依托硬件和軟件資源改善數(shù)控系列教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量

李英平，于 淼，馬世強

(長春大學(xué) 機械工程學(xué)院，長春 130022)

依托硬件和軟件資源改善數(shù)控系列教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量

李英平，于 淼，馬世強

(長春大學(xué) 機械工程學(xué)院，長春 130022)

本文介紹了依托硬件和軟件資源改善數(shù)控系列教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量的方法。文章首先介紹了數(shù)控教學(xué)模塊的設(shè)置，并從理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)兩方面介紹了如何依托硬件和軟件資源改善教學(xué)質(zhì)量的方法及其成效。

硬件和軟件資源;改善;數(shù)控系列;教學(xué)質(zhì)量

長春大學(xué)是一所綜合性省屬普通本科教學(xué)型大學(xué)，以立足地方、服務(wù)吉林、面向全國，突出為地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展服務(wù)，培養(yǎng)生產(chǎn)一線的具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型高級人才為主要任務(wù)。其機械工程及自動化專業(yè)是國家高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點，面向經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展對機械工程人才的需求，注重為地方制造業(yè)服務(wù)與合作，以學(xué)生為本、質(zhì)量至上，遵循“寬口徑、重基礎(chǔ)、多方向、強應(yīng)用”的指導(dǎo)思想，鞏固發(fā)展專業(yè)特色，培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強。較系統(tǒng)地掌握本學(xué)科專業(yè)必需的基礎(chǔ)理論、基本技能、方法和相關(guān)知識，具備工程師基本素質(zhì)，能在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事機械工程及自動化領(lǐng)域的設(shè)計制造、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理等方面具有創(chuàng)新意識的高級應(yīng)用型人才。在人才的實踐能力培養(yǎng)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面有其自己的特色。按機電一體化產(chǎn)品設(shè)計、機械制造必需的基礎(chǔ)理論、基本知識、基本方法、基本技能，構(gòu)建應(yīng)用型人才的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)。知識方面強調(diào)應(yīng)用性，方法方面強調(diào)綜合性，能力方面強調(diào)基本技能及運用，業(yè)務(wù)素質(zhì)方面強調(diào)工程意識。知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)框架為:一條主線——工程應(yīng)用;兩個支撐——機、電;三個模塊——設(shè)計、制造、數(shù)控;四塊基石——數(shù)學(xué)和物理、人文社科、計算機、外語;五種素質(zhì)——道德、技術(shù)、工程、人文、交際。

1 數(shù)控模塊教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置

數(shù)控技術(shù)和裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，世界各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其裝備，數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展向智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，使得數(shù)控技術(shù)有了廣泛應(yīng)用，并對數(shù)控技術(shù)及制造業(yè)人才的智能結(jié)構(gòu)提出了新的要求。數(shù)控模塊教學(xué)環(huán)節(jié)正是為了要適應(yīng)這一新要求而設(shè)置的。一方面培養(yǎng)能從事數(shù)控產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、數(shù)控制造加工、數(shù)控設(shè)備運行維護、數(shù)控產(chǎn)品試驗等專業(yè)技術(shù)人才，另一方面培養(yǎng)能從事數(shù)控產(chǎn)品營銷、生產(chǎn)管理、咨詢等與專業(yè)相關(guān)的技術(shù)人才。

在數(shù)控理論教學(xué)環(huán)節(jié)主要設(shè)置了數(shù)控技術(shù)、機電一體化設(shè)計等必修課及Mastercam、數(shù)控編程與操作、數(shù)控編程與工藝等選修課。這些課程中都包含一定比例的實驗課。數(shù)控技術(shù)課程主要講述數(shù)控加工程序的編制、計算機數(shù)控裝置、數(shù)控機床的驅(qū)動與位置控制及數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。機電一體化設(shè)計課程主要講述機電一體化產(chǎn)品設(shè)計中機械部件的選擇與設(shè)計、執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計、微機控制系統(tǒng)的選擇與設(shè)計及機電一體化系統(tǒng)有機結(jié)合的分析與設(shè)計。等內(nèi)容Mastercam課程主要講述二維加工與曲面三維加工方法。數(shù)控編程與操作課程主要講述數(shù)控車床、數(shù)控銑床及加工中心的編程與操作以及自動編程的方法。數(shù)控編程與工藝課程主要講述數(shù)控車床、數(shù)控銑床及加工中心的編程與工藝設(shè)計。

