數(shù)控技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)模式的改革

王 佳

（江蘇科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

1. 引言

《數(shù)控技術(shù)》是全日制普通工科高校機(jī)電專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，其教學(xué)內(nèi)容包括數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理，數(shù)控編程和加工，數(shù)控機(jī)床的故障診斷和維修等。數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字信息對(duì)機(jī)床設(shè)備空間運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制，其集機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體，使得數(shù)控技術(shù)課程在教學(xué)中較為抽象、復(fù)雜，從實(shí)用和操作的角度看，其教學(xué)實(shí)施也必然對(duì)課程實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）環(huán)節(jié)提出較高要求，使該課程具有鮮明的實(shí)踐性特點(diǎn)[1]。在目前我國(guó)作為世界制造基地的背景下，數(shù)控類(lèi)技術(shù)人才大量需求，包括數(shù)控機(jī)床制造，數(shù)控加工等行業(yè)。目前，數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)有兩個(gè)層次，一個(gè)高職類(lèi)院校，主要培養(yǎng)實(shí)用型的數(shù)控加工人才；一個(gè)為普通高校數(shù)控技術(shù)方向，培養(yǎng)更高層次數(shù)控技術(shù)人才。

受教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃限制，我校數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)采用理論教學(xué)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，其中課內(nèi)實(shí)驗(yàn)6個(gè)學(xué)時(shí)，課時(shí)偏少，實(shí)驗(yàn)設(shè)備偏少，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐教學(xué)效果不好，對(duì)數(shù)控技術(shù)理解不透徹，動(dòng)手能力不強(qiáng)的問(wèn)題。因此，如何解決數(shù)控技術(shù)實(shí)踐工程動(dòng)手能力，更好學(xué)習(xí)理解數(shù)控技術(shù)這門(mén)應(yīng)用型較強(qiáng)的課程，是需要解決的問(wèn)題。結(jié)合我校的教學(xué)改革計(jì)劃和存在問(wèn)題，近年來(lái)在機(jī)電專(zhuān)業(yè)數(shù)控技術(shù)課程改革中，注重對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了較大幅度的改革，加大實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，采用分層設(shè)置實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)采用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，綜合實(shí)訓(xùn)和開(kāi)放選修三個(gè)層次實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2. 實(shí)踐教學(xué)體系改革實(shí)施

在我校機(jī)電專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，數(shù)控技術(shù)課程為《數(shù)控技術(shù)》（32 學(xué)時(shí)）以及課內(nèi)實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)，它們?cè)谠搶?zhuān)業(yè)系列課程中占有重要的位置，也是培養(yǎng)學(xué)生程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的一個(gè)重要載體。因此，在本課程教學(xué)改革中，遵循 “注重基礎(chǔ)知識(shí)，以培養(yǎng)實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用知識(shí)能力、創(chuàng)造能、在實(shí)踐中主動(dòng)獲取知識(shí)的能力為主要目的”的指導(dǎo)思想[3，4]，在數(shù)控技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革中體現(xiàn)了分層次、循序漸進(jìn)的特點(diǎn)，涉及到課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)訓(xùn)、開(kāi)放選修實(shí)驗(yàn)等多個(gè)階段。

2.1 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

在該層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)項(xiàng)目設(shè)置中，主要目的是增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，以直觀認(rèn)知為主，不強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力。因此，設(shè)置了《數(shù)控機(jī)床認(rèn)知實(shí)驗(yàn)》《數(shù)控車(chē)床編程實(shí)驗(yàn)》和《數(shù)控插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)》等三個(gè)課內(nèi)是項(xiàng)目，共6個(gè)學(xué)時(shí)。《數(shù)控機(jī)床認(rèn)知實(shí)驗(yàn)》利用本校機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心已有的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等數(shù)控機(jī)床，以教師結(jié)合實(shí)物講解為主，使學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分，工作原理等基本知識(shí)?！稊?shù)控車(chē)床編程實(shí)驗(yàn)》以教師講解演示為主，使學(xué)生了解數(shù)控編程加工的基本知識(shí)?！稊?shù)控插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)》以專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)軟件演示為主，使學(xué)生了解數(shù)控插補(bǔ)原理。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論課程教學(xué)進(jìn)度，分組進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)類(lèi)型有演示實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，注重基礎(chǔ)性知識(shí)的實(shí)踐訓(xùn)練。

