功能、作用介紹：
高等院校的工科專業(yè)均開設(shè)有工程訓(xùn)練相關(guān)的實(shí)踐課程，這些課程的教學(xué)形式往往較為單一;與此同時(shí)，由于機(jī)床加工在此類課程中占有較大比重，非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中普遍表現(xiàn)出的基礎(chǔ)薄弱、入門慢、潛在危險(xiǎn)大的問(wèn)題。
從成本投入、教學(xué)效果以及操作安全性的角度出發(fā)，高等學(xué)校一般不配備大型沖壓設(shè)備，但作為機(jī)床加工領(lǐng)域的重要分支，如果對(duì)沖壓成型技術(shù)不加以介紹或者僅僅作為理論講解而沒(méi)有相關(guān)實(shí)踐，又有悖于教學(xué)的目的和要求。這就造成了一個(gè)很尷尬的局面，一方面是教學(xué)的需要，另一方面是出于經(jīng)濟(jì)的考慮，引進(jìn)相關(guān)設(shè)備，則投入和產(chǎn)出不成正比，很有可能入不敷出。就目前來(lái)看，很多高校都沒(méi)有相關(guān)的設(shè)備，這就會(huì)造成學(xué)生能力的短板。
一些高校在機(jī)床教學(xué)過(guò)程中，采用演示模型來(lái)輔助教學(xué)，起到了一定的效果，但市面上現(xiàn)有的沖床教學(xué)模型仿真度不高，并且無(wú)法自動(dòng)運(yùn)行，與真正的機(jī)床相差甚遠(yuǎn)，也無(wú)法體現(xiàn)現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展方向。
南通大學(xué)工程訓(xùn)練中心成立三年以來(lái)，經(jīng)過(guò)跨越式發(fā)展已經(jīng)成為省級(jí)示范中心立項(xiàng)單位，但是由于歷史的原因，在所開設(shè)的課程中，除傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨、鑄、鍛、焊等金工實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中，缺少?zèng)_壓加工的理論介紹及相關(guān)實(shí)踐。
本裝置是采用機(jī)電一體化技術(shù)開發(fā)的符合工程訓(xùn)練實(shí)際情況的機(jī)床教學(xué)仿真系統(tǒng)，可以幫助部分高校在缺少相關(guān)大型加工設(shè)備的情況下，開展工程認(rèn)知教學(xué)。能夠讓學(xué)生在相對(duì)安全的環(huán)境下，獲得近距離的切身感受。在《工程認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書》中，本教具作為傳統(tǒng)機(jī)加工的教學(xué)補(bǔ)充，而在工程訓(xùn)練教學(xué)模塊中，本教具的沖壓機(jī)構(gòu)作為鍛壓成形的先期介紹。采用CDIO模塊化培養(yǎng)理念，針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，選取其中的結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行重新設(shè)計(jì)調(diào)試，配合自評(píng)、互評(píng)等方式進(jìn)行考核，便于師生開展教學(xué)互動(dòng)，有效加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。
本教具去年經(jīng)過(guò)了全校6所學(xué)院，20個(gè)專業(yè)，共計(jì)979人的實(shí)踐教學(xué)檢驗(yàn)，相關(guān)課程的學(xué)生評(píng)價(jià)、同行評(píng)價(jià)、學(xué)院評(píng)價(jià)的滿意度均超過(guò)90%，其中，學(xué)生滿意度調(diào)查達(dá)到97.84%。
學(xué)生通過(guò)對(duì)該教學(xué)用具中某些部件的改造與創(chuàng)新，在多項(xiàng)賽事中獲得佳績(jī)，其中校級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家級(jí)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。經(jīng)檢索，并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的沖床教學(xué)儀器。目前已獲得實(shí)用新型專利兩項(xiàng)，外觀專利授權(quán)1項(xiàng)，另有1項(xiàng)發(fā)明專利已經(jīng)受理。圍繞相關(guān)設(shè)計(jì)理念，撰寫的1篇論文已投稿中文核心期刊。本教具已接受我校工程訓(xùn)練中心相關(guān)課程的實(shí)踐檢驗(yàn)，其中所涉及的沖床自動(dòng)檢測(cè)單元已經(jīng)與南通嘉和機(jī)電有限公司達(dá)成初步合作意向，也為進(jìn)一步的產(chǎn)學(xué)研合作提供了實(shí)踐平臺(tái)。
該教學(xué)演示系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)包括沖壓機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)、檢測(cè)與控制電路、射頻通信電路以及上位機(jī)程序界面。沖壓機(jī)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其模擬的沖壓過(guò)程由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。送料機(jī)構(gòu)含有螺紋結(jié)構(gòu)，適當(dāng)調(diào)節(jié)螺紋的嚙合程度，可以適應(yīng)不同厚度的料帶。送料采用摩擦傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)送料，同時(shí)有防出錯(cuò)導(dǎo)輪和糾錯(cuò)導(dǎo)輪，以確保送料過(guò)程準(zhǔn)確進(jìn)行。沖壓過(guò)程容易產(chǎn)生廢料殘留，如果不及時(shí)清理，可能會(huì)導(dǎo)致沖壓出錯(cuò)，也使沖壓過(guò)程存在一定的危險(xiǎn)性。安裝在上下模之間的清掃裝置可以模擬清掃模具內(nèi)廢料的過(guò)程，該部分采用絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，以得到平穩(wěn)的直線運(yùn)動(dòng)。
在沖壓演示過(guò)程中，紅外報(bào)警電路、料帶跑偏檢測(cè)電路、上死點(diǎn)檢測(cè)電路將監(jiān)測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞至微控制器，經(jīng)算法處理后產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作;處理結(jié)果送入液晶顯示，并由射頻電路無(wú)線發(fā)送。無(wú)線集中器將射頻電路接收到的沖壓狀態(tài)信息通過(guò)串口傳送至PC機(jī)，最終交由上位機(jī)程序處理。上位機(jī)界面使用labview8.5平臺(tái)設(shè)計(jì)，主要完成對(duì)PC機(jī)的串口讀寫工作，將無(wú)線中繼節(jié)點(diǎn)接受到的射頻信息通過(guò)串口讀取，存入相應(yīng)的緩沖區(qū)，并在顯示窗口中輸出。射頻通信功能便于教具的遠(yuǎn)程監(jiān)控，也可進(jìn)一步將顯示界面通過(guò)投影儀播放，符合學(xué)生人數(shù)較多時(shí)的課堂教學(xué)需求。
學(xué)生在相對(duì)安全的環(huán)境下，通過(guò)高度仿真的機(jī)床教學(xué)訓(xùn)練裝置獲得近距離的切身感受。配合多種傳感器檢測(cè)技術(shù)，可以為電子信息、電氣自動(dòng)化、機(jī)械工程、通信工程、測(cè)控技術(shù)等專業(yè)的學(xué)生開展有針對(duì)性的模塊化教學(xué)，在拓展其知識(shí)面的同時(shí)，能夠使原先的課程內(nèi)容更加貼近學(xué)生的實(shí)際專業(yè)，培養(yǎng)機(jī)電一體化的復(fù)合型人才，也為日后參加各類相關(guān)的競(jìng)賽活動(dòng)提供了研究平臺(tái)。
作品名稱：沖床教學(xué)演示系統(tǒng)
完成單位：南通大學(xué)工程訓(xùn)練中心