數(shù)控實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要有金工實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、數(shù)控課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計。金工實習(xí)中的數(shù)控方面內(nèi)容，主要是讓學(xué)生對數(shù)控機床、數(shù)控加工及數(shù)控編程有一個感性認(rèn)識。生產(chǎn)實習(xí)中的數(shù)控實習(xí)的一部分是讓學(xué)生自己動手感受數(shù)控加工的整個過程;另一方面進行數(shù)控系統(tǒng)的硬件原理與組成方面的實習(xí)，為進一步學(xué)習(xí)機電一體化設(shè)計、數(shù)控技術(shù)等課程打下基礎(chǔ)。數(shù)控課程設(shè)計主要進行X、Y數(shù)控工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計中亦有相當(dāng)數(shù)量的題目是機電一體化相結(jié)合的題目，主要用數(shù)字控制技術(shù)對所設(shè)計機械進行控制，從理論到實踐上形成了數(shù)控教學(xué)模塊的銜接與整合。

2 依托硬件和軟件資源改善數(shù)控理論教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量

數(shù)控技術(shù)課程主要教學(xué)內(nèi)容之一是數(shù)控加工程序的編制，在這部分內(nèi)容的教學(xué)中我們依托斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件、CAXA制造工程師軟件進行輔助教學(xué)，使編程―安裝工件－選擇刀具與卡具―對刀－運行加工融為一體，增加了教學(xué)的趣味性和實踐性，使理論與實踐密切結(jié)合;數(shù)控技術(shù)課程另一主要教學(xué)內(nèi)容是計算機數(shù)控裝置和數(shù)控機床的驅(qū)動與位置控制，在這部分內(nèi)容的教學(xué)中我們依托斯沃?jǐn)?shù)控機床(維修)仿真軟件教學(xué)，不再只是單純地用框圖的形式讓使學(xué)生認(rèn)識和了解數(shù)控系統(tǒng)，而是讓學(xué)生真切地、立體地看到了數(shù)控系統(tǒng)的組成，并進一步的通過軟件的相關(guān)功能了解數(shù)控系統(tǒng)各組成部分的連線、參數(shù)設(shè)置及調(diào)整過程，并進一步的通過設(shè)置故障功能，了解數(shù)控機床排除故障的過程。實驗方面我們依托數(shù)控車床CK6140、XKA714數(shù)控銑床進行編程加工實驗，使學(xué)生數(shù)控加工的基本技能得到訓(xùn)練;依托斯沃?jǐn)?shù)控機床(維修)仿真軟件進行數(shù)控系統(tǒng)的連接與調(diào)試及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整實驗，使學(xué)生在控制系統(tǒng)方面得到了訓(xùn)練，具有了初步的安裝、調(diào)試、維修能力。

機電一體化設(shè)計課程的改善主要表現(xiàn)在實驗方面。依托HED-21S數(shù)控實驗臺進行X－Y工作臺的拆裝實驗、交流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成、調(diào)整及使用實驗、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)試及使用實驗。通過拆裝工作臺使學(xué)生對其結(jié)構(gòu)組成、工作原理及精度要求有了認(rèn)識;通過交流伺服系統(tǒng)實驗，使學(xué)生對系統(tǒng)的構(gòu)成及伺服電機、驅(qū)動器、數(shù)控系統(tǒng)的互連有了認(rèn)識，掌握了伺服電機及驅(qū)動器的控制特性，了解了交流伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性及其參數(shù)調(diào)整方法;通過步進電機驅(qū)動系統(tǒng)實驗，熟悉了步進電機的運行原理及其與控制系統(tǒng)的連接，掌握了步進電機的性能特性及其與驅(qū)動器的關(guān)系，了解了步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的加減速特性。

Mastercam、數(shù)控編程與操作、數(shù)控編程與工藝課程依托MastercamX2軟件、斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件、數(shù)控車床、數(shù)控銑床進行教學(xué)與實驗，使學(xué)生學(xué)會了編程的同時也掌握了操作加工技能。

通過幾年的教學(xué)實踐，使我們的數(shù)控系列理論教學(xué)質(zhì)量有了明顯的改善和提高。使理論與實踐緊密的結(jié)合起來，使學(xué)生學(xué)會了理論也知道了如何應(yīng)用理論進行實踐，既培養(yǎng)了動手能力又掌握了基本技能。

