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摘要：针对高职院校数控专业教学中存在的种种问题以及高职院校数控实验室设备现状，阐述了普通机床进行数控化改造的必要性以及普通机床数控化改造的内容，为高职院校数控专业教学提供了一个低成本、优效果的思路。
关键词：高职院校；数控教学；普通机床；数控化改造
中图分类号：G718文献标识码：A文章编号：1672-5727（2011）S0-0135-02
随着科学技术的快速发展，制造业用机床也几经更新换代，使得大部分高职院校的数控实验室中存放着不少过时或报废了的小型普通机床。目前，各高职院校都开设了数控专业，在实际教学中采用大型数控机床，学生无法看到数控机床的结构，对于数控机床的工作原理及数控机床故障诊断与排除等仅限于课本知识，而且采用大型数控机床进行教学的成本也较高。采用小型数控机床既可以满足数控教学的需求，提高教学效果，又可以节省成本。为了合理利用资源，同时更好地服务数控教学，高职院校进行小型普通机床的数控化改造具有重要的意义。
高职院校数控教学面临的问题
高职院校数控专业的核心专业课程为《数控机床原理及应用》、《数控机床加工工艺》、《数据机床故障诊断与维修》、《机床电气控制技术》等。数控专业学生的培养目标就是了解数控机床的结构、工作原理；能进行简单零件的工艺分析、编程，并操作数控机床加工零件；能进行数控机床常见故障的诊断与故障排除等。目前，大部分高职院校在进行数控专业课程教学时采用的是大中型数控机床，在教学过程中存在如下问题：
教学成本问题（1）购买成本高。由于数控专业课程教学过程中采用的大型数控机床为直接从厂家购买，根据所购买机床的型号不同，成本从几万到几十万不等，多数高职院校没有资金购买足够的数控设备来满足教学。（2）材料、能源消耗较高。进行数控操作教学时，一台大型数控机床开动起来后的成本较高，如刀具、毛坯、用电成本。（3）设备维护、维修成本较高。
教学效果问题（1）为了美观，数控机床往往对重要的电气部件、机械结构等进行了包装，从机床外观无法看到这些结构。因此，在教学过程中无法让学生看到数控机床的各结构构成，更无法了解数控机床的机、电、液三部分相互配合完成数控机床动作的原理。（2）在《数控机床加工工艺》课程教学中，根据教师下达的任务，学生需要对零件进行工艺分析、编程，然后在数控机床上进行程序校验、修改，最后操作机床将零件加工出来。由于采用了大型数控机床，大多数学校为了节省成本，同时也是从学生的安全考虑，往往省略了数控加工这一部分，数控机床操作仅仅是对刀而已。这样，使得学生对数控机床的操作仅仅是简单地对几个按钮进行操作，无法达到熟练操作数控机床的目的。（3）目前，大多数高职院校《数控机床故障诊断与维修》课程教学往往采用教学用模拟试验台，学生无法真实体验到数控机床在出现某种故障时的现象，因此，在现场进行故障诊断与排除时，往往无法对故障现象做出正确判断，从而影响故障的排除。
普通机床数控化改造的必要性
为了满足数控专业教学的需求，并能加工一些形状复杂、精度要求较高、普通机床难以加工的零件，有必要将闲置不用的普通机床进行数控化改造。
首先，同购置新的数控机床相比，改造一台机床一般可以节省60%~80%的费用，改造费用低。小型数控机床占用空间小、设备维护维修费用也较低。
其次，与普通机床相比，数控机床可以实现自动化、高精度地加工复杂零件。由于计算机有高超的运算能力，可以准确、快速地计算出每个坐标轴瞬时的运动量，即可以快速准确地实现三轴或多轴联动，因此，数控机床可以加工曲线、曲面等形状复杂的零件。由于计算机可以将输入的程序存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化加工。在加工过程中，计算机还可以自动进行刀具寿命管理，不会因刀具磨损而影响工件精度及其一致性。特别是数控系统中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能，使加工精度得到进一步提高。适合批量加工零件，加工新一批零件时，只需要更换数控程序，即可实现另一零件的自动化加工，效率可比传统机床提高3～7倍。