2.2 綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置

在該層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)項(xiàng)目設(shè)置中，主要目的是鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，利用所學(xué)理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中的能力，鞏固和拓展課程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力以及動(dòng)手能力。因此，數(shù)控技術(shù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容按模塊化劃分，強(qiáng)調(diào)循序漸進(jìn)，相關(guān)訓(xùn)練針對(duì)性強(qiáng)，應(yīng)用性強(qiáng)，設(shè)置《數(shù)控加工仿真實(shí)訓(xùn)》《數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)》《數(shù)控安裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)》三個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，共計(jì)3 周。

在《數(shù)控加工仿真實(shí)訓(xùn)》項(xiàng)目設(shè)置中，考慮到由于高校的持續(xù)擴(kuò)招學(xué)生人數(shù)大增，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備-數(shù)控機(jī)床屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其機(jī)床本體和控制系統(tǒng)品類(lèi)繁多，價(jià)格高昂，一般數(shù)控車(chē)或銑床單價(jià)約十萬(wàn)到二三十萬(wàn)，加工中心則動(dòng)輒幾十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)。如果數(shù)控課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)完全依賴(lài)數(shù)控機(jī)床，則需大量數(shù)控機(jī)床，投入巨大、消耗多、成本貴、實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)高，學(xué)校將無(wú)力組織實(shí)踐教學(xué)[2]。近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)者可在此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)演示、分析數(shù)控加工從零件設(shè)計(jì)圖到加工程序調(diào)試直至動(dòng)態(tài)切削演示的全過(guò)程，包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用，零件基準(zhǔn)測(cè)量和設(shè)置，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試等，甚至具有工件的三維測(cè)量功能；能夠仿真Fanuc 、Siemens 、PA 8000、三菱、大森數(shù)控、華中數(shù)控和廣州數(shù)控等主流系統(tǒng)，提供數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等各種機(jī)床面板；面向數(shù)控加工技術(shù)初學(xué)者，具有強(qiáng)大的數(shù)控知識(shí)呈現(xiàn)功能，具有用于輔助教學(xué)的各種模塊設(shè)置。學(xué)生通過(guò)軟件模擬仿真基本上可解決學(xué)生熟悉機(jī)床控制面板及數(shù)控系統(tǒng)操作等問(wèn)題，具有使用成本低廉、安全性高、方便輔助授課等特點(diǎn)。因此，根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，設(shè)置了《數(shù)控加工仿真實(shí)訓(xùn)》實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，實(shí)訓(xùn)時(shí)間1周，為此采購(gòu)了宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。通過(guò)仿真實(shí)訓(xùn)，可使每一個(gè)學(xué)生單獨(dú)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控編程、操作和加工全過(guò)程的模擬訓(xùn)練。

《數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)》項(xiàng)目，實(shí)訓(xùn)時(shí)間1周，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括數(shù)控車(chē)床和數(shù)控銑床兩種數(shù)控機(jī)床的編程加工。安排在學(xué)生完成《數(shù)控加工仿真實(shí)訓(xùn)》項(xiàng)目之后，此時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行《數(shù)控加工仿真實(shí)訓(xùn)》項(xiàng)目時(shí)已經(jīng)把要加工的零件程序編程完成，并在在加工仿真系統(tǒng)中仿真運(yùn)行，檢驗(yàn)了程序的正確性。這樣，在實(shí)際的機(jī)床上完成典型零件的編程加工操作時(shí)，可以節(jié)約大量占用機(jī)床時(shí)間，解決了設(shè)備不足的問(wèn)題。

