数控基础（共9篇）
数控基础 篇1
近日, 大连光洋科技工程有限公司在工控和数控领域取得的四项新技术和新产品通过了由大连市科技局和大连市经委联合组织的专家鉴定。专家认为, 四项新产品达到国际先进水平, 其中基于Windows的实时技术等三项技术攻破了高档数控系统基础技术的堡垒。
通用可编程工业自动化控制器打破了国外垄断, 可广泛用于船舶、印刷、纺织、机械制造、化工等行业。基于Windows的实时技术使我国工业控制使用Windows系统成为可能。由于Windows自身的执行速度不能与工业生产相匹配, 还需要有相应的实时系统。光洋实时技术将Windows的执行频度由每秒100次提高至数万次, 主要指标部分达到或超过国外同类产品水平。
高温场多通道无线温度采集仪可用于高档数控机床的温度形变补偿, 提高加工精度;也可广泛用于电子、石化、冶金、船舶及食品加工等行业。它能在300℃以下环境工作, 对运动中物体进行温度采集。精密细分器技术是高精度测量与运动控制的关键技术, 其分辨率越高, 越能够实现更加精确的运动。在直线位置传感领域, 国际先进水平已经向纳米级测量接近;在角度方面, 国际先进水平分辨率已达0.000 3角秒。我国在这方面与国际水平还有较大差距, 由于这项技术的军民两用特征, 国外500倍以上细分器相关产品对我国实行技术封锁。光洋这项技术将数控系统的实际控制分辨率提升4 096倍, 实现了0.002 4角秒的角度分辨率。将为我国以精密磨床为代表的高精度数控机床控制实现纳米级运动控制提供基本的技术保障。
(摘编自《中国工业报》)
数控基础 篇2
一、目的意义
“数控技术”课是现代先进制造技术的基础，是一门新兴的机械制造及机电控制类专业必修的专业技术基础课。它是在机械类、电类基础课程教学的基础上(电工技术、电子技术、数字电路和模拟电路、计算机原理及接口技术、算法语言、自动控制原理、机械电器控制、液压传动和测试技术等)，讲授现代制造系统中的数字控制技术。其内容包括：数控技术的基本概念、基本原理、产生和发展;数控加工的编程技术;轨迹控制(插补)原理;数控装置的硬软件结构、组成、工作原理;数控系统中的检测技术和速度位移的伺服控制技术等。该课培养学生应用多学科知识分析的问题能力及机电系统综合设计应用能力，从而提高学生解决实际问题和自主分析问题的能力。
二、教学内容体系与教学要求
1、课程内容体系：
数控技术教育课程体系：数控概论、数控技术、数控机械设计、数控工艺(包括数控刀具);实践教学体系：认识实习、操作培训、实验、课程设计和毕业设计等(特别是结合科研的毕业设计)。数控技术课内容(见教学大纲)本身具有打破了单一学科界限，多学科知识融合的.特点。它是以数控工艺和设备为对象形成一个知识体系，遵循实践认识、理论学习、再实践提高的规律。因此，讲授时首先介绍概念，接着讲解应用技术(数控加工编程技术)，然后进行理论性内容教学。最后通过实验和设计等实践环节使学生得到进一步的理解和提高。课程设置上的体系结构包括前导课、主干课、系统应用课和后续课;教环节上包括实习操作(在金工培训、生产实习中安排数控机床和数控设备的操行实习)、讲课、实验(开出必修实验三个，选做实验2--3个)、课程设计(增加数控技术方面的题目)和毕生设计(加强数控技术方面毕业论文的理论性、综合性和实践性，启发同学的创造精神)。
2、教学要求
数控技术将传统的机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体。该课以给学生建立系统概念为目标，培养学生全面综合应用机电知识的能力，机电系统的总体设计能力，以适应现代制造业，现代制造系统，如CAD、CAM、CAPP、FMS、CIMS、FA、……等的要求。具体要求如下：
①数控技术的基本原理，数控机床的结构组成;
②数控编程加工技术;
③现代数控装置的软、硬结构原理;
④现代数控的伺服驱动技术;
⑤实验能力;
⑥科研、开发能力(对优秀学同学要求，其他同学只做一般要求)
三、教学安排及教学法
1、按认识规律和教学规律“先整体―后一般―再总体，先综合―后专题―再综合，先实践―后理论―再实践，以及由浅入深”地进行教学内容安排：先认识实习，看教学多媒体片，然后讲授理论课。再通过实验、作业、答疑和设计使学生真正学到本门课程的知识。
2、做好每次讲课计划，有足够的信息量。体现科技发展的最新内容，对关
键技术和最新技术内容讲授不能停留在一般概念介绍上，要给予全面系统的讲授。在保证教学内容系数完整的前提下，及时抛弃陈旧过时的内容，将前沿科学和工程技术的最新发展引入教学。
3、充分利用实验教学，增加动手和实践的环节，逐步做到开放实验。
4、充分利用现代教学手段，在自动编程课程内容上开发计算机辅助教学(CAI)软件;在数控机床操作和编程功能实验教学方面开发计算机辅助实验教学仿真软件。充分利用包括多媒体在内的“数控技术CAI教学和实验体系”。
5、内容深入浅出，通俗易懂，突出重点。
6、采用启发式、讨论式、研究式的教学方法，教学内容增加综合性、设计
性和研究性，以事例启发和锻炼学生的分析问题和解决问题的能力。
7、开出辅导讲座和科技专题讲座;因材施教，注意加强对优秀学生的培养;在答疑、大作业和毕业设计中认真与学生进行讨论。
8、注意教学效果，注意与学生们的交流，使同学主动学习。安排一定量的自学内容、培养自学能力。
四、考核方法
1、原则：
以灵活掌握基本原理，并能实际应用，即分析问题和解决问题的能力为考核标准。不以期末一张考卷定终身。考试成绩以平时听课(10%)、作业(10%)、实验(10%)和期末考试(70%)进行综合评定。听课、作业、实验方面有突出表现的可提高比例，反之亦然。
2、对实验考核的具体要求
1、认真做好准备：阅读实验指导书、与实验相关的教材内容、写出实验预备程序等。
2、充分了解仪器、设备的性能和操作方法。
3、积极自己动手做好实验，不放过任何细节，达到实验的要求效果。
4、写好实验报告，并对实验进行总结和分析：
结果正确，总结实验原理和方法;结果有差错，找出问题，分析原因。
5、要求学生思考和回答的几个问题
(1)能否自己设计实验，并提出具体实验方法。
(2)实验中发现了上课时未讲到的问题。
(3)对实验教学工作提出意见。
6、教师认真批改实验报告：
(1)找出共性问题，进行讲评总结。
(2)对有新意、前沿性的问题，进行启发、引导性讲解。
(3)组织教师、同学讨论会。
数控基础 篇3
关键词：数控加工基础 多媒体技术 应用
随着我国数控机床的广泛应用和不断普及，机械类专业对数控技术的教学提出了更高的要求，数控加工基础已由知识拓展型课程变为能力拓展型课程。学生对这门课程既陌生又好奇。教师在授课时要充分利用学生的好奇心，培养学生的学习兴趣，激发学生主动学习的积极性。
数控加工基础这门课程专业性很强，其中很多知识很难单纯用语言描述来达到预期效果。对于基础较为薄弱的中职生来说，想激发学生的学习积极性，要充分利用多媒体设备。笔者把自己在教学过程中高效利用多媒体设备的几点心得总结如下。
一、制作优秀的多媒体课件，可以激发学生的学习热情，提高学生的学习效率
PPT课件制作，不能只是简单展示要讲授的内容，而是要经过精心设计，把枯燥的课本内容用学生感兴趣的形式展现出来，让它为教学所用。在严谨地科学表达的同时，积极运用对学生有启示作用的效果，特别注意发挥PPT自身所带的动画功能，提升课件质量与教学效果，从而提高学生的学习兴趣。
笔者认为，数控加工基础多媒体课件的制作应包括以下几个方面。
1.文字
（1）多媒体课件的文字要简洁，一定要经过教师细细推敲，文字数量要合适，突出重点难点，不要把书上整篇的文字都放上去，否则密密麻麻，就像在阅读电子书一样，起不到良好的教学效果。教师应该理解教学的核心内容，有效地选取内容在PPT上进行表达。对于确实需要较多文字来阐述的内容，可以采用分项分点、加编号或项目号，演示时逐点播放的方法，这样更有利于吸引学生的注意力。
（2）文字要逐步引入。一张幻灯片上的文字内容，不要一放映幻灯片，就一下子全部显示出来。让文字随着讲课的过程，逐步引入，这样有利于启发学生思考问题，而且上课精神不集中的学生也可以随时清楚教师讲到了哪一部分，容易引起学生注意。
在数控加工基础课程教学中，大部分内容是讲零件加工程序的编制，而程序指令是一行一行的。笔者在制作课件时，从不将一个零件加工的所有指令直接一次性显示在屏幕上，而是逐行逐行显示，每讲到一处编程轨迹，讲到一段加工路线，便给出一行或几行指令。学生即使是注意力分散了，回过神来，也照常可以清楚讲到哪一部分了，而认真听课的学生则更加明白各道工序加工所对应的指令，并且在讲完一道工序后，会积极思考如何编制下一道工序的程序指令。
（3）文字的字体、字号要合适。文字的字体要醒目，一般宜采用宋体、黑体。笔者在制作多媒体课件时，一般选用宋体文字并加粗显示，文字的字号要尽量大些，不要太小，一般标题用32号以上，正文用28或24号。对于那些突出的重点和难点，要用不同的字体、字号和不同的颜色来标示或加着重号，以引起学生注意。
2.图片
