談數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)科研反哺

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摘要:以數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)，通過科研反哺，示范性開設(shè)三弧段等距型面軸磨削基礎(chǔ)實驗，并開創(chuàng)性設(shè)置砂輪位移在線測量實驗。通過該綜合性、創(chuàng)新性實驗，全方位鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研能力，有效提高本科生綜合應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力。

關(guān)鍵詞:科研反哺;數(shù)控技術(shù);實驗教學(xué);磨削

《數(shù)控技術(shù)》屬于機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科生一門承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重點在于應(yīng)用數(shù)字信息(即數(shù)控程序)對機械運動和工作過程進行控制。實驗教學(xué)是學(xué)生利用儀器設(shè)備控制實驗對象的變化，通過觀察、測定和分析，驗證并鞏固課程知識，培養(yǎng)動手能力、觀察分析能力、創(chuàng)新能力的一種實踐性教學(xué)形式，在基礎(chǔ)課和專業(yè)課中廣泛應(yīng)用［1］。實驗教學(xué)屬于實踐教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是高等教育人才培養(yǎng)的重要組成部分。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)主要局限于課程理論的驗證，內(nèi)容相對比較傳統(tǒng)、常規(guī)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新思維，無法充分體現(xiàn)學(xué)生的主觀能動性［2］。為了加強實驗教學(xué)的深度與質(zhì)量，充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研能力，在實驗教學(xué)中有必要設(shè)置綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗［3］。綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗的開展對實驗教師的能力與素質(zhì)提出了很高的要求，科研型教師將最新的科研成果融入實驗教學(xué)，將科研反哺教學(xué)，以科研推動理論學(xué)習(xí)。

一、科研反哺實驗教學(xué)的意義

實驗教學(xué)與理論教學(xué)有著較大的差異性。理論教學(xué)要求教師對學(xué)科專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)了然于胸，在教授書本知識的同時，穿插最新研究成果對書本知識予以補充。實驗教學(xué)則需要教師掌握豐富的實驗經(jīng)驗和技能，在講授專業(yè)知識之余，還應(yīng)傳授學(xué)生原理性知識以及科研技能，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，初步掌握一些科研的思路和技能。教學(xué)和科研是高校教師的基本職能，兩者是互相依存、相輔相成的。教師通過科研可以提高研發(fā)水準(zhǔn)，學(xué)生則可以通過教師的科研反哺教學(xué)培養(yǎng)實踐精神。教師通過科研可以使自己平時在課堂教學(xué)或者實驗教學(xué)中碰到的問題得以驗證和解決，以科學(xué)研究驗證現(xiàn)有理論和開創(chuàng)新成果?？蒲心軌蚴菇處熣莆兆钚碌膶I(yè)理論和技能，豐富和拓展教師學(xué)術(shù)能力和執(zhí)教水平?？蒲蟹床附虒W(xué)，將最新的科研成果融入教學(xué)當(dāng)中，建立科研與教學(xué)的有機結(jié)合、相輔相成的長效機制，實現(xiàn)科研與教學(xué)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一發(fā)展，不失為一種處理科研與教學(xué)關(guān)系的有效途徑［4］。通過科研反哺教學(xué)，在幫助學(xué)生鞏固理論知識和鍛煉實踐能力的基礎(chǔ)上，還可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的綜合能力。同時，實驗教學(xué)亦是科研的催化劑，有助于對科研成果進一步拓展與驗證，有助于教師建立更加清晰的科研思路及脈絡(luò)。因此，科研反哺實驗教學(xué)的意義在于以下方面。(1)教師通過多年科研經(jīng)驗，掌握了一定的先進實驗技能，了解本學(xué)科最新的專業(yè)技術(shù)，因此可以傳授學(xué)生書本之外的實驗技能，使學(xué)生提前掌握讀研或者工作后才能接觸到的技能，從而培養(yǎng)出具有實踐經(jīng)驗的技術(shù)型人才。(2)教師基于自身科研課題需求，需要用到先進儀器設(shè)備，或者對實驗設(shè)備進行改造發(fā)揮其最大作用，甚至開發(fā)新的實驗儀器。通過若干科研研究，教師對實驗設(shè)備的性能、構(gòu)造等有著透徹的了解，對實驗原理有著深刻的見解，使得教師在傳授知識時表達(dá)得更加透徹、易懂。教師亦可總結(jié)一些貼合書本理論且具有實際意義的綜合性、創(chuàng)新性實驗，從而達(dá)到理論指導(dǎo)實踐的目的。(3)教師的科研課題往往是某學(xué)科中處于比較前沿、比較廣泛的項目，課題的完成可以解決企業(yè)實際生產(chǎn)過程中遇到的理論、實際問題。將科研中涉及的理論和技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，開展一系列項目性實驗，能使學(xué)生在學(xué)習(xí)實驗技能的同時，體驗科學(xué)研究的過程，可以使學(xué)生層次提高、教師獲益，并且使科研的意義得到升華。

