基础模块:主要讲解实训教学最常用的FANUC数控系统中的数控车床、数控铣床、加工中心的编程方法、操作及应用,这是所有学生必须掌握的教学重点。二是提高模块:主要讲解实训教学EMENS数控系统的编程与操作,进一步加强学生对不同数控系统机床编程方法的了解与应用。三是拓展模块:学习一些目前常用的国产系统,如华中、广数等系统的编程与操作方法来拓宽学生的知识面。将数控加工仿真系统软件环境中数控实训教学模式归纳如图1所示。
2,1运用数控加工仿真系统软件,采纳激发引导型教学方法
在数控仿真教学中,激发学生技能操作的积极性变被动为主动。首先抓住新生第一次实训,结合学科特点,介绍数控编程知识的实用价值,有意识地让学生了解数控编程与今后工作的密切关系,了解所学专业知识主要和数控编程及操作有着紧密的联系。从历届学生中挖掘具有实用价值的,能激发学习动机、学习热情和学生兴趣的典型事例,充分展现数控编程及操作的价值,使更多的学生对数控编程产生浓厚的兴趣。
2,2运用数控加工仿真系统软件,循序渐进提高数控编程与操作能力
在教学过程中一开始设计较简单的零件图样,教师先进行示范性操作,同时提醒学生认真观察,掌握操作要领。当机床的模拟切削声响起来,切屑飞溅,毛坯随着刀具的加工变成图样要求的工件后,学生的好奇心和求知欲极度膨胀,此时也恰是让学生动手操作,进行模仿的最佳时机。当学生独立完成,兴奋不已时,及时表扬学生所取得的成绩,发现学生的闪光点,鼓励学生勇于战胜自己,激发每位学生的学习自信心,挖掘学生的内在潜能。当学生激动的情绪趋于平静时,及时引导学生积极地思考,工件为什么会变成与图样尺寸一样?机床为什么会自己加工?这样也就顺理成章导出:机床由计算机控制,计算机由程序控制,程序是由技术人员编写的。显然,学生处在一种循序渐进的体验中学习,既激发了学生的主动性,又培养了学习知识的能力。
2,3运用数控加工仿真系统软件,营造情景教学氛围
在教学过程中,经常有意识地设置“陷阱”:故意少编一个程序段、参数输入错误等。如发生撞刀现象,致使工件车不出,让学生自己找出失败的原因。在运用数控加工仿真系统软件教学中应创设让学生尝试“挫折”考验的情境,以此来磨炼学生坚强的意志品质,使学生体验到只有经过艰苦努力,获得的成功才更有价值,从而产生足够的自信和克服挫折的勇气。当学生真正排除了故障后,就会在“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村”的情感中体验学习的成就感。既获取了知识,又培养了坚韧的意志,这种经受挫折、克服挫折的教育在潜移默化中也是帮助学生增强信心的重要一环。将会让学生获益终生。
2,4运用数控加工仿真系统软件,提高学生解决实际问题、独立工作能力
教师应十分重视数控加工仿真在教学中的应用方法,摆正数控加工仿真在教学中的位置,既不能完全依赖数控加工仿真而放弃教师在教学中的引导作用,也不能在教学中教师唱独角戏。在上机前教师应利用数控加工仿真系统进行相关操作演示,并在学生上机时进行巡回指导。学生在计算机上应用数控加工仿真软件进行编程与操作,遇到问题反复调试、相互探讨。有时可通过网络交互协作讨论,模拟解决实际问题。显然,学生更快更好的掌握数控专业技能的同时,又培养了学生自学能力、解决实际问题的能力、独立工作能力和团队协作能力。
2,5运用数控加工仿真系统软件,教学中还应构建多元评价体系
教学评价直接影响学生学习的主动性和积极性,所以评价要做到:第一,合理且有一定的弹性。答案不能限制太死,只要合理就行,如一些仿真操作中学生实施方案的可行性讨论,实际操作过程中加工线路等。第二,既要评价技能操作结果,又要评价技能操作的过程。对在技能操作中学生的积极参与表现出来的良好个性品质要给予充分的鼓励、肯定、嘉奖。第三,转换评价的主客体关系,对学生在实训过程中的技能操作情况及结果不仅仅由教师来评,还可以让学生自评或互评。如加工线路的制定、某些图样的理解、坐标点的计算,可采用学生讨论评价的方式,在研讨中发现问题,得出正确结果。就这样,运用数控加工仿真系统软件教学中构建多元评价体系,学习的主动性、积极性也就自发地调动出来了。