在数控加工基础课程教学中，制作课件所需的图片大部分都是零件图。笔者认为零件图毕竟属于工程图样，图片颜色可以略微单调一些，要避免过于鲜艳、过于花哨、过于吸引人眼球，因为这样很容易分散学生的注意力。同时，还要保证图片一定要清晰，数值一定要清楚，尺寸和形位公差正确。笔者在教学中，会把书上的例题用AutoCAD或者CAXA电子图板重新绘制，把图框和标题栏加上去。使学生看到的图样是一张张完整的零件图，与将来去车间实训拿到的零件图样格式一致，实现理论与实践的紧密联系，这同时也能培养学生规范画图的好习惯。
3.动画
数控加工基础课程教学中，大部分内容是编制加工程序对工件进行切削加工。如果教师枯燥地对着一张零件图讲授如何编制加工程序，一些基础薄弱的学生基本没什么学习兴趣。但是，如果将零件的切削加工过程转化成动画的形式，学生就会很清楚，一条或几条指令执行下去会在工件上切削出怎样的轮廓形状。他们就会比较感兴趣，学习主动性明显会增强。笔者在教学过程中，会使用一些动画，在讲完一条或几条指令后，播放相应的动画，展示程序指令的执行过程，整个动画围绕着切削加工的过程来进行。此外，动画演示最大的好处还在于它可以循环播放，播放一次后，学生不明白，还可以多次播放，直到学生明白为止，运用此方法明显感觉提高了学生的学习积极性，教学效果良好。
在设计动画时要注意：动画设计要紧紧围绕所讲授的内容来进行，在符合这个原则的基础上，艺术性、新颖性越高越好，但是，要删除可能分散学生注意力的无意义效果，不要做那些与授课内容无关的动态效果。比如有些课件上，会看到一个类似图标的东西在动来动去，而实际上这个东西与教学内容完全无关。这样会使学生无心听课，总是盯着那些没有什么意义的动画，严重分散学生的注意力，达不到良好的教学效果。
4.视频
在数控加工基础课程教学中，拍摄与零件图相应的切削加工视频是很重要的一件事情。笔者在教学中，会对应书上的每一个例题，去实习车间做一次切削加工，边说教边操作，并把视频录制下来，把它插入到幻灯片中，播放给学生观看，让学生感受实际加工的氛围。这种方法可以有效地调动学生的学习积极性。
二、合理、有效地利用多媒体技术，可以改变传统教学思路，提高教学质量
1.利用“毡尖笔”功能，在零件图上突出显示加工路线
充分利用PPT的“指针选项”功能。在PPT软件放映模式下，右击鼠标可以打开快捷菜单，选择“指针选项”，在这个“指针选项”里，包括：“圆珠笔”“毡尖笔”“荧光笔”。笔者在讲授数控加工基础课程时，在讲授加工路线时，给出一条指令，讲这条指令时，会对应地在零件图上用“毡尖笔”画出加工路线。这样学生会很清楚每条程序指令所切削加工的是零件图上的哪部分。endprint
2.利用数控仿真软件，纠正学生常见的编程错误，杜绝学生抄袭作业的现象
仿真软件是很好的实体加工模拟软件。在生产中，经常是先用仿真软件模拟成功后，才到机床上试切并加工，这可以有效地避免撞刀等事故。笔者主要运用数控仿真软件来进行课堂练习，这种方法有两大好处。
（1）数控加工基础这门课的很多作业都是编程题，学生把编写的程序写在作业本上，教师批改作业相当辛苦，而学生对一些细节问题却并不太在意，比如在小数点编程时，经常有学生漏掉小数点。
对于数字的输入，有些系统可省略小数点，有些系统则可通过系统参数来设定是否可以省略小数点，大部分系统小数点不可省略。所以，在进行数控编程时，不管哪种系统，为了保证程序的正确性，最好不要省略小数点的输入。
在应用小数点编程时，数字后面可以写“.0”，如X50.0，也可以直接写“.”如X50.。若忽略了小数点，则指令值将变为原来的1/1000，此时若加工，会造成事故。
而学生写在作业本上的程序指令，却经常漏掉小数点，这样一旦养成这样不好的书写习惯，如果在不可以省略小数点的系统的机床上实操，忘了输入，后果相当严重。
如果用数控仿真软件来做作业，就如同在机床数控系统控制面板上，用MDI键盘输入数值一样，学生就不容易漏掉小数点。这有利于学生养成良好的编程习惯，为其将来成为一名合格的编程员打下良好的基础。
（2）对于基础薄弱的中职学生来说，学习数控加工基础这门课并不是特别容易，手工编程题目需要认真去计算各点坐标，并制定加工路线，进行程序编制。编程作业如果是写在作业本上的书面作业，容易出现抄袭的情况，这样完全达不到做编程作业的目的，而且有些学生字迹不够工整，抄得一塌糊涂。这样做作业，没有太大意义。笔者申请使用机房，用数控仿真软件做作业，每人一台电脑，每个学生自己独自完成一次作业，这样可以有效防止学生利用局域网复制别人的作业。虽然有些学生不能完全编写出一个零件的加工程序，但总能编写几行，长此以往，积少成多，也能编写一些简单的程序，这样才能通过完成作业达到巩固所学知识的效果。
三、把握课堂教学的节奏，可以构建和谐课堂，营造“教”和“学”互相促进的课堂氛围
1.教师不应一味地讲课，应要求学生适当地做好课堂笔记
教师在讲授过程中，要适当地控制PPT的演示速度，诱导学生有效记录，强调适当记笔记的重要性。当然，笔记内容不能过多，如果全篇都是文字，学生不会去记。教师要把内容按层次展开，要求学生把重点内容写一遍，这样学生可以加深印象，巩固所学知识。
笔者在数控加工基础课程教学中，就要求学生对所讲到指令的指令格式记笔记，以加深印象，牢固掌握各条指令的指令格式，为编程打下扎实的基础。
2.教师不应只是PPT放映员，要适时注意师生互动
上课的过程是师生互动的过程，教师不能仅仅站在桌子边或坐在椅子上，手不离鼠标，直接守着电脑放PPT，这样教师和学生无法进行师生互动，严重影响教学质量。笔者在使用多媒体课件时，会适时地运用遥控翻页激光笔，确实需要用鼠标的时候用鼠标，在不是必须用鼠标的情况下，运用遥控翻页激光笔，就可以在教室里走动，和学生互动，而不只是守在电脑边上做一名PPT放映员。师生互动的课堂，可以更加有效地交流和讨论一些所学的知识，课堂气氛活跃，教学效果良好。
四、小结
多媒体教学的开展，能很好地解决学校数控专业实训操作课程中学生多、设备少、教学方式单一等多种问题。在教学过程中，通过上述方法，充分调动了学生的学习积极性，提高了学生的学习效率，取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]崔兆华.数控加工基础[M].北京：中国劳动社会保障出版社.2011.
数控基础 篇4
一、教学课程的调整
对于刚刚跨入职业技术学校大门的中职同学来说, 职业学校的学习同初中相比其重点由文化课转向专业课, 而且教学内容与课程教育方式也有很大差别。而且最主要是他们的基础相对都较差、依赖性很强, 并且缺乏耐心、自觉能力差, 所以安排课程时必须考虑这些因素。如我之前上2008级机电一体化专业这门课前, 先向他们了解之前学的相关的专业课, 这门课大多数班级最多只是上过机械制图而已, 其他的什么也没上过, 这样我们上这门课就相当于纸上谈兵, 很多学生本来是对这个专业感兴趣的, 结果我们说是在上专业课但介绍的究竟是什么他们根本不清楚, 因此, 大部分学生都是在听完概念之后, 就听不下去了, 太抽象使得他们根本没法想象, 很多学生都选择放弃。像这种状况必须要对教学的课程进行调整, 才能有利于专业理论课的开展。数控是在普通机床的基础上发展起来的, 所以, 在学“数控加工基础”前至少要操作普通机床以及掌握了一定的普通机床的基本知识, 当然最好是会简单操作数控机床, 对这门课的帮助才会更大。这样不但能引起学生的学习兴趣, 同时也会增强他们学习这门课的信心, 为今后他们学习其他数控专业课程打下基础。
二、教学内容的调整
数控技术日新月异, “数控加工基础”这门课程应紧跟当前技术的步伐, 作为教师在授课时应将目前有关数控技术应用方面的最新知识、技术及时传授给学生。由于学生的理解, 记忆有限, 再加上学校现有的条件、设备等原因。所以, 应对教材的一些内容进行更新和调整。以概念、常用知识为主, 机床的工作原理为次, 介绍的机床类型应少而精。《数控加工基础》教材的内容是这样的:第一章, 数控机床的基础知识;第二章, 数控加工工艺设计;第三章, 数控车床加工基础;第四章, 数控铣床、加工中心加工基础;第五章, 电火花加工;第六章, 自动编程简介;第七章, 新型技术应用简介;第八章, 数控机床的操作与维护。
根据学生的特点, 我把教学内容进行调整如下:第一、二章重点讲, 不分专业;第三、四章, 则看不同的专业, 侧重点不同, 比如数控和机电一体化专业的, 则把第三章作为详细讲, 第四章则略讲, 模具专业刚好相反, 第四章详细讲, 第三章则略讲。最后第七、八章都是略讲, 而第五、六章则不讲。这样就可以体现内容的连续性、完整性, 学生也比以往接受得更好。
三、教材的选用
教材的选用是否合理将直接影响到教学的成败。在确定了本课程的基本教学内容以后, 想要有效提高本课程的教学质量的重要原因之一则是所选用的教材, 比如说上“数控加工基础”课之前用过很多教材, 有《数控加工技术》《数控加工工艺学》《数控加工基础》第1版等, 这些教材都讲得较深奥、理论性强, 不适合中职学生的学习。像这类学生应以基本概念为基础, 讲明重点、要注意的问题, 不需要繁琐沉冗的细诉一些理论的东西, 这样有些同学通过预习才能够理解, 教师上课时一讲, 有很多学生就能很快的明白。但是现在的许多教材远远落后当前技术, 跟不上时代发展的步伐。现在是信息年代, 科学技术的发展瞬息万变, 我们教给学生的应是当前正在使用的新工艺、新材料、新技术, 所以教材要不断更新, 不能一本教材用到老, 而且现在很多教材都与我们实践操作的数控机床不一样, 因为现在很多的教材讲的都是FAUNC或SIMENS系统, 而我们实际运用的机床大都是广数或华中系统。再者, 就算是广数或华中系统但因为教材中大都是后刀架, 所以往往教师在上课时不能按一本教材中的内容去讲, 而是需用几本教材一起综合讲, 这使得学生没法理解和接受, 因为学生本身基础差所致。总的来说, 教材的选用应该是要循序渐进, 层层深入。