再次，为数控教学提供教学设备，提高教学效果。与新购买的数控机床相比，改造后的小型数控机床的控制系统、电气系统及机械结构均外露。控制系统是安装在计算机中的程序构成，而不是集成在机床中；电气设备安放在专门设计的电气柜中，打开电气柜就可以看到里面的设备以及设备与设备、设备与机械结构的连线；数控机床的主体结构如X、Y、Z方向的导轨、丝杠、电主轴等机械部件外露，并且机械部件中的丝杠与电气系统中的伺服电动机之间的连接通过联轴器连接的设计也是外露的。因此，改造后的小型数控机床可以满足数控专业教学的要求。（1）可以让学生看到数控机床的机械、电气及控制系统等结构，以及几大结构之间的相互连接，进而了解并熟悉数控机床的工作原理。（2）学生自己进行工艺分析，编好的程序可以方便地输入到安装在计算机上的控制系统中。而且目前的控制系统支持多种CAM软件的数控编程，如MasterCAM、UG等，学生可以通过CAM软件自己设计零件并进行模拟加工，得到的程序可以直接在控制系统软件中读取，并用来控制数控机床加工出零件来。同时，学生也可以在计算机中实现零件及数控程序的快速修改。（3）改造后的小型数控机床可以方便地设置各种故障。例如，教师修改变频器的参数使电主轴无法旋转，然后让学生自己进行故障原因分析并排除故障。综上所述，改造后的小型数控机床可以方便地进行《数控机床原理及应用》、《数控机床加工工艺》、《数据机床故障诊断与维修》、《机床电气控制技术》等课程的教学，而且可以让学生更直接、感性地认识、操作数控机床，与购买大型数控机床进行教学相比，可以大大提高教学效果。
最后，为高职教师提供了科研平台。在对普通机床进行数控化改造过程中，需要组织专业教师进行方案确定、电气系统设计、机械部件改造、机电调试等一系列工作，因此，也就给专业教师提供了一个实践锻炼、科学研究的平台。另外，高职教师可以此为平台，进行相关的科研项目研究，研究成果也能更好地服务数控教学。
普通机床数控化改造的内容
对普通机床进行数控化改造，主要包括以下内容：（1）电气系统的设计。为了实现对普通机床的数控化改造，必须按照数控机床的数控系统设计出科学合理的电气系统来驱动机床实现自动运动。（2）机械结构的设计改造。为了实现计算机控制机床，需要将电气系统与机床的机械结构进行连接，这就需要对机床的机械结构进行设计改造，从而实现数控化。（3）CNC化。在普通机床上加装数控系统及电气系统，并进行必要的技术更新或技术创新，将其改造成为数控机床。（4）实现功能升级。由于数控机床通过数控系统进行控制，可以实现加工过程中的三轴或多轴联动，因此，改造后的数控机床可以加工普通机床无法加工的曲线、曲面等复杂零件。
在高职院校对普通机床进行数控化改造，不仅可以将学校过时的普通机床进行升级改造，给教师提供一个科研平台，更重要的是，可以解决高职院校数控专业教学中的各种问题，改造后的成果可以更好地服务数控专业教学。
参考文献：
[1]赵中敏.机床数控改造探讨[J].中国设备工程，2005，（10）：13．
[2]吕一中.我国数控机床及机床数控化改造研究[J].北京工业职业技术学院学报，2005，（3）．
[3]李亚非,吴康雄,易继军.旧机床的数控化再制造技术探讨[J].制造技术，2006，33（2）：55．
[4]袁顺建.浅析普通机床的数控改造[J]．职业，2007，（24）：60．
[5]陈洪兵.浅谈机床数控改造[J]．今日科苑，2008，（4）：44．
[6]伊晓东.浅析普通车床的数控改造[J]．机械与电子，2009，（7）．
[7]张保生,李莲英.数控机床维修方法[J]．设备管理与维修，2008，（5）：26．
