數(shù)控維修技術(shù)三向教學(xué)研究

范開國

摘要 為適應(yīng)當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和企業(yè)對高級數(shù)控人才的迫切需求，提出數(shù)控維修技術(shù)的三向教學(xué)法（3W教學(xué)法）。詳細闡述3W教學(xué)法的內(nèi)涵外延，以及具體實施過程。數(shù)控維修技術(shù)的3W教學(xué)法徹底改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，充分培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 數(shù)控維修 3W教學(xué)法 教學(xué)研究

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.052

Research on the Three-Way Teaching for NC Machine Maintenance

FAN Kaiguo

（School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093）

Abstract In order to adapt the development of the NC technology and the requirements of enterprises for advanced NC talents， a three -Way teaching method （3W method） for NC machine maintenance is proposed in this paper. The intension and extension as well as the concrete implementation process of 3W teaching method are elaborated in this paper. The 3W teaching method changes the traditional teaching mode drastically; and the students' abilities of identifying， analyzing， and solving problems can be fully trained.

Key words NC Machine Maintenance; 3W Teaching method; teaching research

隨著我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設(shè)的必要強化，國家裝備制造業(yè)對數(shù)控機床這種基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性生產(chǎn)制造手段提出了急迫且大量的需求。2014年我國機床數(shù)控化率由2004年的27%提升至54.7%，在大型制造業(yè)密集地區(qū)，這一比率相對更高。但是，國內(nèi)在數(shù)控設(shè)備的維護管理上基本沿用普通設(shè)備的管理模式，高水平維修人才更是長期匱乏，造成數(shù)控設(shè)備完好率低。

因此，數(shù)控設(shè)備的維護維修人員是目前企業(yè)急需的數(shù)控人才。高等學(xué)校作為輸送數(shù)控人才的教育基地，肩負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)、高質(zhì)量、高技術(shù)數(shù)控人才的重要使命。為滿足企業(yè)對高技術(shù)數(shù)控人才的需求，提高數(shù)控教學(xué)質(zhì)量，各院校大力推行數(shù)控實踐教學(xué)，①②③以提高畢業(yè)生的實際動手能力;并且對課程結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)置，④以適應(yīng)當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展。為培養(yǎng)高技術(shù)數(shù)控人才，本文提出數(shù)控維修技術(shù)的三向教學(xué)法（3W教學(xué)法：Three-Way Teaching Methods）。

1 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法內(nèi)涵及外延

1.1 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的內(nèi)涵

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的內(nèi)涵是指：組成數(shù)控維修教學(xué)的數(shù)控機床、教師、學(xué)生三者即為教學(xué)主體，同時又都為教學(xué)客體。數(shù)控機床作為教學(xué)主體的本質(zhì)是機床故障的提出者，作為教學(xué)客體的本質(zhì)是施教對象;教師作為教學(xué)主體的本質(zhì)是知識的傳授者與教學(xué)的組織者，作為教學(xué)客體的本質(zhì)是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)者;學(xué)生作為教學(xué)主體的本質(zhì)是機床故障的排除者，作為教學(xué)客體的本質(zhì)是施教對象。

在數(shù)控維修技術(shù)教學(xué)中，數(shù)控機床、教師、學(xué)生三者相輔相成，數(shù)控機床依靠自身信息傳遞故障的發(fā)生及解決途徑;教師依靠豐富的理論知識及經(jīng)驗解密數(shù)控機床提出的問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并最終解決問題;學(xué)生依據(jù)所學(xué)知識及教師的指導(dǎo)確定問題的根源并具體實施。