四、教学方法的改革
随着计算机技术的发展与普及, 使之成为现代教育的一个重要组成部分, 因此教学方法、手段也会随着科学的发展发生一定的变化。先课堂理论的学习后实际操作传统教学方法、手段, 已不再适合现代教学的要求。现在大都利用多媒体课件进行“数控加工基础”课程的教学, 在讲理论的同时也可以把实际存在的东西及时反映在学生的面前, 可以使教学变得形象、生动, 与真实相接近, 这样就能大大提高学生学习兴趣。过去学生在学习“数控加工基础”这门课程时, 普遍都感觉这门课枯燥、难学, 往往一节课下来学生都不知老师讲了些什么。但现在由于利用了多媒体, 普遍的学生都感觉这门课不但易懂、易学, 而且实用, 这样就会对数控加工技术产生浓厚的兴趣, 学好这门课也就不是难事了。同时利用多媒体课件进行教学也可让学生不用花那么多时间去抄笔记, 这样不仅提高课堂利用率, 还减轻学生的负担。并且多媒体课件有非常丰富的信息量, 还可以解决课时不足的问题。另外, 传统的授课方法, 不但板书需要花费大量时间, 而且课堂气氛比较沉闷, 教学效果也较差。但采用多媒体课件授课, 就可以减少板书量, 大大节约课堂的教学时间, 提高课堂的利用率。
五、实践教学的改革
随着社会的发展, 数控技术的应用越来越广泛, 这类的技能型人才需求越来越多。中等职业学校是培养技能型人才的摇篮, 因此现在各类中职学校、各类课程的显著特点之一就是实践性强, 为此, 必须要将理论联系实践教学, 才能培养出高素质、高技能的应用型人才, 以适应社会发展的需要。“数控加工基础”课是一门实践性很强的课程。为了能让学生达到掌握数控加工技术的实践要求, 独立实践教学环节是这门课必须建立的。根据这类课程及学生本身的特点, 不需要安排过多的理论教学, 可以采取一体化教学, 利用多媒体教学与计算机仿真软件结合的方式进行教学, 它可以模拟数控机床操作, 并加工出实际的零件, 让使用者有一种现场感和真实感。而且这样还可以有效地避免因错误操作而造成的数控机床的不必要损坏, 又可以让学生在对数控机床的操作过程中产生身临其境的感觉。同时由于仿真系统的成本较低, 它的设备只是计算机, 容易配置, 如果要每班每人一台机床则难以保证, 但每人一台计算机, 也可让每位学生都能有足够的实践机会, 这样就能够让学生更快地掌握和了解数控机床加工的整个工作过程, 能快速熟练地掌握数控机床的操作方法。而其更大的好处还在于, 在实现了加工效果的情况下, 将加工的出错率及事故发生率降低到了最低。但是我们现在这种教学方式即综合指导之后由学生自由操作, 不管教师怎么努力去讲, 之后由学生自由操作, 会出现很多问题, 有的甚至头脑一片空白没法动手, 有的可以操作但很容易发生事故, 因此这种教学方式不但教师辛苦学生也觉得没趣, 有些学生甚至担心害怕。
所以我个人认为在实践操作之前, 先利用仿真软件进行各种模拟操作, 这样存在的安全问题会相对减少, 特别是比较胆小的学生也可以大胆地、独立地进行学习和练习, 并能对数控机床的各种操作的准确性进行自我检测, 对学生实践、动手能力的培养, 起到了极大的作用, 同时利用仿真系统还可以大大减轻老师的工作强度, 减少工件材料和能源的消耗, 节约实践的教学成本, 效果十分明显。相信不久的将来, 这种教学将是“数控加工基础”教学中普遍采用的一种方式。
摘要：随着科学技术的发展, 数控技术有了质的飞跃。本文主要是从教学课程的调整、教学内容的调整、教材的选用、教学方法、手段的改革、实践教学的改革等几个方面探讨“数控加工基础”课程调整及改革, 以供教育教学参考借鉴。
数控基础 篇5
第四章 数控镗、铣机床及加工中心简介与编程
§ 4—1 数控镗、铣机床及加工中心简介与加工
一、数控镗床简介与加工
1、数控镗床简介
2、镗削加工的特点
（1）镗刀回转轴的轴线在其旋转和直线移动时，它的坐标位置是固定不变的，各孔的孔距加工则由固定工件的工作台作坐标移动而实现。
（2）工作台在数控系统的控制下，只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在其移动和定位过程中不进行任何加工，（3）工件上被加工孔的孔径尺寸，通常由经刀具预调仪精确调整尺寸后的刀具保证，与数控系统的控制功能无关。
3、镗刀
镗刀是保证镗削加工对应孔尺寸的决定性因素。它不能做成与钻头、绞刀相似的定值刀具，因此，镗刀的刀尖相对其回转轴轴线的位置（即半径）必须是可调的，在径向上有一定的调整范围。
二、数控铣床简介与加工
1、数控铣床简介
现代数控铣床具有连续控制功能，能加工复杂的二维曲面和复杂的三维空间曲面，除主要进行铣削加工外，还可以完成钻孔、孔、镗孔及攻丝等工序的加工。
数控铣床按主轴的空间位置可分为立立式、卧式、立卧两用数控铣床。特别是采用数控万能主轴头的立卧数控铣床，其主轴可以任意转换方向，加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。
一般数控铣床要控制的坐标轴数至少是3坐标中的任意2坐标联动。
2、数控铣床加工的对象
数控铣床与普通铣床相比，具有加工精度高、加工零件的形状复杂、加工范围广和自动化程度高等显著特点。但价格较高，加工技术较复杂，零件的制造成本也较高。
数控铣床适用于加工以下零件：（1）、曲线轮廓类零件（2）、空间曲面类零件
（3）、复杂零件（4）高精度零件
（5）、一致性要求好的零件
3、数控铣削用刀具
大部分种类与普通铣削加工用刀具相同。分类如下：（1）、按铣刀的形状分类 1）盘铣刀（端面铣刀）2）、立铣刀 3）、成型铣刀 4）、球头铣刀
（2）按铣刀的结构分类 1）整体式铣刀
2）镶嵌式铣刀
3）可调式铣刀
4）其他刀具
4、数控铣床夹具（1）夹具的基本要求
（2）常用夹具
1）多工位夹具 2）气动或液压夹具 3）真空夹具
三、加工中心简介与加工
1、加工中心简介 加工中心是一种集铣（车）、镗、钻、扩、铰、攻螺纹等多种加工功能于一体的数控加工机床，其工序高度集中，从而实现多种工艺手段。
加工中心按其主轴在空间所处的状态分为立式、卧式及复合加工中心等几种；按坐标轴数分为三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动及六轴五联动等；控工作台的数量可分为单工作台、双工作台和多工作台加工中心；按加工精度还可分为普通加工中心和高精度加工中心等。（1）立式加工中心（图4—7）（2）卧式加工中心（图4—8）（3）复合加工中心
2、加工中心的主要加工对象
加工中心最适合加工切削条件多变形状结构复杂、精度要求高及加工一致性好的零件，如：箱体类零件；需采取多轴联动才能加工出的特别复杂的曲面零件；需要利用点、线、面多工位混合加工的异形件；以及带有鍵槽或径向孔、端面有分布孔系或曲面的盘（套）类及板类等零件。（1）箱体类零件
（2）加工箱体类零件的方法和要求 1）当既有面又有孔时，应先铣面，后加工孔； 2）3）在孔系加工中，先加工大孔，后加工小孔；
通常情况下，直径大于或等于Ф30mm的孔都应预制出毛坯孔。毛坯孔宜在普通机床上完成，并预留4－6mm加工余量。直径小于Ф30mm的孔可以直接在加工中心完成；
4）5）待所有孔系全部完成粗加工后，再进行精加工；
一般情况下，在M6－M20范围内的螺孔可在加工中心上直接完成。对于M6以下和M20以上的螺螺孔宜采用其他机床完成。
3、加工中心的刀库与刀具交换装置
加工中心一其他数控机床的显著区别就是具有刀库和自动换刀功能。（1）刀库
（2）刀具交换装置
双臂机械手最常用的结构有钩手、抱手、叉手及伸缩机械手等几种。（3）自动换刀的过程
（四）、小结：数控镗床和铣床的加工方法等、加工中心简介以及其加工方法。
（五）、布置作业：习题册
（六）、辅导答疑：(一)、组织教学：(考勤、学习准备等)
(二)、复习旧课：数控铣床、加工中心简介以及其加工方法。(三)、讲授新课：
§4—2数控镗、铣机床及加工中心的编程
一、数控铣削编程
1、铣床数控系统的功能（1）点位控制功能（2）连续轮廓控制功能（3）镜像加工功能（4）缩放功能（5）靠模加工功能（6）刀具补偿功能
1）刀具长度补偿功能 2）刀具半径补偿功能
利用该功能可使编程简单，通过同一加工程序实现分层进行铣。
2、数控铣削加工的程序段（1）坐标平面的选择：（2）刀具长度补偿的指令
1）刀具长度补偿程序段
G43：刀具长度正补偿指令
G44：刀具长度正补偿指令。
G49：长度补偿结束并予注销指令。2）刀具半径补偿程序段
