【南通大学工程训练中心】冲床教学演示系统

功能、作用介绍：

高等院校的工科专业均开设有工程训练相关的实践课程，这些课程的教学形式往往较为单一;与此同时，由于机床加工在此类课程中占有较大比重，非机械类专业的学生在实习过程中普遍表现出的基础薄弱、入门慢、潜在危险大的问题。

从成本投入、教学效果以及操作安全性的角度出发，高等学校一般不配备大型冲压设备，但作为机床加工领域的重要分支，如果对冲压成型技术不加以介绍或者仅仅作为理论讲解而没有相关实践，又有悖于教学的目的和要求。这就造成了一个很尴尬的局面，一方面是教学的需要，另一方面是出于经济的考虑，引进相关设备，则投入和产出不成正比，很有可能入不敷出。就目前来看，很多高校都没有相关的设备，这就会造成学生能力的短板。

一些高校在机床教学过程中，采用演示模型来辅助教学，起到了一定的效果，但市面上现有的冲床教学模型仿真度不高，并且无法自动运行，与真正的机床相差甚远，也无法体现现代制造技术的发展方向。

南通大学工程训练中心成立三年以来，经过跨越式发展已经成为省级示范中心立项单位，但是由于历史的原因，在所开设的课程中，除传统的车、铣、刨、磨、铸、锻、焊等金工实习环节中，缺少冲压加工的理论介绍及相关实践。

本装置是采用机电一体化技术开发的符合工程训练实际情况的机床教学仿真系统，可以帮助部分高校在缺少相关大型加工设备的情况下，开展工程认知教学。能够让学生在相对安全的环境下，获得近距离的切身感受。在《工程认识实习指导书》中，本教具作为传统机加工的教学补充，而在工程训练教学模块中，本教具的冲压机构作为锻压成形的先期介绍。采用CDIO模块化培养理念，针对不同专业的学生，选取其中的结构模块进行重新设计调试，配合自评、互评等方式进行考核，便于师生开展教学互动，有效加深了学生对知识的理解。

本教具去年经过了全校6所学院，20个专业，共计979人的实践教学检验，相关课程的学生评价、同行评价、学院评价的满意度均超过90%，其中，学生满意度调查达到97.84%。

学生通过对该教学用具中某些部件的改造与创新，在多项赛事中获得佳绩，其中校级一等奖1项，省级一等奖1项，国家级二等奖1项。经检索，并未发现相关的冲床教学仪器。目前已获得实用新型专利两项，外观专利授权1项，另有1项发明专利已经受理。围绕相关设计理念，撰写的1篇论文已投稿中文核心期刊。本教具已接受我校工程训练中心相关课程的实践检验，其中所涉及的冲床自动检测单元已经与南通嘉和机电有限公司达成初步合作意向，也为进一步的产学研合作提供了实践平台。

该教学演示系统的总体结构包括冲压机构、送料机构、清扫机构、检测与控制电路、射频通信电路以及上位机程序界面。冲压机构采用框架式结构设计，其模拟的冲压过程由曲柄滑块机构实现。送料机构含有螺纹结构，适当调节螺纹的啮合程度，可以适应不同厚度的料带。送料采用摩擦传动，可以实现平稳送料，同时有防出错导轮和纠错导轮，以确保送料过程准确进行。冲压过程容易产生废料残留，如果不及时清理，可能会导致冲压出错，也使冲压过程存在一定的危险性。安装在上下模之间的清扫装置可以模拟清扫模具内废料的过程，该部分采用丝杆螺母传动，以得到平稳的直线运动。

在冲压演示过程中，红外报警电路、料带跑偏检测电路、上死点检测电路将监测信号实时传递至微控制器，经算法处理后产生相应的机械动作;处理结果送入液晶显示，并由射频电路无线发送。无线集中器将射频电路接收到的冲压状态信息通过串口传送至PC机，最终交由上位机程序处理。上位机界面使用labview8.5平台设计，主要完成对PC机的串口读写工作，将无线中继节点接受到的射频信息通过串口读取，存入相应的缓冲区，并在显示窗口中输出。射频通信功能便于教具的远程监控，也可进一步将显示界面通过投影仪播放，符合学生人数较多时的课堂教学需求。

学生在相对安全的环境下，通过高度仿真的机床教学训练装置获得近距离的切身感受。配合多种传感器检测技术，可以为电子信息、电气自动化、机械工程、通信工程、测控技术等专业的学生开展有针对性的模块化教学，在拓展其知识面的同时，能够使原先的课程内容更加贴近学生的实际专业，培养机电一体化的复合型人才，也为日后参加各类相关的竞赛活动提供了研究平台。