現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)研究生專業(yè)課程教學實驗探討

方喜峰　張勝文　朱成順

摘要針對目前高校在數(shù)控加工技術(shù)研究生課程教學中存在的問題，本文以CDIO教育理念為指導，充分利用數(shù)控加工技術(shù)課程特點，結(jié)合我校的具體情況，培養(yǎng)研究生的科研能力、工程能力、自學能力和團隊交流能力，探索了一條較為切實可行的數(shù)控加工技術(shù)課外項目和課內(nèi)實驗CDIO教學方案，實踐證明，該模式獲得了良好的教學效果。

關(guān)鍵詞數(shù)控加工技術(shù)CDIO研究生教學實驗方案

0 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是按照《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出的高等教育重大戰(zhàn)略性改革計劃，對高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，調(diào)整人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動教育教學改革，增強畢業(yè)生就業(yè)能力都具有十分重要的示范和引導作用。①②為了積極應(yīng)對社會經(jīng)濟發(fā)展和全國高等教育改革形勢提出的挑戰(zhàn)，抓住發(fā)展機遇，強化、加快內(nèi)涵建設(shè)，我校已正式啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”建設(shè)實施工作。

眾所周知，在工科院校機械類或近機械類專業(yè)中，現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)是機械設(shè)計制造及自動化類專業(yè)的專業(yè)課，它是電子技術(shù)、計算機技術(shù)與機械制造技術(shù)的有機結(jié)合，它以數(shù)控機床為對象，研究數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理、組成及其在數(shù)控機床上的應(yīng)用，通過本課程的學習使學生具有一定的機械加工工藝分析和數(shù)控編程的能力，并掌握對典型數(shù)控機床的基本操作技能，對今后從事數(shù)控加工和研究工作奠定一定的基礎(chǔ)。我校機械工程學科依托江蘇省船舶先進制造技術(shù)重點實驗室和江蘇省級機械工程基礎(chǔ)實驗教學示范中心，面向船舶制造業(yè)、緊密跟蹤學科前沿，圍繞復雜產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計與制造、先進制造工藝技術(shù)與裝備、船舶機電設(shè)備與系統(tǒng)的協(xié)同控制等領(lǐng)域開展深入而有特色的研究工作，形成了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用預(yù)先研究和工程化應(yīng)用及產(chǎn)品開發(fā)有機結(jié)合的科研體系。

1 數(shù)控加工技術(shù)CDIO實訓方案

數(shù)控加工技術(shù)是工科院校機械類和近機械類專業(yè)學生必修的一門專業(yè)課，是一門理論性和實踐性都很強的課程，其主要教學目的在于使學生獲得常用機械工程材料的基本理論、熱處理工藝和性能特點等知識，能夠合理選用工程材料，正確制定加工工藝路線，以培養(yǎng)學生的綜合工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力、實踐動手能力、綜合分析和解決實際問題的能力。本課程在內(nèi)容方面?zhèn)戎赜诨A(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論以及基本分析方法的講授，在培養(yǎng)實踐能力方面應(yīng)著重數(shù)控加工技能的基本訓練。通過課堂授課、課內(nèi)實驗和課外項目等多層次教學訓練，綜合培養(yǎng)學生的職業(yè)道德、工程素質(zhì)和社會責任，包括團隊協(xié)作觀念、職業(yè)道德規(guī)范等；科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、認真負責的工作態(tài)度、講求實效的工程觀點、綜合分析的系統(tǒng)思維等和社會義務(wù)責任心、環(huán)保節(jié)能意識、積極端正的進取心等。為了更加確切地了解用人單位對數(shù)控加工技術(shù)人才在數(shù)控機床應(yīng)用，特別是數(shù)控加工、數(shù)控編程等方面的能力要求以及如何建設(shè)數(shù)控加工實訓基地，課題組成員為此進行了廣泛的社會調(diào)查，我們走訪了滬東重機股份有限公司、重慶齒輪箱有限責任公司、滬東中華造船集團公司、江南造船集團公司、河南柴油機重工有限公司、安慶中船柴油機有限公司、武漢船用機械有限公司和鎮(zhèn)江中船設(shè)備有限公司等工礦企業(yè)，了解了作為數(shù)控機床使用企業(yè)對人才能力的需求情況以及學校如何組織數(shù)控加工技術(shù)CDIO教學。綜合調(diào)研結(jié)果，我們認為數(shù)控加工技術(shù)課程CDIO教學應(yīng)分階段按層次進行，采用循序漸進、逐步提高的方案。以適應(yīng)社會需求為目標，數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)明確界定知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的關(guān)系，這樣才能做到有的放矢，體現(xiàn)出數(shù)控行業(yè)特色、專業(yè)內(nèi)涵和符合社會企業(yè)需求的數(shù)控專業(yè)培養(yǎng)目標。③④