3数控仿真系统软件环境中数控实训教学的改进措施
社会上需要的数控技术人才,要有扎实的理论基础又要有过硬的操作水平,即对机床操作熟练又能进行工艺分析编制加工程序,更要有一定的真刀真枪加工水平。当今,随着仿真软件的快速发展,虽然仿真软件与实际加工的差距越来越小,但是两者之间始终还有差距存在,二者不能混为一谈、相互替代。在实训教学中要扬长避短,注重发挥优势,改进不足;
首先,教师应首先明确仿真软件与实际机床的区别,并引导学生进行相互比较,时刻注意这些差距,使学生认识到仿真软件的不足,并进行有针对性的训练,而不是完全依赖仿真软件。在有限条件下尽可能多进行从图纸的工艺性分析到编程加工的实操练习,利用数控仿真软件进行初期感性训练和基本程序与指令代码的练习。
其次,在应用数控加工仿真系统软件时,重视安全教育,规范化操作,让学生养成良好的机床保养与维护知识。专项进行刀具知识的系统学习,让学生正确理解刀具参数含义,进行正确选用并能掌握磨刀技术。
最后,应用数控加工仿真系统软件时,要渗透和回忆前面所学的普通机床的基本操作过程,并将二者加以比较。数控加工仿真系统软件的使用主要定在熟悉面板操作等加工过程,并且在仿真教学过程中穿插现场教学,而不能把整个实训教学活动过多地放在仿真软件训练上。
只有在教学中科学、合理、有效的利用仿真软件,将仿真训练与真刀真枪上机床操作训练有机结合起来,才能发挥仿真教学的最佳效果,使实训教学真正达到事半功倍。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。
1数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面[1~4]。
1.1高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。
1.25轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。
在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
1.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController),中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“ITplaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment(开放制造环境,简称OME)等,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
1.4重视新技术标准、规范的建立
1.4.1关于数控系统设计开发规范
如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
1.4.2关于数控标准
数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何(how)加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。
(北京市新媒体技师学院 北京 102200)
摘要:以多元智能理论为理论依据,结合职业院校学生的特点,构建多元化智能的数控教学体系结构,探讨多元智能理论在数控理实一体化教学中的实施过程。从多元化评价的视野深入探索数控教学多元化评价的主要内容,以期根据学生的智能差异进行教学调整,实现学生的全面发展。
关键词 :多元智能理论;数控教学;多元化评价
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2014)12-0100-03