G41：刀具半径左边补偿指令，指沿刀具运动方向看，当刀具 在工件左边位置补偿时应用。图4—16a所示。
G42：刀具半径右边补偿指令，指沿刀具运动方向看，当刀具 在工件右边位置补偿时应用。图4—16b所示。G40：半径补偿结束并予注销指令。
3、数控铣削加工程序的编制说明（1）铣刀的刀位点
对刀是指在加工程序执行前，通过不同形式的刀具预调，尽 量使每把刀的刀位点重合于某一理想基准点的一项重要操作。
数控铣削加工规定了各自的刀位点，如盘铣刀的刀位点一般 规定为刀具对称中心平面与其圆柱面切削刃的交点；立铣刀的刀 位点规定为铣刀低平面与其轴线的交点；球头铣刀则通常规定其 球心为刀位点等。
二、加工中心的编程
由于加工中心与其他数控机床的主要区别是加工中心设置有刀库和刀具交换装置，可实现刀具的自动选择和更换。因此，加工中心的编程工作主要重点针对自动换刀程序的编制进行。其他的编程方法与数控铣床基本相同。
加工中心编程实例：在加工中心上加工下图零件
2、加工刀具 T01为ø10mm标准力铣刀； T02为A1.6中心钻； T03为ø5mm标准麻花钻。
3、加工程序
O003 N1 G92 Z0 Y0 Z0 N2 G90 G00 Z150 T01 M06 N3 G43 H01 Z-20 M03 S600 N4 G01 X-5 F50 M08 N5 Y20 T02 N6 Y0 N7 G03 X2.5 Y-4.33 I5 J0 N8 G01 X-14.821 Y-14.33 N9 X2.5 Y-4.33 N10 G03 X2.5 Y4.33 I-2.5 J4.33 N11 G01 X19.281 I-2.5 J-4.3 N12 X2.5 Y4.33 N13 G03 X-5 Y0 I-2.5 J-4.3 N14 G40 G00 Z0 X0 M06 N15 G43 H02 S1 F200 M03 N16 G81 X-5 Y20 Z-23 R-19 F30 N17 X-14.821 Y-14.33 T03 N18 X19.821 Y-5.67 N19 G40 G00 X0 Z150 M06 N20 G43 H03 S800 N21 G86 X-5 Y20 Z-37 R-19 F40 M08
N22 X-14.821 Y-14.33 T01 N23 G40 G00 X0 Y0 Z150 M05 N24 M30
4、编程说明
（1）N16-N18程序段是钻中心孔加工，不必使切削液。G81和G86为固定循环加工指令。
（四）、练习、辅导、答疑
（五）、小结：数控镗床、铣床和加工中心的编程。
（六）、布置作业：习题册
数控基础 篇6
“情境—问题—探究”教学模式是一种学科渗透研究性学习的教学模式。在课堂教学过程中, 教师通过创设情境, 使无形的“情”和有形的“境”有效结合在一起。强调围绕解决问题开展教学活动, 而解决问题的主体是学生。教师以精心设计的问题立“疑”设“障”, 从而创设一种充分激发学生进行积极思维的学习情境。学生通过亲身参与发现、探究、解决问题的过程, 主动构建包含在问题中的知识及探究的基本技能与方法, 促进探究能力的发展和科学素养的提高。比如, 正处于某种问题情境中的人, 会因为某句提醒或碰到某些事物而受到启发, 从而顺利地解决问题。教师要创设合适的情境, 发挥良好的主导作用, 强调学生的主体地位, 激发学生的学习积极性和学习潜能。
一、联系生活, 演示情境
“情境—问题—探究”教学模式中, 教师的情境创设为学生问题的引发作铺垫, 目的是刺激学生的参与和投入。课程源于生活, 又高于生活。“数控加工机械基础”更是从机械加工制造中提炼而来, 使得加工知识系统化、理论化, 并最终应用于生产生活。而作为文化基础差、学习能力普遍不强的中职生, 一般的书本知识很难引起他们的注意。此时, 教师就可以针对中职学生的学习能力和认知水平创设学生熟悉、生动形象的生活情境, 加强机械与生活之间的联系, 让学生体会到机械离不开生活, 它取之于生活又服务于生活, 机械时刻都在我们身边。再现当时景, 引发当日情, 提升今朝感。
如学习项目“认识链传动”。新课改课本章节知识, 图片加文字就短短的2页, 简单的定义、结构、原理、分类和特点应用等很难用语言来表达清楚, 这时候模拟的情境就至关重要了。
“哪里没有兴趣, 哪里就没有记忆”, 要提升课堂效率, 促进学生理解书本知识, 就从激趣开始。比如, 课前可以先抽调本班的2名通校生, 在校门口拍摄一段骑自行车中途掉链的视频, 在课堂上作为导入情境素材, 并模拟到课堂上:“早上本班同学×××在来学校的路上, 因为赶时间, 骑得比较急, 结果自行车发生了脱链, 导致上课迟到。”骑自行车脱链这样一件很平常的小事, 学生在生活中很熟悉, 基本也都亲身经历过, 再加上被搬上“荧幕”的又是自己身边的同学, 一种新奇感油然而生, 学习兴趣很快就被调动起来, 学生也很自然地进入了课堂情境, 给后续课堂教学环节的开展奠定了基础。模拟一个合适的情境, 成为叩响学生心灵的第一锤。
情境, 不只是模拟的情境, 而是有生命力的情境。只有在这样的情境中, 师生才能全身心投入, 不只是在教和学, 还在感受情境中生命的涌动和成长。正是在这样的教学理念的指导下, 知识才会变得鲜活起来, 学生才会在快乐中学习、成长, 课堂才会真正焕发出生命活力。联系生活、演示情境, 这是对新课改理念的体现, 是把教学提升到生命层次, 使情境过程成为师生的一段生命历程、一种生命体验和感悟。
二、创设问题, 体会情境
“情境—问题—探究”教学模式中, 问题是探究的开端, 问题的存在可以激发学生的求知欲和探索欲, 为探究活动的开展和创造性思维的启动提供动力。思维产生于问题, 但不是所有的问题都能引起学生的思维。所提问题要与学生已有的认知结构有逻辑上的联系, 即问题中所谈到事物与学生已掌握的概念之间存在某种联系, 而这种联系又能被学生感受到, 但问题的答案既不能从记忆的知识中获得, 也不存在于问题本身所提供的信息中, 而是存在于已知事物与未知事物的联系中。同时, 问题又是教学的主线, 问题存在于整个教学活动中, 教学活动围绕发现问题、提出问题、确定问题、解决问题等一系列过程展开。十六七岁的学生正处于花季年龄, 心智还远未成熟, 喜欢玩游戏, 也喜欢看漫画。课堂教学因地制宜, 也可以从动画入手, 创设问题, 铺开知识, 边学边做, 寓教于乐, 总结提升。
在项目“认识链传动”中, 根据模拟的情境, 让学生带着问题“为什么会脱链”进入课堂, 结合教学大纲要求, 展开传动链的组成、结构、分类、特点、应用、标记等各项知识点, 在教学活动中穿插图片、动画、视频等直接感官刺激, 动静结合, 迅速抓住学生眼球;利用链轮、链条、轴等实物组装, 满足学生动手操作的愿望, 又通过操作来验证了理论知识—链传动的结构和原理;在认识套筒滚子链结构的知识点上, 加入游戏竞争环节, 手、脑并用, 让学生的学习热情抑中有扬, 持续进行。随后的成果展示环节, 既有小组合作, 展现团队结晶, 锻炼动手组装、团队合作及讲解能力, 也为其他各组提供评价, 取长补短。各小组针对在实施课堂项目中出现的各种问题, 群策群力、分析原因、提出解决方案并择优选取。
通过创设问题, 让学生想象场景, 走进角色, 操作实践, 体会情境, 感悟知识。通过小组互动, 引发学生学习知识的共鸣, 把课堂教学变得有声有色、生动有趣, 让学生愉快学习, 轻松思考, 充分发挥学生学习的主动性, 取得事半功倍的效果。
三、理论探究, 再现情境
“情境—问题—探究”教学模式中, 探究基于情境, 始于问题。探究既是知识的学习过程, 也是重要的学习内容。学生在具体探究知识的过程中, 学习科学探究的方法, 发展科学探究的能力, 形成探究精神、协作精神, 养成实事求是的科学态度, 提高科学素养。教师对探究活动的开展需要提供一定的保障:第一, 提供充足的探究时间和小组合作的空间, 使学生能探究;第二, 及时提供必要的指导, 使学生会探究;第三, 体验成功, 使学生乐于探究。在项目“认识链传动”中教师采取6人一组的小组合作学习方式, 为每个学生表达想法提供空间。探究中教师巡视于小组间, 参与学生讨论, 及时提出一些问题, 帮助学生发现缺陷。小组交流后, 以全体鼓掌的方式向成功的小组表示祝贺, 让学生体验成功的乐趣。而对于存在问题的小组同样报以掌声, 表示鼓励。
“情境—问题—探究”教学模式在“数控加工机械基础”课程教学过程中的应用, 通过联系生活、动手操作等方法来创设合适“情境”, 寓教学内容于具体形象的情境之中, 融“情”于“境”, 引导学生经历“感知—理解—深化”等阶段, 使学生在情境中产生好奇、渴求、探究、协作、交流等学习欲望和活动, 不断地提出问题、探索分析和解决问题, 使教学内容在情境化的故事中得以完成。更使得学生在所创设的“境”中生“情”, 归纳总结, 成为自身知识体系的一部分, 达到新课改的目的。
教学活动是一种带有情绪色彩的意向活动, 精心创设良好的教学情境, 使学生由境入情, 情境交融, 学生的学习积极性就会被调动起来, 求知欲望也会达到旺盛状态, 教学过程就会有事半功倍的效果。
参考文献
[1]教育部基础教育司.新课程的理念与创新[M].北京:高等教育出版社, 2004.