二、三弧段等距型面軸數(shù)控磨削實驗教學(xué)設(shè)計

(1)三弧段等距型面軸磨削基礎(chǔ)。三弧段非圓等距型面是非圓等距型面中圓弧多邊形應(yīng)用最廣泛的一種截面輪廓。非圓等距型面是指型面的非圓廓形等尺寸性，即輪廓上任意對應(yīng)的兩條相互平行的切線距離相等的性質(zhì)［5］。非圓等距型面輪廓是型面無鍵聯(lián)接件的典型廓形，其在軸轂動力傳遞中具有自動定心、傳遞大扭矩、傳遞效率高、應(yīng)力集中小等特點，在礦山機械、鍛壓機械、鑄造機械等方面有著廣泛的應(yīng)用［6］。當(dāng)前非圓等距型面輪廓加工大都采用軌跡法，工件繞自身軸線轉(zhuǎn)動，刀具在兩個坐標(biāo)方向作往復(fù)運動，屬于三軸聯(lián)動加工，該制造工藝運動較復(fù)雜，對機床的性能要求較高。為簡化三弧段非圓等距型面軸加工工藝，引入X-C兩軸聯(lián)動磨削技術(shù)。工件繞其主軸C軸旋轉(zhuǎn)，砂輪繞其中心逆時針旋轉(zhuǎn)，同時砂輪隨著工件的旋轉(zhuǎn)沿X軸直線往返運動，加工過程中需確保工件與砂輪始終處于相切狀態(tài)。(2)三弧段等距型面軸磨削數(shù)控程序編制。三弧段等距型面軸的截面輪廓不規(guī)則，輪廓曲率半徑不斷變化，但是可以用函數(shù)表示廓形曲線。三弧段等距型面軸數(shù)控磨削與外圓磨削明顯不一致，要實現(xiàn)其X-C聯(lián)動磨削，需要對其截面輪廓進行插補。X-C聯(lián)動磨削一般按照C軸每轉(zhuǎn)1°或0．5°來計算砂輪在X軸方向的位移，即砂輪在每一個等分角度轉(zhuǎn)角點對應(yīng)的位移，其位移變化量相對較小，可以直接采用直線插補。根據(jù)三弧段等距型面軸的廓形函數(shù)與X-C聯(lián)動磨削數(shù)學(xué)模型，即可求得工件轉(zhuǎn)角與砂輪位移的對應(yīng)數(shù)據(jù)表，將該數(shù)據(jù)表導(dǎo)入回轉(zhuǎn)類非圓零件數(shù)控加工程序模塊，最終生成三弧段等距型面軸X-C聯(lián)動磨削數(shù)控程序。數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)的重點在于讓學(xué)生熟悉數(shù)控機床的坐標(biāo)系、數(shù)控加工的指令及程序結(jié)構(gòu)，并掌握數(shù)控加工程序的編制。三弧段等距型面軸磨削數(shù)控程序編制可以充分體現(xiàn)該教學(xué)目標(biāo)。(3)三弧段等距型面軸數(shù)控磨削實驗。三弧段等距型面軸數(shù)控磨削實驗在非圓高速數(shù)控磨床上進行，實驗具體過程為:選用合適的砂輪類型與尺寸、冷卻液類型;打開電源，開啟數(shù)控機床;將工件安裝在頭架與尾架間并固定好位置，對工件的X和Z軸對刀;手動操作機床回零，根據(jù)對刀時的X、Z值修改程序中保存的X、Z初始坐標(biāo)值;設(shè)定恰當(dāng)?shù)纳拜喚€速度、磨削深度、工件轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù);選擇編制的數(shù)控程序，讓機床進行自動磨削加工;待實驗完畢后按照要求關(guān)閉數(shù)控機床;斷開數(shù)控機床電源，清潔并整理實驗儀器和設(shè)備，將實驗儀器和設(shè)備歸位，打掃實驗現(xiàn)場。通過數(shù)控磨削加工實驗，學(xué)生可以了解非圓高速數(shù)控磨床的機械結(jié)構(gòu)特點、基本操作，加深對數(shù)控機床坐標(biāo)系、數(shù)控指令的理解，拓展機械制造相關(guān)理論的認(rèn)識與應(yīng)用。

