《數(shù)控原理與系統(tǒng)》的課程實踐教學模式

郝文莉

摘 要：《數(shù)控原理與系統(tǒng)》作為數(shù)控技術專業(yè)的一門專業(yè)課程，與學生后續(xù)課程的學習與教學質(zhì)量息息相關。主要針對《數(shù)控原理與系統(tǒng)》的課程教學改革制訂了實踐教學模式，建立了實踐平臺，重編了教材并設計了綜合性實驗，以促進教學質(zhì)量的提高。

關鍵詞：數(shù)控原理與系統(tǒng)；課程實踐；教學模式；實驗課程

中圖分類號：TG659-4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.134

數(shù)控機床作為一種現(xiàn)代化的機械加工設備，融合了當今許多最先進的技術，廣泛應用于生產(chǎn)中。而高校開設《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程的目的就是讓學生掌握數(shù)控機床的工作原理，部分高校還將重點偏向于實踐教學，實現(xiàn)理論與實踐的高度統(tǒng)一，便于學生快速掌握知識。

1 《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程概述

《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程主要講解數(shù)控系統(tǒng)的基本概念和分類，并介紹了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。待學生掌握基礎知識后，則開始介紹數(shù)控系統(tǒng)的刀具補償原理與插補原理、數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)，并簡要介紹數(shù)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動與控制、目前常用數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理等。

2 開展課程實踐教學的必要性

課程實踐教學是一種全新的教學方式，其基礎學習方式是實踐性學習，具有很強的研究性、實踐性和生活性。對于《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程來說，該課程的理論性較強，尤其與工程實踐密切相關，大部分學生在教學中會產(chǎn)生煩悶和枯燥等不良情緒，不會將所學專業(yè)知識與市場數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)系起來，從而造成理論與實踐嚴重脫節(jié)，因此有必要開展課程實踐教學，除了能提高學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力外，最重要的是與高校培養(yǎng)高級數(shù)控工程應用型人才的目標一致。

3 課程實踐教學模式探析

3.1 建立實踐教學平臺

《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程教學用的實驗裝置在市場上還并不多見，大部分高校為完成數(shù)控原理部分的實驗，都采用了單片機。但不太直觀的匯編語言編程讓學生在為數(shù)不多的實驗課上驗證編程數(shù)控原理難度很大，降低了實驗效果。針對上述現(xiàn)象，高?？裳兄崎_發(fā)實驗裝置，例如某高校在1999年研制出基于PC總線而采用上下位機實現(xiàn)的系統(tǒng)實驗平臺及相應的數(shù)控原理，其中，下位機小型銑床的控制和信息的轉(zhuǎn)發(fā)，并采用C語言處理人機界面和實驗功能的計算。學生還能利用該自制教儀較容易地完成教學大綱制訂的實驗任務。但近年來隨著計算機技術的發(fā)展，相應地也帶動了計算機內(nèi)部的改變，其中，變化最大的就是PC總線的升級，以往商用機中使用的PC總線逐漸減少，目前較為流行的Windows環(huán)境兼容性較差，主要是因為其是DOS環(huán)境下開發(fā)的實驗軟件。圖1為某高校建立的實驗平臺，它是基于P C I總線通用接口卡，在計算機內(nèi)部插入一塊通用型PCI接口卡PCI-7483后經(jīng)功率驅(qū)動的單元控制小型實驗銑床。

在VC++6.0環(huán)境下，計算機可實現(xiàn)各功能模塊、人機交互及處理數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，最終結(jié)果為子程序方式經(jīng)調(diào)用PCI卡自帶的動態(tài)鏈接庫直接傳輸給PCI-7483，之后經(jīng)功率驅(qū)動后