[2]盛静玲.机械基础课程情境教学模式的实践[J].中等职业教育, 2008 (5) .
数控基础 篇7
关键词：项目教学,中职,数控加工机械基础,应用
从2007年起, 浙江省教育厅启动了中职数控新课程改革, 按照“理实一体化”的教学理念, 编写了数控专业新教材, 形成了“公共课程+核心课程+教学项目”的新课程结构模式。在新课程中, 数控加工机械基础作为数控加工专业核心课程《机械制造基础》的组成部分, 主要讲授工程材料与热处理基础知识、常用机构结构与传动基础知识、常用机构及机械零件等内容, 目的是使学生了解机械工程材料的类别、性能及用途, 具有选择机械加工材料和分析、选用机械零部件及简单机械传动装置工作原理等能力。作为一门理论性较强的专业基础课, 如何在课堂教学中贯彻新课改“理实一体化”的教学理念, 让课堂的理论教学与生产实际结合起来, 突出知识的应用性、实用性, 在教给学生知识的同时培养学生的实践动手能力, 这是每位专业课教师需要探索的问题。笔者认为, 在课堂教学中引入项目教学法不失为一种好的方法。
项目教学法应用举例
浙江省课改教材《数控加工机械基础》中, 有项目三“机械传动装置及零部件”任务一的相关知识的第五项“螺纹连接”, 现以此为例, 具体阐述项目教学法在《数控加工机械基础》课程中的应用。
螺纹连接是一种常见的连接方法, 在日常生活、实习车间和企业车间都极为常见。教材中螺纹连接由“知识介绍”、“练一练”、“做一做”、“想一想”四部分内容组成, 由常见螺纹连接件、常用的螺纹种类、螺纹的线数和旋向判断、螺纹常用装拆工具等几个知识点组成。为使学生在学习这些知识点的同时形成整体性认识, 我们设计了以引入翻转式钻模装拆这一教学项目对分散的知识点进行串接, 配以任务驱动实施教学, 避免了“只见树木, 不见森林”的教学弊端。在具体组织教学时按五个步骤进行。 (1) 项目分析:展示钻模, 提出装拆任务。目的是将分散的知识点以“钻模具” (见图1) 链接为一体, 形成一个项目, 吸引学生注意, 引发学生思考。 (2) 知识链接:认识螺纹连接件、螺纹、常用的装拆工具、螺纹连接类型。展示“螺纹连接件——螺栓、螺柱、螺母、垫片”的实物照片, 认知螺纹的牙型、直径、线数及螺距、旋向等, 介绍常用装拆工具螺丝刀、扳手。 (3) 项目实施:使用螺纹连接件和装拆工具对“钻模具”进行装拆。先将钻模具的装拆过程制成视频, 演示时教师口述其过程, 然后分组实施钻模具的装拆, 将理论与实践自然地融为一体, 实现“理实一体化”教学, 让学生在“学中做”。 (4) 项目实施评价:学生展示装拆成果, 学生小结, 教师评价。让学生总结在装拆过程中需要用哪几种连接件及装拆工具, 实现“做中学”教学理念, 同时教师对每组学生的操作进行点评。 (5) 项目拓展:在车间的机床及分度头上 (见图2) , 找到螺纹连接的类型及其所用的连接件。再次联系实际, 开阔视野, 增强学生的认识, 巩固教学内容。
项目教学法在《数控加工机械基础》课程实施后带来的变化
第一, 项目教学法的实施将课改教材中一些分散的知识点通过一个个教学项目链接在一起, 让学生看得见、摸得着, 让教材中的知识点变得鲜活起来, 加强了教学内容和生产实际的联系, 从而对学生产生很大的吸引力, 增强了课堂教学效果。
第二, 提高了学生的综合素质。在项目实施过程中, 由于采用了分组教学, 学生在完成项目教学任务的过程中互相交流看法, 表达自己的意见, 从而使学生语言表达能力得到了锻炼。同时, 学生在完成项目的过程中参与了观察、思考、分析、动手操作等认识活动, 学生动手实践能力得到了提高, 分析判断问题的能力也得到了加强。在小组合作完成项目任务的过程中, 培养了学生的合作精神、团队意识及集体观念。
第三, 改变了教师的教学观。传统教学是以教为基础, 先教后学。教学关系为教师讲, 学生听;教师问, 学生答;教师写, 学生抄。学生只是被动地服从教师, 对学习基础差的职高学生来说, 久而久之就会产生厌学情绪。而在项目教学中, 教师是学生完成项目任务的引导者、帮助者及合作者, 师生彼此的思考和体验, 教师与学生之间的交流、沟通、合作、互动的现象多了, 形成了真正意义上的教学相长。
开展项目教学时必须注意的几个关键点
教师的综合素质 教师是项目教学的组织者, 开展项目教学时, 再也不能像以前一样以“知识点”为线索组织教学, 而是要将教材中的理论知识点和企业实际生产过程与提高学生技能水平结合起来。这就对教师 (项目教学设计者) 提出了较高的要求。教师必须具有丰富的专业实践经验, 并且能将生产实际实例与教材中的理论知识点有机地结合起来, 设计出一个个符合学生实际认知水平, 能吸引学生探究且趣味横生的项目。教师的备课是备任务、备学生、备过程、备问题、备学法指导, 要花费大量的时间和精力。同时在具体实施项目教学时, 教师还应具备较强的管理、观察及应变能力。他们以学生实施项目活动的组织者、引导者及合作者的身份, 平等地与学生对话, 引导学生的学习活动逐步走向深入, 能随时解决学生在项目合作过程中产生的各种问题并给予恰当地指导, 引导学生顺利地完成项目活动内容。好的教师还要懂得如何保护职校学生的自信, 具备激发学生探索知识的欲望的能力。
教学项目的操作性 首先要明确, 并不是所有的机械基础知识都适合用项目教学法, 一般机械基础课中有些事物的名称、概念、事实等陈述仅靠听讲、阅读等方式就能掌握, 无需采用项目教学法。其次, 由于采用项目教学是以实际生产项目或再现项目来实施的, 在教学学时上, 不再沿用原有的一节课的教学方式, 而是以实施项目所需的时间进行课程设置, 所以要提前对授课计划做出规划。再次, 分组教学是项目教学法常用的模式。通过分组使组内每位学生在探讨、争论、分析完成项目任务中体验和发现, 通过合作交流使学生得到更多的学习乐趣和完成任务后的喜悦。在具体实施的过程中, 小组活动往往会出现活动成了“少数人”的活动以及学生对合作不感兴趣、跑题等现象, 部分学生的积极性调动不起来。而项目教学的实施是以学生为中心, 学生的积极性不调动起来, 项目教学就无法进行下去。为避免出现这样的情况, 教师要提前组织好分组工作, 合理搭配学生。同时, 在分组讨论时, 教师要事先给小组人员以明确的任务分工和职责, 在尊重学生个性的基础上参与学生的讨论, 鼓励“沉默者”积极表达, 同时努力克服班级容量大、小组多等困难, 为学生营造项目教学的好环境。
项目总结与考试的导向 项目完成过程是学生自己探索钻研的过程, 项目完成后, 教师对学生的项目实施进行总结分析评价并进行知识点的梳理。通常学生完成一个项目任务后, 教师结合项目实施情况选出二三个有代表性小组进行交流发言, 让学生充分表达、分享在项目实施过程中学会了什么, 在操作技巧上还有哪些不足, 在操作过程中遇到了哪些困难, 最后是如何解决的。然后教师总结比较各组的特点, 引导学生学习别人的长处来改进和提高, 最后做出项目实施后思路总结和技巧总结。通过思路总结可以帮助学生明晰完成项目任务思考问题的方法, 通过技巧总结可以帮助学生归纳出完成项目任务的最佳方式, 以起到画龙点睛的作用。机械基础课考试方式对项目教学法实施来说就是一双无形之手, 如果仍以笔试分数作为衡量该门课程成绩唯一评价方法, 必然导致该课程教学穿新鞋走老路, 项目教学法失去生存的环境。课程评价应该注重促进学生的发展而不是甄别。让学生在实施项目任务时产生对专业知识积极的情感与态度, 同时, 悟出一些对做事做人有帮助的道理, 这在专业新课改中显得尤为重要。因此, 要建立目标多元的机械基础课课业成绩评价方式, 扩大学生在平时实施项目任务时评价的分值比重, 真正发挥评价对课堂教学的导向作用。
参考文献
[1]钱振华.基于工作过程的六步教学法在数控教学中的应用[J].湖州职业技术学院学报, 2010, (3) .
[2]吴登军.项目教学法在《中餐烹调》教学中的应用[J].职业教育研究, 2007, (4) .