三、數(shù)控磨削砂輪位移在線測量拓展實驗設(shè)計

三弧段等距型面軸X-C聯(lián)動磨削會產(chǎn)生很大的加速度，磨床的伺服系統(tǒng)響應(yīng)滯后，砂輪位移達(dá)不到程序預(yù)期目標(biāo)，使工件磨削不充分，存在較大誤差，影響工件的加工精度與使用性能。三弧段等距型面軸X-C聯(lián)動磨削砂輪位移在線測量平臺包括激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集儀，以及固定傳感器的磁力座、螺栓和螺母。激光位移傳感器通過螺栓和螺母固定并將螺栓用磁力座夾住，將磁力座吸附在尾架上，將連接線接好，使傳感器鏡頭平面與砂輪架前表面平行，并調(diào)節(jié)激光位移傳感器的傾角;打開新建的數(shù)據(jù)采集與分析界面，設(shè)置好采集通道中的激光位移傳感器的參數(shù);實驗前手動控制砂輪與三弧段等距型面軸最小圓弧半徑點接觸，采用激光位移傳感器測量初始距離;啟動數(shù)控程序，讓數(shù)控機床進行三弧段等距型面軸的磨削加工;激光位移傳感器和數(shù)據(jù)采集儀檢測得到不同時刻的砂輪位移，對砂輪位移數(shù)據(jù)進行分析。通過砂輪位移在線測量，使學(xué)生理解激光位移傳感器的工作原理，掌握其使用方法;理解數(shù)控磨削過程中存在的磨床伺服系統(tǒng)響應(yīng)對X軸位移誤差影響的問題。

四、結(jié)語

結(jié)合數(shù)控技術(shù)課程及其實驗教學(xué)的具體情況，充分吸收科研項目中數(shù)控相關(guān)實驗，通過科研反哺數(shù)控技術(shù)實驗教學(xué)，示范性開設(shè)三弧段等距型面軸磨削基礎(chǔ)實驗，并開創(chuàng)性設(shè)置砂輪位移在線測量實驗，使學(xué)生熟悉掌握數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與基本操作、數(shù)控程序編寫、位移測量、數(shù)據(jù)采集分析處理、實驗報告撰寫等。同時通過全程參與，在設(shè)計實驗方案中提高學(xué)生的思維能力，搭建實驗平臺中提高動手能力，分析實驗數(shù)據(jù)中增強總結(jié)能力等，全方位綜合鍛煉創(chuàng)新意識和科研能力，對于有效提高學(xué)生綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力具有重要的意義，為進一步從事制造領(lǐng)域相關(guān)科學(xué)研究和企業(yè)生產(chǎn)實踐工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

［1］馮文杰．機械工程基礎(chǔ)實驗教程［M］．重慶:重慶大學(xué)出版社，2007．

［2］劉偉，伍俏平，羅榮．“機械工程基礎(chǔ)實驗”的教學(xué)現(xiàn)狀與改革探討［J］．教育教學(xué)論壇，2017，(35):112-113．

［3］楊慧斌，閆娟．淺談科研反哺實踐教學(xué)［J］．中國校外教育，2010，(22):79．

［4］高磊，令狐浪，楊德志，等．科研反哺教學(xué)在藥學(xué)綜合實驗中的實施［J］．基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2020，22(6):413-415．

［5］杜新宇，杜太生．型面無鍵聯(lián)接及制造［M］．武漢:華中科技大學(xué)出版社，2016．

［6］劉春孝，王海燕．型面聯(lián)接研究綜述［J］．焦作大學(xué)學(xué)報，2008，(3):69-70．

作者：劉偉 劉順 單位：湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室