作者简介：
段少丽（1979—），女，山东烟台人，硕士，武汉交通职业学院机电工程系讲师，研究方向为专业教学研究。
关键词：高职院校；数控教学；普通机床；数控化改造
中图分类号：G718文献标识码：A文章编号：1672-5727（2011）S0-0135-02
随着科学技术的快速发展，制造业用机床也几经更新换代，使得大部分高职院校的数控实验室中存放着不少过时或报废了的小型普通机床。目前，各高职院校都开设了数控专业，在实际教学中采用大型数控机床，学生无法看到数控机床的结构，对于数控机床的工作原理及数控机床故障诊断与排除等仅限于课本知识，而且采用大型数控机床进行教学的成本也较高。采用小型数控机床既可以满足数控教学的需求，提高教学效果，又可以节省成本。为了合理利用资源，同时更好地服务数控教学，高职院校进行小型普通机床的数控化改造具有重要的意义。
高职院校数控教学面临的问题
高职院校数控专业的核心专业课程为《数控机床原理及应用》、《数控机床加工工艺》、《数据机床故障诊断与维修》、《机床电气控制技术》等。数控专业学生的培养目标就是了解数控机床的结构、工作原理；能进行简单零件的工艺分析、编程，并操作数控机床加工零件；能进行数控机床常见故障的诊断与故障排除等。目前，大部分高职院校在进行数控专业课程教学时采用的是大中型数控机床，在教学过程中存在如下问题：
教学成本问题（1）购买成本高。由于数控专业课程教学过程中采用的大型数控机床为直接从厂家购买，根据所购买机床的型号不同，成本从几万到几十万不等，多数高职院校没有资金购买足够的数控设备来满足教学。（2）材料、能源消耗较高。进行数控操作教学时，一台大型数控机床开动起来后的成本较高，如刀具、毛坯、用电成本。（3）设备维护、维修成本较高。
教学效果问题（1）为了美观，数控机床往往对重要的电气部件、机械结构等进行了包装，从机床外观无法看到这些结构。因此，在教学过程中无法让学生看到数控机床的各结构构成，更无法了解数控机床的机、电、液三部分相互配合完成数控机床动作的原理。（2）在《数控机床加工工艺》课程教学中，根据教师下达的任务，学生需要对零件进行工艺分析、编程，然后在数控机床上进行程序校验、修改，最后操作机床将零件加工出来。由于采用了大型数控机床，大多数学校为了节省成本，同时也是从学生的安全考虑，往往省略了数控加工这一部分，数控机床操作仅仅是对刀而已。这样，使得学生对数控机床的操作仅仅是简单地对几个按钮进行操作，无法达到熟练操作数控机床的目的。（3）目前，大多数高职院校《数控机床故障诊断与维修》课程教学往往采用教学用模拟试验台，学生无法真实体验到数控机床在出现某种故障时的现象，因此，在现场进行故障诊断与排除时，往往无法对故障现象做出正确判断，从而影响故障的排除。
普通机床数控化改造的必要性
为了满足数控专业教学的需求，并能加工一些形状复杂、精度要求较高、普通机床难以加工的零件，有必要将闲置不用的普通机床进行数控化改造。
首先，同购置新的数控机床相比，改造一台机床一般可以节省60%~80%的费用，改造费用低。小型数控机床占用空间小、设备维护维修费用也较低。
其次，与普通机床相比，数控机床可以实现自动化、高精度地加工复杂零件。由于计算机有高超的运算能力，可以准确、快速地计算出每个坐标轴瞬时的运动量，即可以快速准确地实现三轴或多轴联动，因此，数控机床可以加工曲线、曲面等形状复杂的零件。由于计算机可以将输入的程序存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化加工。在加工过程中，计算机还可以自动进行刀具寿命管理，不会因刀具磨损而影响工件精度及其一致性。特别是数控系统中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能，使加工精度得到进一步提高。适合批量加工零件，加工新一批零件时，只需要更换数控程序，即可实现另一零件的自动化加工，效率可比传统机床提高3～7倍。
