機電一體化課程設(shè)計教學(xué)改革

李天景 賁能軍 陳安柱 錢宗仁

摘 要 機電一體化技術(shù)是一門實踐性和綜合性很強的學(xué)科，它涉及的知識面廣，是現(xiàn)代機械電子工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。近幾年來工礦企業(yè)對機電一體化專業(yè)學(xué)生的需求量逐漸增高。機電一體化成為“機械設(shè)計制造及自動化”大專業(yè)的一個專業(yè)方向，簡稱為機電專業(yè)。機電一體化課程設(shè)計是機電專業(yè)的學(xué)生學(xué)完了計算機控制技術(shù)、機械制造裝備設(shè)計等課程后所進行的一次重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。本文結(jié)合了鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電一體化教學(xué)組實際教學(xué)環(huán)境，該教學(xué)組在教學(xué)過程中，注意因材施教，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法，對課程的教學(xué)改革做了有益的探討。

關(guān)鍵詞 機電一體化 教學(xué)改革 課程設(shè)計

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.03.050

On Mechanical and Electrical Integration

Course Design Teaching Reform

LI Tianjing， BEN Nengjun， CHEN Anzhu， QIAN Zongren

（College of Automotive Engineering， Yancheng Institute of Industry Technology， Yancheng， Jiangsu 225004）

Abstract Mechanical and electrical integration technology is a practical and comprehensive very strong discipline， it involves a wide range of knowledge is the inevitable trend in the development of modern machinery and electronics industry. In recent years， the demand of industrial and mining enterprises of electromechanical integration professional students increased gradually. Electromechanical integration become a "mechanical design manufacturing and automation" big professional a professional direction， referred to as mechanical and electrical professional. Mechanics course is designed to mechanical and electrical professional students learned the computer control technology， mechanical manufacturing equipment design etc of course an important teaching link. This article combines the Yancheng industrial vocational and technical college mechanical and electrical integration of practical teaching faculty environment， the teaching faculty in the process of teaching， pay attention to their aptitude， constantly adjust the teaching content， teaching method， teaching about the course reform has made the beneficial discussion.

Key words mechanical and electrical integration; teaching reform; course design

機電一體化成為“機械設(shè)計制造及自動化”大專業(yè)的一個專業(yè)方向，簡稱為機電專業(yè)。機電一體化課程設(shè)計是機電專業(yè)的學(xué)生學(xué)完了計算機控制技術(shù)、機械制造裝備設(shè)計等課程后所進行的一次重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。①

1 機電一體化課程設(shè)計前期教學(xué)工作

機電一體化課程設(shè)計是我院成立機電工程學(xué)院以來的第一次設(shè)計，設(shè)計能力上都有一定的進步和提高。教師也獲得了一定的指導(dǎo)經(jīng)驗和水平。但仍然存在著一些不足。

（1）設(shè)計題目、內(nèi)容不規(guī)范，要求不統(tǒng)一。由于每屆或每班的指導(dǎo)教師不同，設(shè)計題目、內(nèi)容、要求、難易程度偏離太大。如有數(shù)控機床改造設(shè)計、伺服系統(tǒng)控制設(shè)計、交通燈控制設(shè)計等，要求、工作量也不相同。有的設(shè)計任務(wù)偏難，有的設(shè)計任務(wù)又太簡單。

（2）設(shè)計資料缺乏。由于機電一體化是一門新興的技術(shù)和專業(yè)，這方面的知識內(nèi)容都在相關(guān)的雜志刊物登載，書籍相對少一些。要進行課程設(shè)計，收集這方面的資料較困難。沒有現(xiàn)成的資料匯編及設(shè)計手冊，學(xué)生要花費較多的時間找資料，往往是教師幫助尋找資料。而且沒有像機械零件設(shè)計那樣的系統(tǒng)完整的課程設(shè)計指導(dǎo)書。在設(shè)計中盲目性較大。②

（3）師資不足。最早幾年機電專業(yè)方向只有一個班或兩個班，指導(dǎo)教師有2～4人即可。一般由主講或熟悉機電一體化控制系統(tǒng)課程的教師指導(dǎo)。近幾年隨著學(xué)生的擴招，機電專業(yè)擴展到4～5個班，指導(dǎo)教師需要8～10人，明顯不夠，因此有必要進行培養(yǎng)。

2 機電一體化課程設(shè)計改進措施

（1）編寫合適的機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書，配齊設(shè)計資料。到目前為止未見過公開出版的機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書，所以有必要編寫合適的機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書，并收集較全的資料進行匯編，與指導(dǎo)書匯編成冊。

（2）規(guī)范設(shè)計題目，統(tǒng)一要求。規(guī)范設(shè)計題目不是整個設(shè)計都用同一個題目，而是在一個范圍內(nèi)選擇題目，教師根據(jù)所選的題目按統(tǒng)一的要求下達任務(wù)書。設(shè)計題目一般以簡易數(shù)控機床設(shè)計、數(shù)控機床改造設(shè)計、機器人及控制設(shè)計較為合適。在市場上可見的機電產(chǎn)品多得很，不是所有的機電產(chǎn)品都適合做題目，因其難易程度是不同的。機電專業(yè)的課程設(shè)置是以機床設(shè)計、機器人設(shè)計控制為典型產(chǎn)品的，在機電一體化課程設(shè)計中要反映課程設(shè)置的內(nèi)容。機電專業(yè)方向課程有機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、計算機控制技術(shù)、機械制造裝備設(shè)計、機器人導(dǎo)論等課程。這些課程的內(nèi)容在電的方面主要介紹了以計算機為核心的控制系統(tǒng);機械方面介紹了機械運動、機械傳動、機械結(jié)構(gòu)及相關(guān)的標準部件，如滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠等。在選題及設(shè)計中要反映上述的內(nèi)容。因此規(guī)范化的題目主要為數(shù)控車床（或銑床、鉆床等）設(shè)計、車床（或銑床、鉆床等）數(shù)控化改造設(shè)計、或是工業(yè)機器人及控制設(shè)計。這些都具有一定的機械部分內(nèi)容，如數(shù)控機床進給軸傳動部件，機器人的腰身、手臂運動部件及滾珠絲杠、導(dǎo)軌的應(yīng)用等。電的方面包含數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計，計算機控制系統(tǒng)設(shè)計及對機械部分的控制;從而實現(xiàn)了機電結(jié)合。對規(guī)范化的題目、要求及上述設(shè)計內(nèi)容都已編入指導(dǎo)書中。③