多元智能理论作为教育教学改革的重要指导思想,已应用到教育教学的各个方面。它注重评估每个学生的潜在智能,以尊重学生的个性为切入点,培养学生的自信和学习兴趣,从多元化的视野评价学生的学习效果,进而根据学生的智能差异进行教学调整,有助于根据学生的智能特长实现教学目标。多元智能理论为数控理实一体化教育教学提供了改革思路,对我们树立正确的学生观、教学观和评价观具有重要的意义。
多元智能理论
美国心理学家加德纳教授认为人的智能是多元的,在个体的身上相互独立存在,而且人的多种智能都与具体的认知领域或知识范畴紧密联系。人的智能结构至少具有九种彼此相互独立的智能:语言智能、逻辑/数学智能、视觉/空间智能、身体/运动智能、音乐/节奏智能、人际交往智能、自我认知智能、自然博物智能和存在智能。他认为每个人由于所处的环境和所受的教育不同,其各种智能的发展水平存在差异。教育者可以通过学生身上反映出来的智能特点建立相适应的教学模式,从而提高学生的智能强项,激发学生的潜在智能,实现全面发展。
九种基本智能不同的组合表现出个体的差异,学生智能差异的多样性和复杂性要求教师要依据不同学生的智能优势完成教学任务,同时根据教学内容和学生智能特点创设多元化的教学形式和多元化的教学评价。
对传统数控教学的审视
数控作为职业院校数控专业的核心课程,其授课模式一般遵循“理论课+实训课”的形式进行。教师一般先以计算机仿真或多媒体投影演示讲解教学,然后安排学生到实训车间进行机床实践操作训练。这种教学模式在职业教育过程中存在以下方面的特点:(1)教学实施流程化,对教学内容的差异针对性较低、教学效果可控性差。(2)智能差异,致使学生对教学内容的理解程度不同,理论教学与实际教学进度容易脱节,增大学生的学习难度。(3)填鸭式的教学形式,导致学生丧失学习兴趣。(4)由于学校数控机床数量有限,实训教学呈现放羊式,学生学习目标不明确。(5)现有的教学体系中仅以纸笔的标准化考试来区分学生的学习效果,评价标准单一。
多元智能的数控教学体系结构
针对数控教学中存在的问题,借鉴多元智能理论,构建多元化智能的数控教学体系结构和多元化教学评价体系。教师需分析班级成员的智能差异及构成,首先在理论教学时以兴趣为引导,激发学生的学习动机,在教学过程中辅以分组竞赛、小组合作教学、数控G代码演讲竞赛、G代码刀具轨迹模拟绘画表演、数控模拟仿真、幻灯片及数控加工视频演示等教学方式。其次,在实训过程中以任务驱动为核心,辅以生生合作学习、优差互补组合、师生互动管理等方法,实现实训中人人有任务、人人会实践的效果。最后,以多元化评价体系为考核目标,贯穿整个理实一体化教学的始终,使学生认识到自身的智能优势,体验到学习的快乐,增强学习积极性,带动自身其他智能的发展。根据数控教学的特点,构建多元化智能的数控教学体系结构,如图1所示。
多元智能的数控教学体系实施过程
通过数控G代码演讲竞赛提高语言智能 数控加工中零件的加工工艺制定具有重要的作用,不同的G代码在加工相同的零件时工艺制定也有区别。组织学生竞赛演讲数控G代码应用时的顺口溜、零件装夹时的注意事项、零件加工时的工艺要点、数控编程时的切削要素等内容,演讲时注意语音语调、韵律节奏,不仅可以增强学生的言语智能,还使得数控知识难点、重点充分得到应用和复习。
通过数控编程竞赛提高逻辑数学智能 数控课程内容中编程知识点贯穿整个教学环节,提高学生的编程能力、拓展学生的逻辑思维对于提高逻辑数学智能有重要的意义。首先安排学生在理论教学时分组互助编程练习,再根据每个学生的学习特点进行数控软件模拟仿真,最后在实训过程中利用视觉空间深化数学逻辑思维。数控教学过程中这一系列活动,侧重于培养学生的逻辑思维,并把学生的语言、逻辑数学、身体运动等多种智能调动结合起来,有利于学生的全面发展。
通过创设情境提高视觉空间智能 创设学习情景是提高学生学习兴趣和激发学习动机的有效途径。数控教学过程中,通过优秀作品展示欣赏、诱发性视频和幻灯片播放,进而使授课内容图片化、数控加工过程视频化,能从视觉空间上调动学生的学习动力和热情。同时,以任务驱动为目标,利用CAD、Mastercam、Solidworks等软件组织学生实训图纸设计大赛,将学生视觉和空间上的想法在图纸上呈现,即增强了学生的审美能力,又培养了学生的创新能力和动手能力。