数控基础 篇8
随着区域性产业技术创新蓬勃发展, 通过借鉴先进国家和地区产业技术创新经验, 我国各省市分别建立了服务于本区域的产业技术研究院。例如, 自2010年至2012之间, 江苏省内就成立了扬州数控机床研究院等九家省级产业技术研究院。[1]吴金希通过对世界上绩效显著的产业技术研究的共性分析和我国目前建设现状, 指出:“需要加强理论的研究, 为工研院的建设实践提供理论。”[2]目前普遍认为:“产业共性技术理论是产业技术研究院构建的理论基础。”[3、4]其观点是, 产业共性技术的基础性、投资风险性等, 这些就需要政府、科研机构和大学以及相关企业的共同参与[5、6], 那么, 产业共性技术的基础性和风险性就是众多不同社会功能的机构共同参与的唯一原因吗?若要回答该问题, 还需要开展更深层次的理论基础研究。由此, 本文以扬州数控机床研究院为例, 对产业技术研究院构建的理论基础开展研究。
1 产业技术研究院构建原则
我国第一部系统研究产业技术研究院建设的学术专著《产业技术研究院的理论与实践研究》将产业技术研究院定义为“以产业共性技术和关键技术为研究对象, 以推进先进技术的产业化和提升产业结构层级为目标的研发机构。它是共性技术研发机构的一种有效形态。”[7]季松磊等人从组织模式角度, 将产业技术研究院定义为“产业技术研究院模式是产学研合作研发实体模式的发展, 它是以市场为导向, 产业化为目标, 致力于面向产业链的应用科技的研究开发, 推动产业升级, 引领新兴产业发展的产学研合作科研研发机构。”[8]由此可见, 产业技术研究院构建原则是以产学研紧密结合为基础, 整合区域科技资源, 致力于共性技术、关键性技术和前瞻性技术的引进吸收和研究开发, 促使成果的转移和产业化, 并创造经济价值。
2 理论基础
产业技术研究院的内涵和构建原则要求政府、科研机构、大学及企业作为组成要素参与合作、最大化利用科技资源, 开展技术创新活动。为了进一步说明产业技术研究院构建的理论基础, 除了产业共性技术理论之外, 也应从技术创新理论中寻找其理论基础, 即阐明为什么需要这些功能不同的“机构共同参与”和这些“机构共同参与”起到什么样的效果。
2.1 三螺旋理论
受生物学上DNA的双螺旋分子结构特征和分子生物学、结晶学中的三螺旋模式的启示, Leydesdorff[9]和Etzkowitz[10]分别引进了三螺旋模型来分析大学—产业—政府之间的动力学机制。所谓三螺旋是一种新的创新模式, 强调大学—产业—政府三方在创新过程中的密切合作、相互作用, 每个机构都能够扮演其他两者的角色。
周春彦等人通过对国内外三螺旋理论研究的理论回顾, 指出:“三螺旋模型在产学研合作方面的研究已经取得了很大的进展, 但在具体的有效合作机制等方面仍需深入研究。”[11]同样, 蔡翔等人也是通过三螺旋理论研究回顾, 并指出:“三螺旋理论如何“借用”分子生物学中DNA螺旋结构理论中的知识来揭示大学—产业—政府之间的效应机制?”[12]如此可见, 尽管三螺旋理论广泛被用于产学研合作关系分析中, 但它也只是给出了在知识经济社会, 开展技术创新活动中, 多种社会相关要素参与的必要性和重要性。但缺乏形成政产学研组成技术创新体系的效应的分析。
2.2 协同学理论
协同学理论是德国物理学家哈肯在研究激光理论的基础上, 于20世纪70年代初提出, 1977年正式问世的[13]。协同学自创立以来, 在自然科学、社会科学等多个领域的应用都取得了显著的效果。协同学是一门研究关于系统内诸子系统相互合作, 相互作用规律的科学, 协同学理论从统一的观点处理一个系统的各部分之间的关系, 协同学处理问题的方法是一种综合的方法, 协同学注意从总体上把握对象, 即着重研究各部分之间是如何以协同一致的动作来产生整体结构。协同学的含义有两个:第一, 协同学是一门关于系统内诸子系统相互合作, 相互作用的规律的科学, 它从统一的观点处理一个系统的各部分之间的关系, 导致宏观水平上的结构和功能的协作。第二, 协同学是多门学科相互协同和联系的科学, 鼓励不同学科之间的协作。所谓“协同”指的是复杂系统中各组成要素之间, 各子系统之间在操作运行过程中的合作、协同、同步。在宏观上这一概念表现为整个系统的有序化。
哈肯认为:“协同学在经济学上应用时, 经济系统也是一个很复杂的系统, 其中有很多相互作用着的子系统。这些子系统是人, 由于这些人经济才能发展, 这些子系统集合起来就构成了工厂、交通系统或通信系统等等各种各样的社会系统。通常所采用的不是定量的描述方法, 它属于控制论的范围。”[14]
协同学理论在技术创新体系中的应用, 形成了技术协同创新体系, 重点强调构成技术协同创新体系中各要素相互合作所产生的协同效应, 即各要素不是简单的机械混合, 而是通过相互协作, 形成一个有机融合的系统。其产生的效应也就是协同学的著名协同效应公式“1+1>2”[15]。
为此, 三螺旋理论和协同学理论为产业技术研究院构建提供了技术创新方面的理论基础。三螺旋理论说明了作为区域技术创新的载体产业技术研究院必须由政府、科研机构、大学以及企业要素组成;协同学理论进一步证明了产业技术研究院作为产学研合作的高级模式, 其必要性是产生了传统产学研合作所没有的“1+1>2”合作效应。
3 扬州市数控机床研究院的启示
回顾扬州数控机床研究院构建过程与目前产生的效果, 对产业技术研究院构建的理论基础在具体实践中的应用给予了实证启示。
3.1 研究院成立前
位于扬州市邗江区的数控金属板材加工装备产业是扬州市产业支柱之一, 形成了以主机为龙头企业的200余家组成的产业集群, 涵盖折、剪、冲、压、割几大类及其辅助、周边设备。数控金属板材加工装备等企业。各企业为了增强市场竞争能力, 提高产品科技含量, 各企业分别与济南铸造锻压研究所、中科院沈阳自动化研究所、东南大学、南京理工大学、江苏大学、南京航空航天大学、扬州大学等众多国内知名科研院所、大学建立项目合作模式的产学研合作关系。
3.2 研究院成立至今
为了进一步增强扬州市数控金属板材加工装备产业在国内的竞争能力, 扬州市政府通过对企业技术创新调研, 发现企业与大学、科研机构合作积极性高, 但其目的就是解决自身的专有技术, 而对数控金属板材加工装备产业共性技术创新心力不足。在创建国家技术协同创新体系的背景下, 于2010年4月, 市政府以培育数控金属板材加工装备产业共性技术为前提, 成立了市政府提供共性技术创新平台和专用技术企业研发中心相对接的、服务于位于邗江区的数控金属板材加工装备产业集群的扬州数控机床研究院。
自数控机床研究院成立以来, 扬州市数控板材加工装备已占据30%的国内市场份额, 成为了江苏省数控机床产业的主要基地、国家级的数控金属板材加工设备产业基地。被国家科技部火炬中心认定为国家火炬计划邗江数控金属板材加工设备产业基地;江苏省政府在新一轮高新技术产业“双倍增”实施纲要中将邗江数控机床产业列入重点发展的十大高新技术优势产业;2010年年底邗江经济开发区被江苏省科技厅认定为“数控装备科技产业园”。在数控机床研究院带动下, 扬州市数控金属板材加工装备产业共开发新产品523项, 有191项通过科技成果鉴定并达到国际先进或国内领先水平;共承担省级以上各类科技项目92项, 其中国家高档数控机床重大专项5项、国家重点火炬计划4项、江苏省重大科技成果转化项目9项等;建成45个市级工程技术研究中心 (企业技术中心) 、23个省级工程技术研究中心 (企业技术中心) , 8个省级博士后工作站。正如中国科学技术发展战略研究院进行现场实际调研结果描述的:“扬州数控机床研究院建在扬州邢江区国家火炬计划数控金属板材加工设备产业化基地, 数控机床产业基础较好, 拥有一批较大规模生产企业, 吸引了10多家省外高校院所设立分支机构, 创新需求及专业特色十分鲜明。”[1]
综上所述, 三螺旋理论和协同学理论为产业技术研究院构建提供了理论背景基础, 扬州数控机床研究院实践表明:由政府、科研机构、大学以及企业构成的产业技术研究院, 其效果大于原来分立的产学研项目合作模式。
摘要：在分析目前产业技术研究院构建理论基础上, 提出了除产业共性技术理论以外, 三螺旋理论和协同学理论也是产业技术研究院构建的理论基础。前者说明了产业技术研究院应具有的必要构成要素, 后者说明了构建产业技术研究院的必要性。扬州数控机床研究院实践给出了实证。
数控基础 篇9
数控机床是装备制造业的“工作母机”,是振兴制造产业的关键设备。一个国家数控机床的产量和技术水平在很大程度上代表了这个国家制造业技术水平和竞争力。因此,快速发展数控机床(特别是高档数控机床)对国家的产业安全、 经济安全和国防安全都具有极其重要的意义,与工信部提出的“工业强基工程”相吻合,与实现中国迈向工业强国的《中国制造2025》相适应。