《數(shù)控安裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)》項(xiàng)目，實(shí)訓(xùn)時(shí)間1周，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括數(shù)控系統(tǒng)的連接、調(diào)試（包括參數(shù)保護(hù)、回參考點(diǎn)、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、伺服驅(qū)動(dòng)單元調(diào)試、PLC編程）和故障診斷（包括外圍機(jī)床故障模擬與診斷、主軸變頻單元的故障診斷）等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。通過(guò)該項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生能掌握數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試方面和數(shù)控故障診斷方面的能力。為了開(kāi)展這個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，已有設(shè)備不能滿(mǎn)足要求，為此采購(gòu)了南京日上自動(dòng)化設(shè)備有限公司開(kāi)發(fā)的數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備，來(lái)完成這些實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

在本層次的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目設(shè)置中，根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，通過(guò)軟件仿真實(shí)訓(xùn)和實(shí)際機(jī)床操作實(shí)訓(xùn)結(jié)合的方式，用有限的資金，解決了設(shè)備不足的問(wèn)題，使每個(gè)學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)能得到充分的動(dòng)手鍛煉的機(jī)會(huì)。通過(guò)學(xué)生單獨(dú)使用軟件仿真加工，鍛煉獨(dú)立操作的能力；同時(shí)，通過(guò)數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)和安裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)的分組操作，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作完成任務(wù)和解決問(wèn)題的能力。

2.3開(kāi)放選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

在該層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)項(xiàng)目設(shè)置中，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面的創(chuàng)新能力。目前，開(kāi)發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，為數(shù)控機(jī)床（數(shù)控系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了一種方便的途徑。因此，在這本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了《開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》的開(kāi)發(fā)選修實(shí)驗(yàn)，利用固高公司開(kāi)發(fā)的基于運(yùn)動(dòng)控制卡的二維開(kāi)放式數(shù)控平臺(tái)，學(xué)生可以在上面定制自己的數(shù)控系統(tǒng)。本環(huán)節(jié)時(shí)數(shù)32學(xué)時(shí)，運(yùn)行模式為開(kāi)發(fā)選修實(shí)驗(yàn)，針對(duì)部分對(duì)數(shù)控技術(shù)有興趣的學(xué)生選擇?？稍诖嘶A(chǔ)上組織學(xué)生參與大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。

3. 總結(jié)

數(shù)控技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)改革方案完成后，從2008年開(kāi)始在在機(jī)電專(zhuān)業(yè)數(shù)控方向?qū)W生中進(jìn)行實(shí)施。通過(guò)這幾年的教學(xué)情況結(jié)果來(lái)看情況良好。通過(guò)不同層次實(shí)踐教學(xué)學(xué)生對(duì)數(shù)控理論教學(xué)的興趣有較大提高，對(duì)數(shù)控技術(shù)理論理解和掌握程度提高，使教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。同時(shí)，通過(guò)三個(gè)層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)使得學(xué)生的實(shí)際工程能力得到全方面的鍛煉，數(shù)控方向畢業(yè)生可以從事數(shù)控加工制造、數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造、數(shù)控維修和改造即數(shù)控設(shè)備管理等與數(shù)控相關(guān)的各種工作，更加符合企業(yè)需求對(duì)數(shù)控人才的需求，也增加學(xué)生的就業(yè)范圍，近三年來(lái)，數(shù)控方向?qū)W生的就業(yè)率都保持在100%，用人單位反饋信息也都十分良好。

[1] 張建剛.數(shù)控技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

[2] 黃俊.淺談加工仿真系統(tǒng)在開(kāi)放教育《數(shù)控技術(shù)》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].陜西教育，2010，（1/2）.

[3] 孫飛.淺談項(xiàng)目教學(xué)在單片機(jī)綜合應(yīng)用課程中的應(yīng)用[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（4）.

[4] 唐煒.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的單片機(jī)類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)研究與探索，2010，（5）.