通过数控G代码刀具轨迹绘画、模拟表演提高身体运动智能 数控教学中G代码指令种类繁多,每种指令格式、含义及刀具轨迹各不相同。而通过将G代码进行分类,例如,在数控车削中循环指令分为两类,一类是单一循环指令内外圆单一切削循环指令G90、端面单一切削循环G94和螺纹单一循环指令G92;另一类是复合循环指令内外圆粗车复合循环指令G71、端面粗车复合循环指令G72、仿形粗车循环指令G73、端面切槽循环指令G74、径向切削循环指令G75和螺纹切削复合循环指令G76。这两类循环指令在学习时指令格式容易混淆、刀具轨迹各不相同,通过让学生编制课堂游戏规则,抽签决定绘画、模拟G代码刀具轨迹的类型,可以迅速提高学生的学习能力,使枯燥的课堂内容形象化,增加了学生的兴趣,有利于发展学生的身体运动智能。
通过数控加工过程中机床发出的声音节奏提高音乐节奏智能 音乐智能是培养学生对音调、旋律、节奏和音色的敏感力。在数控实训过程中不乏体验音乐节奏的例证:如主轴转速的快慢、冷却液的开关、背吃刀量的大小、刀具切削速度及进给量的设定和不同类型刀具切削时所发出的声音特点均不相同,在编程时合理选择刀具类型、切削速度、进给量、背吃刀量和主轴转速不仅可以降低机床和刀具的磨损,还可以使数控加工过程中机床发出合理的音乐节奏。同时通过探究数控机床加工过程中产生的声音规律,还有利于解决零件编程过程中工艺制定和数控机床故障,是一种促进学生创新能力和实践能力多智能发展和多智能教学的有效途径。
通过分组竞赛、生生合作提高人际交往智能 数控教学具备理实一体化的特点,便于构建新奇趣味、结构新颖和程式多样化的课堂,特别适合开展分组合作学习、小组探究学习与交流、生生互助学习等课堂活动。在课堂上,学生以小组为单位,进行编程、讨论、仿真和实训。在合作过程中学生间、师生间进行情感交流,即完成了知识的构建过程,也使学生的团队意识和人际交往智能得到锻炼和发展,更有助于开发学生的人际潜能、促进智能优势互补。
通过自评、互评、课堂考评提高自我认知智能 自我认知智能是个人了解、认知、评价和反省自己的能力。在教学过程中通过激发学生自评、引导学生互评和增强教师考评的方式,让学生肯定自己的优点,更加自信,面对自己的不足及时鼓励纠正。这样学生就清楚自身的智能特点,知道自己如何做才能使自己更加完美。同时,在学生评价过程中,教师在优势方面要强调主观性,缺点方面要强调客观性,使学生得到鼓励,自信心得到增强。
通过营造虚拟情境提高自然博物智能和存在智能 数控内容包括复杂的机床构造、编程原理、实训事项等问题,如果仅用文字去阐述这样的问题,很难让学生理解。数控专业课程还包括AutoCAD、MasterCAM、宇龙仿真等教学软件,通过这些软件构建数控理论的虚拟情境,使书面知识图片化和视频化,易于让学生理解接受。例如,教师在授课前还可以组织参观数控实训场景、数控模拟情境,通过先认识再学习的环节,发挥学生的自然观察智能;还可以设计数控G代码的刀具轨迹图为CAD、MasterCAM等软件教学的实训图纸,这样学生不仅能掌握CAD的相关技能,还对数控编程中重难点知识有了充分认识。
多元化的教学评价
各种智能不是以整合的方式存在,而是相互独立的,各自有着不同的发展规律,即便是同一种智能,其表现形式也不一样。因此,我们很难找到一个适用于所有学生的统一评价标准,我们应该改变以传统的学科成绩和教师为权威的评价观。在评价内容上,不应仅局限于教学内容,还应从不同教学形式下学生的表现对其进行评价;在评价方式上,应当探究从学生的身体心理素质、劳动技能素质、创新能力和实践能力、自我认知能力、科学文化知识、思想道德素质等多元化考核;在评价主体上,实施以学生自评、学生互评和教师测评等多元化的评价。多元化评价注重观察学生的智能差异和个性差异,重视对于学生品德、情感和价值观的评价和培养,为培养和开发学生的多元化智能、实现数控教学目标提供了科学保障。