数控机床作为一类复杂的机电一体化高科技产品,随着用户对机械零件表面质量和加工精度要求的提高,用户对数控机床的加工精度和加工效率提出了更高的要求。机床在切削金属时,机床自身受到大的复杂多变的载荷和温度场影响,往往会引起机床振动,进而影响加工质量,使得机床性能不能充分发挥,降低机床使用寿命。振动严重时还会产生崩刃、打刀现象,使得加工无法进行。此外,加工中,工艺系统在各种热源(摩擦热、切削热、环境温度和辐射热等)的作用下,产生温度场,致使机床、刀具、夹具产生热变形,从而影响工件和刀具之间的相对位移,造成加工误差,影响加工精度。 有调查表明[1]:在精密加工中,仅热变形影响的制造误差占总制造误差的40%~70%。例如某万能磨床的床身,在工作台和砂轮架重力作用下,引起床身导轨凸凹为4~5μm,而当磨床运转后,由于床身下部油池温度的升高,床身热变形所引起的床身导轨凸凹却高达25~30μm。日本东京大学佐田登志夫教授把机床热变形看作是由于温度变化引起的机床结构刚度不足,提出了“热刚度”概念,将机床的静刚度、动刚度、热刚度有机结合在一起进行研究。为此,必须在不断提高机床自动化程度的同时,尽可能改善机床的静态性能、动态性能和热稳定性。笔者认为解决上述问题的途径主要有: 一是优化机床结构,二是使用新型材料。
机床结构优化方面:近年来随着计算机技术和有限元的迅速发展,研究者在机床结构的优化设计取得了丰硕成果。 如通过试验与理论分析,找出了机床的薄弱环节、针对机床的薄弱环节进行结构优化,使得机床结构的动、静态力学性能得到提高。另外,结构优化中的尺寸优化、形状优化、拓扑优化技术已经在机床结构优化设 计方面发 挥着重要 作用。 研究者在机床结构设计和控制系统研究的同时,发现传统的机床基础件铸铁材料虽然具有良好 的刚度、强度和切 削性能,但其动态性能不足,热稳定性差,而且在生产过程存在周期长、耗能大的缺点,已经不能很好满足用户控制加工成本或特殊加工的需要。为此,研究者开始致力于机床基础件新型复合材料的研发,并先后尝试了天然花岗岩、普通混凝土、 钢筋混凝土、聚合物混凝土和纤维增强树脂混凝土制造机床基础件。
作为结构材料,聚合物混凝土铸件在机床行业被广泛接受已经30多年了。据统计,在欧洲,每10台机床就有一台使用矿物铸件做床身。如瑞士、法国、日本德国等已成功用树脂混凝土制造机床床身、立柱、主轴等构件,其中法国树脂混凝土机床构件已产业化,形成系列产品,并制定了国家标准(DIN),但是它在国内机床制造业中的应用推广却很慢。 目前国内对新型材料做机床床身进行的研究多倾向于提高机床性能,以高成本为代价来获得高精度机床,而以降低机床成本和环境保护为主要目的研究较少,特别是当前钢铁材料大幅涨价,更加剧了国内机床企业的竞争压力。寻求一种价格较为低廉且性能与铸铁相差无几甚至高于铸铁的新型材料代替铸铁制造机床床身,已成为制造企业谋求提高机床质量和企业利润的出口。
2012年国家04专项“高档数控机床与基础制造装备”将 “纤维增韧增强树脂矿物复合材料及其精密机床床身精度稳定性技术”列为课题项目之一。笔者早在2004年曾把纤维增强树脂混凝土作为一种用于制造机床基础件的新型复合材料,发现其具有良好的吸振性和热稳定性,并对其阻尼比等参数进行了试验。试验发现纤维增强树脂混凝土热变形系数约为5.92×10-6℃,约为铸铁的1/2,热传导率是灰铸铁的1/20以下,在遇到短时内外界温度变化时,温度恒定时间要长3倍以上,而温度影响的反应振幅只有1/3。钢纤维的加入提高了其抗剪强度、抗压强度及劈裂抗拉压强度和抗冲击性能,优越的动静态性能满足了发展高速度、高精度机床对床身的要求。
长期以来,研究者对机床振动、热变形测量及误差补偿的研究,主要从改善和优化制造机床的结构出发,未能从利用其他具有优良热性能材料的角度出发,同时从优化制造机床基础件的结构的角度出发来提高机床静、动态和热性能, 以提高机床的加工精度。机床稳定的热性能是影响机床加工质量的重要因素,开展纤维增强树脂混凝土机床基础件的热性能研究是很有必要的,研究者多从静、动态力学角度研究材料性能,尚未涉及热态性能研究。此外,纤维增强树脂混凝土复杂的力学性能和本构关系完全不同于传统机床基础件材料铸铁,设计者不能完全遵循传统的设计方法设计纤维增强树脂混凝土数控机床基础件,需考虑材料自身力学性能。
1国内外研究现状
1.1纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的研究现状
树脂混凝土在机床基础件中的应用大致经历了普通混凝土、树脂混凝土、纤维增强树脂混凝土的发展历程。
国外,自从混凝土问世以来,其在制造机床构件方面的应用得到了飞速发展。如德国的Schlesinger公司、Boehringer公司、Burkhart&Weher公司以及Darmstadt大学等企业研究所成功将树脂混凝土用于加工中心和高速机床上,并完成聚合物混凝土德国工业标准等。欧洲其他国家如:瑞士的Georgefesher公司、Studer公司等,自Studer公司自行研制成第一台外圆磨床的树脂混凝土床身和主轴后,20世纪80年代初又制成了S30到S50数控外圆磨床的树脂混凝土床身。意大利的Norma公司与San Rocco公司相继推出装有钢筋混凝土构件或纤维增强树脂混凝土构件的机床产品。
日本机械工业促进协会技术研究所试制了树脂混凝土材料磨床床身,并将聚合矿物复合材料技术应用于高速车床床身。
为了更好地将树脂混凝土应用于机床基础件,满足近年来机床产业高精高速发展的新要求。国外学者采用将钢纤维、玻璃纤维加入混凝土或树脂混凝土以提高材料力学性能用于制造机床结构;尝试将聚合物混凝土与传统金属材料结合的方式设计机床结构等不同的方式。如早在1995年,M. Rahman等[2]就将钢纤 维增强混 凝土用于 制造型号PSG52DX的机床结构,并对其性能进行测试,验证了钢纤维增强混凝土用于制造机床的合理性。随后凭借该材料优良的阻尼特性,在2001年,M.Rahman[3]又将其应 用于数控 机床。 2008年Jung Do Suh[4]将聚合物混凝土框架结构应用在龙门铣床机床底 座上,并取得了 不错的效 果。2011年Sung Kyum Cho等[5]将树脂混凝土用于小型机床结构以减轻结构的质量,提高结构刚度。2012年Header Haddad[6]对树脂混凝土的各种力学性能参数进行测试,获得了性能优良的树脂混凝土材料,并将用于精密机床结构的制造。
国内自20世纪50年代末,机床制造业中提出用非金属材料制造机床支撑件开始,北京机床研究所、上海机床厂、大连机床厂、同济大学等企业、高校研究所通过自主研发或采用技术交流的形式进行相关技术研究,相继采用钢筋混凝土或聚合物混凝土用于机床基础件的制造。但由于受到各种因素的影响,没有获得批量生产。随后,国内多所高校企业展开混凝土材料在机床上应用的研究。如辽宁工程技术大学徐平[7]从机理上分析了钢纤维聚合物混凝土力学性能和阻尼的内在本质,并通过制造、测试钢纤维聚合物混凝土车床床身模型证明了该材料制造机床床身的优越性和合理性。 早在2007年济南鲁洋科技有限公司又与济南第四机床厂共同合作研发,并制作了树脂基复合材料床身。国内其他高校如大连理工大学、山东大学(山东工业大学)、重庆大学、昆明理工大学等分别从纤维增强树脂混凝土材料的制备工艺、性能测试以及纤维增强树脂混凝土机床基础件的制造加工、床身静动力学性能测试、仿真分析等角度来验证纤维增强树脂混凝土用于制造机床基础件合理性。国内吴隆[8]较早将树脂混凝土用于机床床身的制造,对材料组分的配比以及填料对材料的影 响进行了 相关研究。山东工业 大学的李 剑锋等[9]将聚合矿物复合材料用于了机床夹具的制造。大连理工大学的王德伦[10]团队进行了钢纤维混凝土床身的特性分析与试验研究,从静态与动态性能分别分析了钢纤维混凝土制造床身的可行性,结果表明钢纤维混凝土材料制成的床身在刚度、强度和固有频率等方面均能满足床身要求。浙江工业大学的卢波[11,12]团队基于有限元方法对树脂混凝土构件在磨床上的应用进行了大量的研究。他们将树脂混凝土应用到大型数孔龙门平面磨床立柱的制造,并采用有限元方法对树脂混凝土立柱进行了动力学分析,验证了树脂混凝土立柱比铸铁材料具有更佳的动态特性。陈旭东等[13]研究了树脂混凝土材料VMCL600加工中心关键结构的制造,提出金属材料与树脂混凝土相结合的混合结构用于机床床身制造, 能进一步提高机床床身的综合性能。重庆大学的周忆[14]教授团队对树脂基复合材料床身的阻尼性能及热性能进行了研究。屈涛等[15]基于试验的方法对树脂混凝土床身进行了模态分析。山东大学的白文峰等[16]对纤维增强聚合物混凝土及其界面与阻尼机理进行了相关研究。
由于混凝土本身存在着非均匀、非连续、非线性以及多相性等特点,决定了其力学性能的复杂多变,为分析其受力破坏机理,人们建立了各种各样的理论模型。目前,国内外对混凝土、钢纤维混凝土、高强混凝土的研究在日臻完善,但对纤维增强树脂混凝土的力学性能及本构关系的研究相对较少。另外,研究者多从纤维增强树脂混凝土材料的制备工艺、力学性能测试以及纤维增强树脂混凝土机床基础件的制造加工、床身静动力学性能测试、仿真分析等角度来验证纤维增强树脂混凝土用于制造机床的基础件。对纤维增强树脂混凝土机床基础件设计方法及工艺多借鉴传统铸铁材料的机床基础件,与纤维增强树脂混凝土特殊的成型工艺相匹配的结构优化设计方法相对较少。
笔者认为纤维增强树脂混凝土数控机床基础件理论研究尚需从以下几个方面进行展开:
(1)研究在树脂混凝土加入其他材质纤维(如玻璃纤维、 碳纤维、尼龙纤维)时,纤维含量、长径比,粘结剂、骨料、填料等组分对其物理力学性能、阻尼性能、热稳定及化学稳定性的影响;以阻尼减振、热稳定和力学性能的良好组合为优化目标,进一步优化纤维增强聚合物混凝土的组分配比,确定适于制造数控机床基础件的纤维增强树脂混凝土材料的最佳成分配比;研究纤维增强树脂混凝土制造数控机床基础件的成型机理及生产工艺流程;根据其成型工艺,完善纤维增强树脂混凝土机床基础件的设计方法。