對小型實驗銑床的相應部件進行控制。PCI-7483接口卡的硬件資源有16路開關量輸入通道、12位16路A/D轉(zhuǎn)換通道、3路定時中斷/光隔脈沖計數(shù)器及8位4路D/A轉(zhuǎn)換通道等。上述硬件資源基本可以滿足數(shù)控原理教學內(nèi)容中關于數(shù)控機床開關量和模擬量的控制要求，它在被控對象與計算機二者之間形成一種交換作用。機床操作面板指實驗操作臺外還包括機床內(nèi)部一些主要狀態(tài)的顯示，主要目的在于方便學生在實驗過程中能直觀地觀察系統(tǒng)運行結(jié)果。上述實驗操作臺主要由面板1和面板2組成，其中，1多用于工作方式設置、主軸控制、手動控制、電源開關、手搖脈沖發(fā)生器輸入及緊急?？?；2主要用于將坐標軸位置信息和其他開關狀態(tài)準確地顯示出來。其中，開關量控制在一定程度上能實現(xiàn)接口卡面板開關信息和機床本體的傳輸與控制。

圖1 實驗平臺示意圖

3.2 基于實踐設備建立立體化教材

當前《數(shù)控原理與系統(tǒng)》教學采用的教材理論內(nèi)容占據(jù)了70%左右，再加上理論內(nèi)容與學校實踐設備根本不相符。所以要組織有經(jīng)驗的教師根據(jù)教學目標和教學模塊化的思想重新編寫教材，將陳舊、無實用價值和計算復雜的內(nèi)容刪掉，強調(diào)數(shù)控原理及系統(tǒng)的新工藝、新技術、新知識結(jié)合實際操作，從而體現(xiàn)教材的前瞻性和先進性，促進一體化教學的實現(xiàn)。此外，在編寫實踐指導書時，應參照教材的內(nèi)容設置，結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控設備資源及理論設計相對應的實驗項目。主要教學內(nèi)容包括硬件、系統(tǒng)連接、數(shù)控系統(tǒng)進給參數(shù)的設置、刀具補償原理、坐標軸的參考點、進給系統(tǒng)控制特性的調(diào)整、主軸齒輪變速與主軸準停等。實踐指導書的編制建立在理論與實踐相對應的基礎上，目的在于讓學生通透了解理論知識后將其用于分析和解決與數(shù)控系統(tǒng)及技術有關的現(xiàn)實問題，實現(xiàn)學與用的高度結(jié)合。

3.3 綜合性實驗課程設計

一般只有在完成理論教學后才會開展數(shù)控原理與系統(tǒng)的綜合性實驗，促使學生進一步了解數(shù)控系統(tǒng)的組成，掌握課程的基本內(nèi)容和系統(tǒng)的控制原理。還可通過調(diào)試與設計掌握各種功能的實現(xiàn)方法，培養(yǎng)其工程意識和系統(tǒng)意識。雖然常規(guī)實驗課題和綜合性實驗課題是相同的，但二者有不一樣的難度要求與側(cè)重點。對于后者，教師只需準確下達設計任務，由學生自己查閱資料文獻，制訂方案，選擇、設計、調(diào)試程序模塊并分析最終結(jié)果即可。大部分學生在看到自己得出的結(jié)果后都會萌生一種強烈的成就感，為后續(xù)系統(tǒng)操作實習增添信心。一般數(shù)控系統(tǒng)操作實習包括點位數(shù)控系統(tǒng)、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動與控制、數(shù)控加工程序的譯碼與診斷、刀具半徑補償計算、數(shù)控機床主軸控制、數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)設計、數(shù)控機床開關量信號處理和數(shù)據(jù)采樣法插補連續(xù)數(shù)控系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

綜上所述，《數(shù)控原理與系統(tǒng)》的課程實踐教學模式集中在建立實踐教學平臺、基于實踐設備建立立體化教材及綜合性實驗課程設計方面，讓學生在實踐中實現(xiàn)學與用的高度結(jié)合，準確用于與數(shù)控系統(tǒng)及與技術有關的現(xiàn)實問題中，提高教學質(zhì)量。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