（3）指導(dǎo)教師的培養(yǎng)。首先被培訓(xùn)的教師可以跟班聽課，熟悉掌握相關(guān)的課程內(nèi)容，然后在機電一體化課程設(shè)計進行中跟班輔導(dǎo)，以培養(yǎng)出合格的指導(dǎo)教師。

（4）加強督察。當指導(dǎo)教師接到指導(dǎo)課程設(shè)計任務(wù)后，首先拿到機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書，根據(jù)要求寫出課程設(shè)計任務(wù)書;并由教研室主任或院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查，合格才可向?qū)W生下達任務(wù)。指導(dǎo)中，教師要填寫指導(dǎo)日志，隨時記錄指導(dǎo)中的難點、及出現(xiàn)的問題和解決方法，并進行小結(jié)，以便下一次指導(dǎo)時提高設(shè)計水平。

3 機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書主要內(nèi)容

3.1 設(shè)計題目確定及要求

3.2 總體方案確定

（1）總體方案設(shè)計;（2）繪制總體方案圖。

3.3 伺服系統(tǒng)機械傳動部件設(shè)計

（1）切削力計算;（2）滾動絲杠螺母副的計算與選型;（3）伺服系統(tǒng)傳動設(shè)計;（4）步進電機當量扭矩計算及選型;（5）機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計（繪制一個軸的機械裝配圖）。

3.4 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

（1）確定控制系統(tǒng)方案及繪制系統(tǒng)框圖;（2）單片機的選用;（3）存儲器的選用與擴展;（4）譯碼電路設(shè)計;（5）接口電路設(shè)計;（6）繪制控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。

3.5 基本的參考圖表匯編。

4 近一屆學(xué)生機電一體化課程設(shè)計進行情況

4.1 教師配備

近一屆機電專業(yè)學(xué)生，每屆有四個班進行機電一體化課程設(shè)計，共配備6名教師;其中有四名為獨立指導(dǎo)教師，兩名為輔導(dǎo)教師，為培養(yǎng)新的指導(dǎo)教師儲備力量。④

4.2 指導(dǎo)書的使用及設(shè)計過程

設(shè)計學(xué)生和指導(dǎo)教師每人一份機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書。教師按照要求寫出機電一體化課程設(shè)計任務(wù)書，并經(jīng)研究所長審查后發(fā)給學(xué)生。設(shè)計題目主要有CA6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計、C6132普通車床數(shù)控化改造設(shè)計。在同一個題目的學(xué)生中，要求設(shè)計進給軸部件時，一部分學(xué)生設(shè)計X軸進給部件，另一部分學(xué)生設(shè)計Z軸進給部件。整個過程根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的題目、要求和機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書給出的設(shè)計步驟、方法，先進行總體方案設(shè)計，再進行機械傳動部件設(shè)計，最后進行CNC硬件電路設(shè)計。整個過程經(jīng)過了機械、電子兩方面的訓(xùn)練，實現(xiàn)了機電結(jié)合，達到預(yù)期效果。

4.3 填寫指導(dǎo)日志

教師在指導(dǎo)設(shè)計的過程中，及時填寫指導(dǎo)日志，記錄設(shè)計中的難點、問題，并進行小結(jié)。

5 本文總結(jié)

本項目對近幾年進行的機電一體化課程設(shè)計進行了總結(jié)，在肯定成績的基礎(chǔ)上找出不足;針對現(xiàn)存的問題進行分析、研究，提出了改正措施和努力方向。本項目完成的《機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書》結(jié)合學(xué)生知識現(xiàn)狀及專業(yè)學(xué)科方向給出了規(guī)范的設(shè)計題目，統(tǒng)一的設(shè)計要求，機械、電控兩方面的設(shè)計方法、步驟及相關(guān)的圖表資料等。設(shè)計內(nèi)容緊密結(jié)合課程教學(xué)及學(xué)科前沿，加強機電結(jié)合，理論聯(lián)系實際，內(nèi)容新穎、重點突出。近兩屆機電專業(yè)學(xué)生進行機電一體化課程設(shè)計，提高了設(shè)計水平，達到了預(yù)期效果。

注釋

① 張靜，聶章龍.淺談技能大賽對高職院校教育教學(xué)改革的促進作用[J].中國電力教育，2011（3）：74-75.

② 陳炳和.技能大賽對高職人才培養(yǎng)價值研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2008（3）：36-37.

③ 楊建良.技能大賽與專業(yè)教學(xué)有效融合的實踐研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2013（2）：19-21.

④ 梁文波.依托技能大賽平臺 提高實習(xí)教學(xué)質(zhì)量[J].新課程研究，2012（3）：148-149.