(2)运用复合材料界面理论,从微观角度对纤维增强树脂混凝土的(钢纤维/基体)界面分析,研究纤维增强树脂混凝土在发生热变形时界面热剪应力与温度变化的关系。建立材料组分最佳比例下的纤维增强树脂混凝土力学本构关系。
(3)在分析纤维、界面对材料阻尼的影响以及纤维增强树脂混凝土阻尼定量分析的基础上,建立纤维增强树脂混凝土材料阻尼数学模型。结合数控机床运行环境,建立多场耦合条件下,纤维增强树脂混凝土机床基础件的热、动力学数学模型。
1.2机床结构热动力学优化方面的研究现状
机床结构热动力学性能优化是改善机床动态性能和热稳定性的主要途径。自20世纪60年代,国内外学者对机床结构设计方法及数字化设计进行了广泛研究。通过试验与理论分析,找出了机床的薄弱环节,针对机床的薄弱环节进行结构优化,提高机床结构的静、动态力学性能。目前研究者已经开始尝试采用拓扑优化的方法来解决机床结构优化时遇到的问题。德国人L.Kroll等[17]利用拓扑优化技术在对机床各部分零件进行轻量化设计的基础上,获得整机的轻量化设计。马超[18]借用有限元分析软件,基于变密度拓扑优化对某型号机床立柱进行了拓扑优化,实现了机床结构的轻量化设计。饶柳生等[19]基于拓扑优化技术中的SIMP方法通过改变加强筋板在机床立柱上的个数与分布位置,达到对机床立柱静动态性能优化的目的。巫修海等[20]采用ICM法的连续体拓扑优方法对高速卧式加工中心的立柱进行了优化设计,并获得了一定的效果。
上述研究者多忽略了机床结构热变形的影响。研究者对数控机床基础件进行优化设计时,需要考虑结构的散热。 尤其设计与数控机床主轴系统相关联基础件时,更应该考虑其结构的散热功能。笔者认为考虑机床热变形的影响因素对机床基础结构进行优化设计时,需要首先获得机床结构工作过程时精确的温度场,建立精确的热力耦合工况,最后考虑热力耦合作用,采用拓扑优化技术对机床基础件进行热动力学性能优化设计。
1.3纤维增强树脂混凝土机床基础件热动力学性能拓扑优化
纤维增强树脂混凝土可以看成以纤维为增强相以聚合物混凝土为基体形成的混杂两相复合材料。目前连续体结构的拓扑优化设计研究主要集中在采用单一材料进行优化设计,而两相、多相复合材料的连续体结构拓扑优化设计相对较少,且多停留在对结构的静力学性能进行优化,针对结构较复杂的纤维增强树脂混凝土机床基础件进行拓扑优化设计的研究更少。笔者[21]曾采用单元变密度方法和节点变密度方法,提出以模态阻尼比最大作为优化的目标函数,结合有限元建模、独立敏度分析、滤波和灵敏度再分配等步骤完成阻尼结构在板壳结构表面的布局优化,并取得了一定的效果。研究发现,对纤维增强树脂混凝土两相材料进行拓扑优化是可行的。另外,其他研究者也为解决纤维增强树脂混凝土两相材料机床基础件拓扑优化提供了解决思路。2000年Sigmund等[22]在对柔顺机构进行拓扑优化设计时,就采用了两相材料的插值模型。Mei等[23]曾将柔度最小作为优化的目标,利用水平集方法对多相材料连续体结构进行了拓扑优化。Wang等[24,25]在对多相材料进行拓扑优化时引入了相场理论。孙士平等[26]在对多相材料进行拓扑优化时,为了提高优化精度、抑制数值 不稳定现 象,提出了周 长控制方 法。 Li等[27]曾以应力大小为约束条件,对两相材料的柔顺机构进行了拓扑优化设计。郭旭等[28]在节点水平集法的基础上提出拓扑描述函数法,通过引入支集放松技术,提高计算效率。
由此可知,拓扑优化可以用于纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力性能优化。
针对纤维增强树脂混凝土机床构件的热动力学性能拓扑优化的研究尚未报道。笔者认为纤维增强树脂混凝土在制备过程相对铸铁具有好的抗腐蚀性、吸振、防锈、耐热性以及常温下一次成型的低能耗特性。但纤维增强树脂混凝土同样具有很多缺点:成型时流动性比较差,弹性模量与铸铁比相对较小、不能焊接等。成型时的流动性制约了其不能像铸铁那样加工成相对复杂的构形;弹性模量低要求设计时若需提高结构刚性,需要增大截面的惯性矩,不能按照设计铸铁机床构件的图纸来制造纤维增强树脂混凝土数控机床构件,例如设计纤维增强树脂混凝土机床床身的截面形状可以根据实际需要来设计不同于铸铁床身的截面形状等;不具有焊接性能,制约了其用于制造数控机床基础件时只能一次成型或通过预埋构件进行连接,不能采用焊接的方式连接各部分构件等。考虑到纤维增强树脂混凝土苛刻的加工制造条件,要求设计者在对纤维增强树脂混凝土数控机床基础件热动力学性能设计,需采用传统设计方法设计的同时,尝试新的优化设计方法———拓扑优化方法。
2解决策略
为加快纤维增强树脂混凝土在数控机床基础件中的应用、提高数控机床抑制振动、热变形的能力,笔者认为需要从以下几方面进行研究:
(1)机床的内部和外部热源都能引起机床的温度变化, 使其产生热变形,破坏各部件之间的相对位置精度和运动精度,影响机床的几何精度和工作精度,其中基础件的热变形是影响机床加工精度的主要因素。研究者拟根据数控机床工作现场受到的外界及自身产生的温度场、载荷场,建立不同工况条件下,数控机床的载荷场。
(2)根据纤维增强树脂混凝土苛刻的加工制造条件,基于能量原理,建立复杂工况下纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力学方程;采用有限元方法,对其进行数值求解。
(3)发展和完善新的拓扑优化方法用于纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力学性能。该方法需要兼顾克服纤维增强树脂混凝土自身缺点影响、数控机床复杂的工况条件干扰的同时,并能提高优化设计计算效率。引入耦合物质点方法用于纤维增强树脂混凝土机床基础件的热动力学性能优化设计中,构造适合纤维增强树脂混凝土自身性能、 满足结构间特性的,在空间上具有连续性、光滑性的拓扑变量场,建立多场耦合条件下纤维增强树脂混凝土机床基础件热动力学性能拓扑优化模型,引入动力学缩聚理论提高优化效率。最终获得最优、最实用的纤维增强树脂混凝土数控机床基础件结构。
研究者需攻关的关键点为:
(1)钢纤维增强树脂混凝土机床床身的动力学模型的建立
1基于试验的方法研究在树脂混凝土加入钢纤维的含量、长径比,粘结剂、骨料、填料等组分对其物理力学性能、阻尼性能、热稳定性能及化学稳定性的影响,优化纤维增强聚合物混凝土的组分配比。
2基于热力学第一定律,运用损伤力学和界面力学原理探究在热动力学约束条件下钢纤维增强树脂混凝土微观/细观结构和宏观特征关系、多相界面行为,增强、阻裂机理,建立材料的力学本构关系。
3结合试验与理论研究结果,根据材料发生热变形时界面热剪应力与温度变化的关系,以及钢纤维增强树脂混凝土的阻尼性能,建立材料组分最佳比例的力学本构关系。
4基于钢纤维增强树脂混凝土的力学本构关系,结合机床的结构特点,基于数值方法建立钢纤维增强树脂混凝土床身的动力学模型。
(2)热、力环境载荷变化规律对数控机床床身动响应影响研究
1基于朗格朗日定律研究机床床身受到温度场引起的等效热载荷,研究机床床身所受热载 荷与动载 荷的耦合 关系,建立床身所受热载荷与动载荷的特征参数在机床床身空间及时间域内的表述模型。
2探讨作用在机床床身上整体及局部的温度场/力的变化规律。
3研究温度场和载荷对机床床身的动态响应特性。
(3)钢纤维增强树脂混凝土机床床身热动力学建模及优化
1分别以上述钢纤维增强树脂混凝土床身的动响应模型和环境载荷模型为边界条件和载荷条件,建立复杂环境约束条件下,钢纤维增强树脂混凝土机床床身的整体热动力学响应模型,分析床身的热动力学响应特性。
2引入物质点方法,研究适合钢纤维增强树脂混凝土机床床身结构的热动力学拓扑优化方法,并建立以结构动响应最小为目标的床身动力学拓扑优化模型。
3采用数值仿真和试验相结合的方法,研究优化后钢纤维增强树脂混凝土机床床身抑制振动、抗热性能效果。
4运用形状优化方法紧密结合钢纤维增强树脂混凝土制造工艺,对拓扑优化的结果进行形状优化的处理,以利于钢纤维增强树脂混凝土机床床身的制造。
3解决思路
具体解决思路如图1所示。从研究纤维增强树脂混凝土材料本身力学性能及阻尼特性入手,建立材料本构关系。 结合现场测试获得的THC6380精密卧式的载荷谱,基于拓扑优化的方法,结合材料自身制造工艺特点对纤维增强树脂混凝土机床基础件的热、动力学性能进行优化设计,为该材料在高档数控机床基础件中的应用提供理论依据。
4结语
本文提出了从采用新材料和优化机床自身结构方面来提高数控机床加工精度的思路,并对国内外纤维增强树脂混凝土作为机床基础件的研究现状进行了分析,提出基于拓扑优化的方法,结合数控机床工作的环境条件,考虑材料自身力学本构关系来对纤维增强树脂混凝土机床基础件进行优化设计,给出了具体解决策略和思路。
摘要：提出了从改善结构设计,采用新材料的角度出发解决困扰我国数控机床加工精度的难题。在对纤维增强树脂混凝土作为机床基础件的国内外研究现状分析的基础上,提出基于拓扑优化的方法、结合数控机床工作的环境条件,并考虑材料自身力学本构关系来对纤维增强树脂混凝土机床基础件进行优化设计。最后给出了具体解决策略和思路。