数控加工中心改造及教学改革

曹　霞　黄志荣

摘 要： 本文针对数控专业实验室中大型设备被闲置的情况，以一台老式数控机床的改造为例，探讨如何有效解决这类问题，从而更好地进行教学和科研工作，培养更多的高素质的机械专业人才。

关键词： 数控加工中心 改造 教学实验

我校机械学院在上世纪80年代初购置了一系列大型数控机床设备，其中1985年购买了一台北京精密机床厂生产的JCS-018立式加工中心，采用FANUC—BESK 7M系统的全功能数控机床，7CM系统的全部功能由系统软件实现，并组建了关于数控方面教学和研究的专业实验室，开展了数控专业实验教学。这种专业实验教学是高等工科院校的一个重要教学环节，它对提高人才素质，特别是对大学生及研究生的工程实践能力与创新能力的提高起着至关重要的作用［１］，为我校数控专业人才的培养作出了贡献。

但这种具有高、精、尖特点的大中型数控设备在使用过程中常出现设备故障率高，需要按时定期维护，而且维护成本高，技术难点多，再加上学校后期管理中对这些设备没有配备专门实验人员，只是由教师和科研人员管理使用，资金短缺，维护不及时也不到位，致使这些设备除了教学实验以外，基本上处于闲置和隐性退役状态。目前，这种大型设备的闲置现象在我国高校中比较普遍，也比较严重［２］。

为了解决目前这一情况，有效利用这些闲置资源，在院领导的支持下，我们决定对JCS-018立式加工中心进行部分功能的维修及开发，保证其正常运转，满足教学和科研的需要。如果改造成功，将其作为试点，对其它大型闲置设备进行改造将有深远意义。

一、改造前该机床本身状况及使用情况

该机床从引进到现在，主要用于学校的教学实验演示及科研，基本没有用于产品的生产加工。改造前整个机床仅能做简单的数控加工演示，经有关专家对该机床做详细的检查后，得出机床本身的状况：

1.数控操作系统已经淘汰，用于教学已经不能满足社会对该种人才的需要。

2.由于年代过长，机床电气部分的一些电路已老化，系统主板存在一些问题。

3.数控程序输入部分仅能靠人工输入，纸带传输机已经损坏，不能使用，而且长期没用使用该机床，以致操作面板受潮，部分开关接触不良。

4.自动换刀装置已损坏，不能使用。

5.由于该机床实际使用工作时间不长，因此机床机械部分还相当完好，定位精度较高。

二、教学实验中存在的问题

7CM数控操作系统年代过久，早已被社会上的企业所淘汰，学生没有学习积极性；自动换刀装置是数控机床区别与其它普通机床的一大特点，不能体现出来，使学生少了一次学习的机会；问题最为严重的是程序传输部分：纸带传输装置不能使用，在做教学演示时，必须人工逐句逐行地输入，相当浪费时间，对于同个演示程序问题不大，但如若演示程序不同，每次就都必须重新输入，教师很辛苦，同时也不利于学生学习，实验时间本来就少而紧，由于输入相当浪费时间，因此演示的内容很少，学生能亲自上机操作的机会不多。现在教学演示基本上是简单的程序，如果程序过于复杂，那么输入时间就会很长，而课时根本不允许。

三、改造的内容及目标

根据目前设备状况，较好的方案是因地制宜，发挥机床机械部分较好这一优势，结合教学实验中反映较为突出的问题，针对现有资金不多这一情况，首先对机床程序传输部分进行改造，实现用计算机直接或间接控制该机床进行加工。一方面可以提高数控编程技术教学实验的水平和质量，进一步培养学生的基本动手能力和创新能力，充分发挥学生专业实验的自主性，结合实际的生产需要，学习先进的现代机械制造技术，培养高素质的机械专业人才。另一方面可以利用教学实验以外的时间，进行对外产品加工，实现效益创收，实现“以机养机”，即把对外加工产生的利润作用机床的日常维护及机床进一步改造的费用。

四、实践情况及效果

根据纸带传输机的原理，我们对该机床程序传输部分进行了改造，实现了用计算机传输程序，目前正在用于教学实验和教师的科研工作。

1.在教学上取的效果。

在未改造之前，受到人工编程、人工输入程序，以及机床本身内存太小的限制，只能进行一般比较简单的二维平面铣削实验演示，如图1。

图1

经过改造实现用计算机传输程序直接控制机床在线加工后，能实现类似于半球这样三维物体的加工演示，也能进行较复杂三维曲线的加工实验演示，如图2。

图2

可以看到，经过改造后，不但原本处于闲置和隐性退役状态的老式机床重新正常运转起来了，而且大大提高了我院数控实验教学的质量，基本解决了原来实验教学中存在的问题。学院在20世纪中期就开设了三维造型及数控加工的相关课程，传授学生如何应用如Solidworks，MasterCAM，UG，Pro/E等目前比较流行的三维造型及NC加工软件实现机械产品从设计到加工的全过程，以前受由于机床的限制，NC加工的过程一直只能用计算机仿真来代替，现在可以在数控加工中心上实现了。用一个移动存储盘就能很好地保存这些资料，避免了资料的遗失或损坏，也避免了实验教师的重复劳动。学生可以在其它计算机上做好NC加工的前期准备工作，实验时能很快实现加工演示，节省了很多时间，增加了每个学生进行实际上机操作的机会，有利于培养学生的动手能力，发挥学生的创造力。

2.实现对外产品加工和效益创收。

利用实验教学的空余时间，以该机床目前的性能完全有能力进行一些机械产品的对外加工，例如凸轮，喷丝板的计量孔加工等。图3就是该机床进行喷丝板计量孔加工的过程，经过在线检测，计量孔的质量符合厂家的要求。

图3

经过改造后，除满足教学科研外，还有效利用设备空闲时间，实现了效益创收。不仅可收回前期投入改造的资金，除去机床日常运作的开销费用，同时还可以积攒资金，为该机床的进一步改造创造条件。在此成功的基础上，下一步准备对自动换刀装置进行改造，最终给该机床换上先进的数控操作系统，达到良性循环，实现真正的“以机养机”。

五、后期维护及管理

鉴于以前的经验教训，实验室的设备管理维护采用学生勤工俭学方式。学生进行培训符合上岗要求后，才能进行日常科研和设备管理工作。勤工俭学费用直接从该设备的效益创收中支出。这样做既有利于该设备的维护和使用，又可以增强学生的实际科研工作能力，同时为学生提供了勤工俭学的岗位。

六、结语

以上是我院对JCS-018立式加工中心改造的实例，为解决这类实验室大型设备闲置问题提供了一条可行性很强的方案，并以此试点的成功经验向全院乃至全校推广，为学校的教学实验、科研工作，以及培养高素质的人才提供了更好的硬件条件。

参考文献：

［1］罗意平，潘迪夫，杨岳，刘国买.专业实验教学改革的研究与实践［J］.实验室研究与探索，2002，（03）：16-18.

［2］王军宁.大型精密仪器设备闲置问题的管理与对策［J］.实验室研究与探索，1996，（06）：151-153.