1.2 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的外延

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的外延是指：組成教學(xué)主體的數(shù)控機床、教師及學(xué)生三者可拓展至廣義領(lǐng)域。在數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)中，數(shù)控機床不僅包括機床本體，還包括數(shù)控系統(tǒng)、氣液傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟硬件以及相關(guān)的電子元器件，甚至包括現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）及整個生產(chǎn)線;教師不僅包括實際意義上的教育工作者，還包括遠程協(xié)助、資深技術(shù)人員以及一切可傳授相關(guān)知識的媒介;隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展及功能的不斷強大，所有數(shù)控領(lǐng)域的工作人員均是現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)者，因此，學(xué)生還包括教師以及該領(lǐng)域的相關(guān)人員。

2 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法實施過程

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的核心是三向信息互動，充分體現(xiàn)教師的引導(dǎo)作用以及數(shù)控機床的信息交互作用，并將盡可能多的外部資源引入到信息互動中，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法的實施過程如圖1所示，主要包括機床故障信息的三向交互、機床故障溯源分析和機床故障排除三大過程。

2.1 機床故障信息的三向交互

由于數(shù)控機床故障涉及機械、電氣、軟件、電子元器件等諸多方面，并且數(shù)控機床故障包括有報警故障和無報警故障，具有隨機性和難預(yù)測性。因此，數(shù)控機床故障信息的發(fā)現(xiàn)與交互是數(shù)控維修的基礎(chǔ)與前提。

對于有報警故障，可充分利用機床數(shù)控系統(tǒng)的報警信息鎖定故障現(xiàn)象，該過程需要充分理解并掌握數(shù)控機床的報警信息，要理解數(shù)控機床報警所傳遞信息的本質(zhì)及內(nèi)涵，該類機床故障信息的獲取與交互相對直觀，教師、學(xué)生可在數(shù)控機床現(xiàn)場進行故障信息的提取與交互。

對于無報警故障，其信息又可分為兩類：第一類是機床無報警停止運行;第二類是機床無報警正常運行，但有異響、異味以及在無操作不當(dāng)情況下的工件超差等現(xiàn)象。對于第一類故障信息的獲取是具有相當(dāng)難度的工作，需要維修人員、操作人員以及數(shù)控機床三向信息交互，教師、學(xué)生可在機床現(xiàn)場通過對機床檢查以及對操作人員問詢獲取機床故障信息。對于第二類故障需要正確分析并判斷機床傳遞的信息，從眾多信息中獲取機床故障信息，將機床故障消滅在萌芽狀態(tài)，這也是數(shù)控機床維修維護的最佳境界。

2.2 機床故障溯源分析

由于機床數(shù)控系統(tǒng)種類繁多、設(shè)計方式多種多樣、故障現(xiàn)象千差萬別，因此，在掌握數(shù)控機床故障信息的同時，必須科學(xué)分析機床故障信息，最終通過故障信息逐漸縮小故障范圍并最終鎖定故障。

機床故障溯源分析是一個系統(tǒng)化的問題處理過程，包括確定和分析故障原因，找出故障解決辦法，并制定故障排除措施。溯源分析實質(zhì)是根據(jù)機床故障信息， 綜合運用數(shù)控原理知識、遠程協(xié)助等途徑，逐步找出故障的根源。

機床故障的溯源分析同時又是多方信息交互的過程，教師、學(xué)生相互討論，相互學(xué)習(xí)，根據(jù)機床故障信息分析可能的機床故障原因，并繪制機床故障線路圖。根據(jù)機床故障線路圖依次由簡到難排除機床故障，并最終鎖定機床故障的根源。對于疑難問題可引入遠程協(xié)助及遠程服務(wù)，同時還可聘請資深技術(shù)人員參與問題的討論與分析，最終達到鎖定并排除機床故障的目的。

機床故障的溯源分析的關(guān)鍵是教師、學(xué)生、數(shù)控機床、遠程終端以及相關(guān)技術(shù)人員的信息交互與挖據(jù);教師、學(xué)生要善于通過機床故障信息挖掘與之相關(guān)的信息，并在眾多信息中梳理出機床故障線路，最終確定機床故障信息的根源。