评价内容多元化 职业院校的学生由于其年龄特点,个性差异比较明显,品德结构尚不完善。而数控教学存在编程原理逻辑性强、难理解,实训课程多、劳动强度大的特点,这导致了学生厌学、课堂参与度低的现象。如果仅以学生成绩作为教学目标评定依据,势必导致教学效果不理想、学生自尊心受到伤害。为提高学生的学习积极性,在数控教学中应强化学生的智能优势,加大对学生的学习行为、学习能力、学习态度、自主能力和合作精神的考核,增强每个学生的学习自信心和自我认知能力。
评价方式多元化 在教学内容上要形成以口试、辩论、现场实操考核、模拟表演、竞赛等多种方式相结合,同时辅以学生思想道德素质、身体心理素质、劳动技能素质、创新能力和实践能力等品德结合的考核。采用“教学内容多元化评价”和“学生品德多元化评价”的方法,让学生发挥在语言、身体运动和人际交往等方面的智能特点去完成学习任务。
评价主体多元化 改变过去只有教师进行评估的做法,实行以教师评价为主,鼓励学生自评和学生互评,辅以家长参评和企业评估等多种评价相结合、相互促进的方式,使得评价的结果更加全面、真实。
多元智能理论为数控教学提供了教学启示和理论支持,是强化学生智能优势、培养学生多元化智能的理论武器,为建立多元化的教学体系和多元化的评价结构提供了良好的思路。
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关键词:电气自动化;plc技术;应用
1、电气自动化与plc技术概念
1.1电气自动化
电气自动化主要是指研究与电气工程相关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、实验分析、研制开发及电子和计算机等领域的一门科学。随着经济的发展和各种科学技术的运用,我国的电气自动化走上了快速发展的道路,电气自动化水平不断提高。
目前,电气自动化已运用于工业生产的各个领域,并且已在电气自动化中融入了嵌入式网络通信技术等,收到了良好的效果。尤其是plc技术的应用,显著提升了电气自动化的灵活性和控制性,大大拓展了其应用领域和应用范围。
1.2 plc技术
plc技术是可编程控制器的简称,它虽然本身属于计算机技术,却是为工业控制应用专门设计制造的一种控制器。早期的可编程控制器又被称为可编程逻辑控制器,随着计算机技术的发展和plc本身的逐渐成熟,现在所使用的plc已远远超出了逻辑控制的范围,不过习惯上仍称为plc。
plc的控制原理主要分为三个步骤,即输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段。在输入阶段,plc利用数据扫描器一次读入所有的输入状态和数据并存在plc的i/o映像区内。然后按照由上到下的基本顺序扫描用户程序,一般呈现出一个梯形图,扫描完成后进行逻辑运算,根据运算的结果刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应的位状态。扫描用户程序以后,就进入输出刷新阶段,控制器中的cpu向系统发出指令,按i/o映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,在经过输出电路驱动外设,达到控制电器系统的目的。
2、plc技术的电气自动化应用
2.1中央空调中的应用
中央空调与工农业生产和生活有着密切的关系,无论是在工业生产中,还是在城市居民的日常生活中,都是不可缺少的一种工业系统。例如,在一些对温度要求比较高的电子企业中,中央空调是车间生产的必备设备,一般要借助中央空调来稳定车间内的温度。
目前,中央空调冷冻系统的控制方式主要有三种,即早期的继电器控制系统、直接数字式控制器及可编程序控制器控制系统。其中,plc控制系统不仅智能化水平较高且具有良好的抗干扰能力,对控制系统的结构也没有硬性的要求,运行的可靠性大大提高,使用和维护起来也很方便,目前已成为中央空调中应用最广泛的控制系统。
2.2顺序控制中的应用
顺序控制通常是由现场传感器、i/o站与主站层等三层网络结构所构成的,其中,主站层是由人机接口与plc控制器共同组成的并设置于整个系统集控室中。在集控室当中,其主要是由plc技术的控制系统所构成的,具有自动控制功能,不过也需要手动操作,对带联锁与解除联锁进行控制。