2 數(shù)控加工技術(shù)CDIO課外項目和課內(nèi)實驗實施

現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)實驗是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)實驗課程。通過課外項目和課內(nèi)實驗實踐使學生掌握插補原理、數(shù)控加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割的編程與加工方法等，使學生具有直接針對數(shù)控機床編程與加工、測試和維護的能力。培養(yǎng)學生從理論課程向工程實踐課程轉(zhuǎn)換的過渡性環(huán)節(jié)，具有增強學生對機械技術(shù)工作的適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)造能力的作用。本課外項目實踐教學面向機械類專業(yè)學生開設(shè)，在深化現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)課程的基本知識、基本理論、基本方法基礎(chǔ)上，通過課外項目實踐教學，培養(yǎng)學生應(yīng)用計算機、數(shù)控加工仿真軟件等現(xiàn)代制造方法解決機械工程問題的能力，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及自主創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)學生進行科學研究和工程設(shè)計的良好習慣。以下針對我校研究生課程——現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)課程CDIO部分教學實驗內(nèi)容展開分析和討論。

2.1 數(shù)控編程與加工仿真實驗

通過本課外項目和課內(nèi)實驗實踐的學習，使學生了解或掌握數(shù)控機床的數(shù)控編程及其仿真使用方法?？稍谟嬎銠C虛擬環(huán)境下可以動態(tài)地分析、觀察數(shù)控工藝的完備性、程序的正確性。了解后置程序主要功能分析包括機床選擇模塊、機床回零、安裝零件、NC程序?qū)?、運行軌跡檢查、裝刀具、對刀和卸刀、參數(shù)設(shè)置等功能。以船用柴油機關(guān)鍵件CAD/CAPP/CAM集成實驗為例，船用柴油機關(guān)鍵件CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)根據(jù)某企業(yè)用戶提供的零件模型，對零件模型特征信息提取與重構(gòu)，特征工藝推理及排序，并能生成特征刀具軌跡以及對應(yīng)刀具軌跡的NC代碼，最終對生成的NC代碼按照加工要求進行拼接。⑤

2.2 Vericut加工工藝系統(tǒng)仿真實驗

通過本實驗的學習，使學生了解或掌握Vericut加工工藝系統(tǒng)仿真軟件的使用，通過如船用柴油機關(guān)鍵件典型零件數(shù)控加工實例的實施，將課內(nèi)學習的數(shù)控工藝知識綜合起來，對不同的工藝內(nèi)容要了解的不同的實施步驟和采取方法。產(chǎn)品的實際加工環(huán)境包括數(shù)控加工設(shè)備、工裝夾具及其加工刀具等，因此在虛擬加工環(huán)境中需要建立相應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備模型、夾具模型、刀具模型及工件模型，使得Vericut虛擬加工環(huán)境能夠依據(jù)用戶輸入的NC代碼、工藝參數(shù)和刀具模型給出有關(guān)工件變化、刀具狀況、加工效率等信息，為進行產(chǎn)品的可制造性評價和優(yōu)化打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

在數(shù)控加工技術(shù)CDIO項目實踐教學過程中，整個項目實踐教學實施過程主要包括編程、仿真、切削加工、撰寫報告和演示答辯等環(huán)節(jié)，以學生為主體，教師起引導答疑作用，要求學生按進度完成各環(huán)節(jié)任務(wù)；項目實踐教學組織采用個人和團隊的方式，其中團隊項目實踐的成員之間必須有明確的分工與合作，禁止以逸待勞現(xiàn)象；項目實踐教學完成后，要求提交項目實踐報告、數(shù)控程序源文件及仿真、加工的關(guān)鍵草稿紙等。評定方式根據(jù)項目實踐表現(xiàn)、項目完成情況、項目實踐報告質(zhì)量、演示答辯水平等方面綜合考慮。通過數(shù)控加工技術(shù)CDIO項目的研究，制定了切實可行的數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用培訓方案，探討了數(shù)控加工技術(shù)實訓的內(nèi)容和層次的劃分，提供了制造工程實踐環(huán)境，在實現(xiàn)數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)目標中起到了重要的作用。數(shù)控加工技術(shù)CDIO項目實施近一年多來，研究生反映效果良好，達到了預(yù)期的目的。在項目設(shè)計、實現(xiàn)、運作之中，小組成員要進行項目總結(jié)交流，實現(xiàn)經(jīng)驗分享，拓展所學知識，從而培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作能力。

①王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究,2009(9):86-87.

②江帆,張春良,王一軍等.機械專業(yè)CDIO 培養(yǎng)模式探索[J].裝備制造技術(shù),2010(6):192-194.

③方喜峰,張勝文.數(shù)控技術(shù)應(yīng)用實訓方案探討[J].實驗室研究與探索,2005(6):90-92,103.

④王愛玲,李夢群,馮裕強編著.數(shù)控加工理論與實用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

⑤張瑞國.基于GT與KBE的智能編程系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].江蘇科技大學碩士學位論文,2009.