2.3 機床故障排除

機床故障排除是指運用科學(xué)的方法對排除機床故障的方案進行研究和選擇的過程。機床故障排除必須依靠科學(xué)的知識和方法進行，而不是經(jīng)驗的積累?？茖W(xué)的故障排除要經(jīng)過一系列步驟，包括明確問題、制定備選方案、評價與選擇方案，靈活運用數(shù)控原理知識及遠程協(xié)助與遠程服務(wù)，才能起到事半功倍的效果。

機床故障排除是數(shù)控維修技術(shù)的最終環(huán)節(jié)，也是決定維修質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生應(yīng)充分運用數(shù)控原理知識，制定出合理、科學(xué)的解決方案。

以上三個過程是依次遞進的過程，每一環(huán)節(jié)都是下一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，三個環(huán)節(jié)相輔相成，缺一不可。與傳統(tǒng)雙向?qū)嵺`教學(xué)的不同之處在于數(shù)控機床本身是施教主體，而并非傳統(tǒng)的驗證對象，只有讓數(shù)控機床作為施教主體，才能真正培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，才能真正培養(yǎng)出理論與實踐相結(jié)合、理論與實踐都過硬的高水平數(shù)控技術(shù)人才。

3 數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)案例

以一臺實習(xí)用快走絲線切割機床隨機突發(fā)故障為例，介紹現(xiàn)場3W教學(xué)法的施教過程。該線切割機床的故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：機床X軸進給時發(fā)出有規(guī)律的間歇性異響。

針對該線切割機床的這一故障信息，首先要確定異響的具體位置，通過現(xiàn)場實際觀察，確定該異響來源于電機附近。而電機附近的異響一般與軸承和電機相關(guān)，由于軸承拆卸要求較高，所以從排除電機故障入手。

首先組織學(xué)生從步進電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)進行故障溯源分析，初步確定該電機存在失步現(xiàn)象，同時繪制圖2所示故障線路圖。

根據(jù)電機失步故障線路圖，組織學(xué)生進行故障溯源分析。在故障溯源分析時，引導(dǎo)學(xué)生按三步排除故障，即：功率放大故障、環(huán)形分配故障和電機繞組故障三部分。

對于功率放大故障，首先確定功率驅(qū)動三極管的工作狀態(tài)，由于功率驅(qū)動三極管的工作狀態(tài)會在發(fā)光二極管上明確地顯示出來，通過檢查，驅(qū)動三極管完好;通過萬用表檢測功率電阻及驅(qū)動線路完好，從而排除功率放大故障。

對于環(huán)形分配故障，引導(dǎo)學(xué)生從檢查環(huán)形分配電路中的電阻開始，通過萬用表測試，環(huán)形分配電路中的一只電阻損壞，從而鎖定故障根源。

鎖定機床故障根源后要排除機床故障，由于該機床故障的根源就是電阻損壞，因此其故障排除方案首選更換電阻。更換電阻后通電運行，X軸進給異響故障排除。

4 結(jié)束語

數(shù)控維修技術(shù)3W教學(xué)法能提供學(xué)生豐富的直接經(jīng)驗，有助于理解和掌握理論知識，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。同時，3W教學(xué)法注重三向信息互動，在信息交互過程中相互啟發(fā)、相互補充，從而達到共識、共享、共進，真正實現(xiàn)教學(xué)相長。

注釋

① 劉天祥，戶春影，董曉威.高校數(shù)控實踐教學(xué)質(zhì)量提高路徑[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2010（9）：64-65.

② 徐婭萍，王潤孝.數(shù)控機床課程教學(xué)的改革與實踐[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2007.27（4）：78-80.

③ 張欣波，常雪峰.高等學(xué)校數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)與實訓(xùn)內(nèi)容整合研究[J].中國電力教育，2014（5）：156-157.

④ 王磊，李洪濤，安興偉.裝備制造業(yè)高端人才工程能力培養(yǎng)體系構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育科學(xué)（高教研究），2014（2）：134-137.