主站层与i/o站间是通过光纤总线进行连接的,i/o站和现场传感器间是通过二次控制的电缆进行连接的。整个系统的程序是由多个功能模块与一个主程序的功能模块所组成的。企业工作人员能够在控制室中,通过plc远程站完善系统功能,对其整个设备系统的运行工况进行控制与监视,可有效地实现整个钢厂系统的自动控制,甚至可实现无人值班,有效地提高了整个钢厂系统生产的可靠性与生产效率。
2.3公路交通系统中的应用
随着城市的快速发展,公路交通系统在很大程度上决定了城市的秩序,尤其是交通秩序,立交桥等城市交通系统的复杂化,使交通信号灯的控制更加困难。传统的交通信号灯的控制方式已不适应公路交通系统快速发展的需要,现在很多城市将plc技术应用到交通信号灯系统设计中,形成了plc型交通信号灯控制器,对交通信号灯的控制能力大大增加,使其对城市发展的适应力能力明显地提高。
plc控制器对外部环境的适应力很强且内部具有丰富的定时器资源,对城市交通发展中常用的“渐进式”信号灯能够进行精确的控制,特别是能够实现对岔路口的控制。目前,国内使用的plc交通信号
灯控制系统在内部具有实时时钟,通过plc编程控制可以对交通信号进行全天候的无人管理。由于plc控制器自身具有联网通讯的功能,这样就能够帮助交通部门对各个信号灯进行局域网式的统一调度和管理,最大程度地缩小车辆信号灯的等候时间,从而更加科学地对城市交通进行管理。
2.4开关量控制中的应用
随着plc技术的不断发展,基于plc技术的电气自动化系统被广泛应用在工业领域例如钢铁企业系统中的开关量控制与顺序控制。钢铁企业的原控制系统多采用电磁型的继电器作为主要元件,不过此类控制系统因继电器中含大量的电磁设备,其触点比较多,众多机械触点降低了设备运行的可靠性,并且存在接线复杂及使用寿命低等问题,体积大占用了较大空间。
目前,plc技术的应用对开关量控制中的诸多问题进行了解决,尤其是plc可靠性很高,控制断路器可靠性也很高,有效保证了钢厂开关设备的安全运行,控制高压断路器可以很好地执行正常手动分、合闸的操作,给出相应的指示信号;在其不能正常操作的时候,也可给出相应的指示信号;在正常分、合闸结束后,可自动地切断分、合闸间的回路;在事故发生时,其可以自动分闸,发出事故音响或者闪光信号,并具有闭锁功能。钢铁企业采取plc技术控制后,对二次接线进行了简化,原繁琐逻辑电路与二次接线被plc技术元件代替,原硬件参数调整由程序参数来设定,编制好符合相关要求的控制程序即可。
2.5数控系统中的应用
随着我国工业技术的发展,数控技术已成为工业生产中一种不可缺少的技术,而数控技术的实现与plc应用有着密切的关系。目前常见的数控系统主要有三种,即点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在工业生产中,数控系统主要用于机械加工,其中点位控制一般用于孔加工机床,一般不考虑加工物体的运动轨迹,移动过程中一般不进行加工。
数控系统的实现主要有两种方式,即全功能数控装置和单板机控制,这两种控制系统虽都应用了plc,但功能和应用范围上有很大区别。全功能数控装置的功能非常完善,但价格非常昂贵,对一些企业来说这种装置的许多功能完全是多余的。为满足一般企业的发展需要,市场上出现了基于plc的单板机数据系统,其是为解决传统单片机中长期存在的设计硬件电路、接口电路、驱动电路和抗干扰问题,不仅能根据生产需要调整机床功能,还能根据技术进步对机床功能进行升级,提高了企业经营管理的灵活性。
3、结语
在电气自动化当中,plc技术因其很强的抗干扰性、高可靠性与操作简单等优点,获得了广阔的应用前景。为进一步拓展plc技术的应用范围,满足不同的工业控制场合,我们还需要加强科研投入力度来提高完善plc技术,为工业发展提供更为先进科学的电气自动化设备。
参考文献:
[1]李善林:《plc技术在煤矿提升机电控系统中的应用》[j]煤炭技术,2013(05)