3 依托硬件和軟件資源改善數(shù)控實踐教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量

金工實習(xí)是重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。是數(shù)控模塊教學(xué)涉及到的第一個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生對現(xiàn)代機械制造技術(shù)數(shù)控加工還沒有認(rèn)識，我們依托數(shù)控車床CK6140、XKA714B/A數(shù)控銑床及加工中心等設(shè)備讓學(xué)生對數(shù)控機床的組成及工作原理、數(shù)控加工過程有一個感性認(rèn)識，并通過一個簡單零件講解數(shù)控編程的步驟，再依托斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件使學(xué)生對數(shù)控加工中的對刀、數(shù)控加工程序的編輯、運行加工有一個感性認(rèn)識。

生產(chǎn)實習(xí)是數(shù)控模塊教學(xué)涉及到的第二個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過金工實習(xí)學(xué)生對數(shù)控技術(shù)及加工已有了一個感性認(rèn)識。我們首先依托一汽數(shù)控車間的數(shù)控設(shè)備及加工現(xiàn)場對數(shù)控整個加工過程，包括加工工件的選擇－選擇刀具與卡具－工藝參數(shù)的確定－編程―安裝工件－刀具安裝―對刀－運行加工等，有一個感性認(rèn)識。在學(xué)生學(xué)會基本的編程指令后，選擇簡單工件編寫其加工程序，然后依托斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的數(shù)控車床、數(shù)控銑床，讓學(xué)生進行實際加工訓(xùn)練。再依托CAXA制造工程師軟件使學(xué)生對自動編程有一個感性認(rèn)識。依托HED-21S數(shù)控實驗臺和斯沃?jǐn)?shù)控機床(維修)仿真軟件使學(xué)生對不同數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成與工作原理及常用電氣元件有一個進一步的認(rèn)識。

數(shù)控課程設(shè)計是數(shù)控模塊教學(xué)涉及到的第三個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在這個階段數(shù)控理論教學(xué)環(huán)節(jié)已完成，學(xué)生已在理論上基本掌握數(shù)控技術(shù)的基本理論和基本技術(shù)，還缺乏實踐，還不能把理論應(yīng)用于實踐，數(shù)控課程設(shè)計就是要初步達到這樣一個目的。首先依托斯沃?jǐn)?shù)控機床(維修)仿真軟件讓學(xué)生對數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)進行組裝，在此基礎(chǔ)上進行X、Y數(shù)控工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計;再依托HED-21S數(shù)控實驗臺了解步進電機的驅(qū)動、控制方式及接線圖，在此基礎(chǔ)上進行以單片機為主控器的X、Y數(shù)控工作臺的控制系統(tǒng)設(shè)計。

畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)教育的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)過程，把所學(xué)理論與實踐相結(jié)合。近幾年來我們相當(dāng)數(shù)量畢業(yè)設(shè)計的選題都是機電一體化相結(jié)合的題目，這樣就可以依托前面所提到的硬件及軟件及其它相關(guān)硬件和軟件進行相關(guān)的實驗，從而完成畢業(yè)設(shè)計。

通過幾年的教學(xué)實踐，使我們的數(shù)控系列實踐教學(xué)質(zhì)量有了明顯的改善和提高。尤其是軟件資源的使用它對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力有很大的意義，它能做到人手一機，使每個學(xué)生都能有上手機會并得到鍛煉。并使我們的畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計提高了一個檔次。

4 結(jié)語

依托硬件和軟件資源改善數(shù)控系列教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量是我們近幾年來不斷探索、不斷改進、不斷完善的工作，目的就是提高我們的教學(xué)質(zhì)量，使我們培養(yǎng)的學(xué)生在綜合素質(zhì)、實踐能力等諸多方面有所提高，能很快適應(yīng)社會、服務(wù)社會。

［1］ 陳吉紅，楊克沖編.數(shù)控機床實驗指南［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2003.

Improvement of the Quality of CNC Teaching Based on Hardware and Software Resources

LI Ying-ping，YU Miao，MA Shi-qiang
(College of Mechanical Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China)

This paper describes the methods of improving the quality of CNC teaching relying on hardware and software resources.It introduces the setting of NC teaching modules and describes the methods and effectiveness by relying on both hardware and software resources to improve teaching quality from aspects of theoretical teaching and practice teaching.

hardware and software resources;improvement;CNC series;teaching quality

G642

A

1009－3907(2011)12－0101－03

2011-06-21

吉林省教育廳項目(SJYB10-01)

李英平(1960-)，女，遼寧昌圖人，副教授，主要從事機械制定設(shè)備及自動化方面研究。

責(zé)任編輯:劉 琳