再次，为数控教学提供教学设备，提高教学效果。与新购买的数控机床相比，改造后的小型数控机床的控制系统、电气系统及机械结构均外露。控制系统是安装在计算机中的程序构成，而不是集成在机床中；电气设备安放在专门设计的电气柜中，打开电气柜就可以看到里面的设备以及设备与设备、设备与机械结构的连线；数控机床的主体结构如X、Y、Z方向的导轨、丝杠、电主轴等机械部件外露，并且机械部件中的丝杠与电气系统中的伺服电动机之间的连接通过联轴器连接的设计也是外露的。因此，改造后的小型数控机床可以满足数控专业教学的要求。（1）可以让学生看到数控机床的机械、电气及控制系统等结构，以及几大结构之间的相互连接，进而了解并熟悉数控机床的工作原理。（2）学生自己进行工艺分析，编好的程序可以方便地输入到安装在计算机上的控制系统中。而且目前的控制系统支持多种CAM软件的数控编程，如MasterCAM、UG等，学生可以通过CAM软件自己设计零件并进行模拟加工，得到的程序可以直接在控制系统软件中读取，并用来控制数控机床加工出零件来。同时，学生也可以在计算机中实现零件及数控程序的快速修改。（3）改造后的小型数控机床可以方便地设置各种故障。例如，教师修改变频器的参数使电主轴无法旋转，然后让学生自己进行故障原因分析并排除故障。综上所述，改造后的小型数控机床可以方便地进行《数控机床原理及应用》、《数控机床加工工艺》、《数据机床故障诊断与维修》、《机床电气控制技术》等课程的教学，而且可以让学生更直接、感性地认识、操作数控机床，与购买大型数控机床进行教学相比，可以大大提高教学效果。
最后，为高职教师提供了科研平台。在对普通机床进行数控化改造过程中，需要组织专业教师进行方案确定、电气系统设计、机械部件改造、机电调试等一系列工作，因此，也就给专业教师提供了一个实践锻炼、科学研究的平台。另外，高职教师可以此为平台，进行相关的科研项目研究，研究成果也能更好地服务数控教学。
普通机床数控化改造的内容
对普通机床进行数控化改造，主要包括以下内容：（1）电气系统的设计。为了实现对普通机床的数控化改造，必须按照数控机床的数控系统设计出科学合理的电气系统来驱动机床实现自动运动。（2）机械结构的设计改造。为了实现计算机控制机床，需要将电气系统与机床的机械结构进行连接，这就需要对机床的机械结构进行设计改造，从而实现数控化。（3）CNC化。在普通机床上加装数控系统及电气系统，并进行必要的技术更新或技术创新，将其改造成为数控机床。（4）实现功能升级。由于数控机床通过数控系统进行控制，可以实现加工过程中的三轴或多轴联动，因此，改造后的数控机床可以加工普通机床无法加工的曲线、曲面等复杂零件。
在高职院校对普通机床进行数控化改造，不仅可以将学校过时的普通机床进行升级改造，给教师提供一个科研平台，更重要的是，可以解决高职院校数控专业教学中的各种问题，改造后的成果可以更好地服务数控专业教学。
参考文献：
[1]赵中敏.机床数控改造探讨[J].中国设备工程，2005，（10）：13．
[2]吕一中.我国数控机床及机床数控化改造研究[J].北京工业职业技术学院学报，2005，（3）．
[3]李亚非,吴康雄,易继军.旧机床的数控化再制造技术探讨[J].制造技术，2006，33（2）：55．
[4]袁顺建.浅析普通机床的数控改造[J]．职业，2007，（24）：60．
[5]陈洪兵.浅谈机床数控改造[J]．今日科苑，2008，（4）：44．
[6]伊晓东.浅析普通车床的数控改造[J]．机械与电子，2009，（7）．
[7]张保生,李莲英.数控机床维修方法[J]．设备管理与维修，2008，（5）：26．
作者简介：
段少丽（1979—），女，山东烟台人，硕士，武汉交通职业学院机电工程系讲师，研究方向为专业教学研究。