工程訓(xùn)練數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與實(shí)踐

蔣海燕　王國(guó)超　饒玉梅

摘要：數(shù)控實(shí)訓(xùn)是本科高校工程訓(xùn)練的重要內(nèi)容。通過優(yōu)化實(shí)訓(xùn)流程和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，構(gòu)建DNC數(shù)控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，采用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)手段，打造開放實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，促進(jìn)數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量顯著提高。

關(guān)鍵詞：工程訓(xùn)練；數(shù)控；工程能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）10-0134-02

培養(yǎng)一大批具有較強(qiáng)創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才是實(shí)施“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略，助推制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵，高等院校將責(zé)無旁貸地?fù)?dān)負(fù)起這一歷史使命。工程訓(xùn)練作為高等工科院校重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力方面起著重要的作用。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，各高校工程訓(xùn)練中心普遍在傳統(tǒng)的車、鉗、銑、刨、磨實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了以數(shù)控為代表的先進(jìn)制造實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)。重慶理工大學(xué)工程訓(xùn)練與經(jīng)管實(shí)驗(yàn)中心近年來也加大了數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備方面的投入，現(xiàn)有數(shù)控車床12臺(tái)，數(shù)控銑床3臺(tái)，三軸加工中心2臺(tái)，并配置了專用的數(shù)控編程仿真實(shí)訓(xùn)室，以此為基礎(chǔ)，中心積極探索、不斷優(yōu)化數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，取得了較好的效果。

一、優(yōu)化實(shí)訓(xùn)流程和教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生實(shí)訓(xùn)興趣

數(shù)控技術(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)械加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，學(xué)生必須具備傳統(tǒng)機(jī)械制造方面的基本知識(shí)才能更好地進(jìn)行數(shù)控實(shí)訓(xùn)，因此在工程訓(xùn)練課程的安排上，將數(shù)控實(shí)訓(xùn)安排在傳統(tǒng)的車削、銑削和磨削之后進(jìn)行。通過傳統(tǒng)加工技術(shù)的實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生了解機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和加工工藝，為后期數(shù)控實(shí)訓(xùn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在學(xué)生參加數(shù)控實(shí)訓(xùn)初期，可以通過參觀展示柜作品、觀看典型零件數(shù)控加工視頻等方式讓學(xué)生對(duì)數(shù)控加工的過程有一個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí)和了解，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性[1]。在數(shù)控理論教學(xué)方面，由于數(shù)控技術(shù)涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，不可能面面俱到，可以通過重點(diǎn)概念和基礎(chǔ)編程指令的講解，讓學(xué)生對(duì)數(shù)控加工有一個(gè)總體的“框架結(jié)構(gòu)”，在此基礎(chǔ)上采用課堂討論、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等多種方法，結(jié)合學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，逐步完善其理論知識(shí)體系。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，則盡可能使學(xué)生的操作實(shí)踐貼近工程實(shí)際，最好引入具體的工業(yè)產(chǎn)品用于教學(xué)，讓學(xué)生親歷工藝分析、程序編寫、產(chǎn)品加工、質(zhì)量檢測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、解決工程實(shí)際問題的能力。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生通過手工編程、自動(dòng)編程等多種方式自主構(gòu)思、獨(dú)立設(shè)計(jì)工藝作品，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握和運(yùn)用，同時(shí)可以大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[2]。

二、構(gòu)建DNC數(shù)控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提升實(shí)訓(xùn)效率

DNC原始含義是指分布式數(shù)控系統(tǒng)（Distributed Numerial Control），是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等為基礎(chǔ)，把數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)集成起來，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的集中控制、管理以及數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)間的信息交換[3]。

早期的數(shù)控設(shè)備多采用RS232串口通信或手工編輯等方式輸入數(shù)控程序，操作較為煩瑣，且存在接口損壞、程序錄入錯(cuò)誤、效率較低等缺陷。然而大多數(shù)高校工程訓(xùn)練中心數(shù)控實(shí)訓(xùn)室多采用分階段、分批次的建設(shè)模式，導(dǎo)致可能存在多種數(shù)控系統(tǒng)和通信接口，通過構(gòu)建DNC數(shù)控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)則可有效解決設(shè)備兼容問題，更好地為實(shí)訓(xùn)教學(xué)服務(wù)。筆者所在單位數(shù)控設(shè)備中，配置有華中、Simens、Fanuc三種數(shù)控系統(tǒng)，存在RS232和網(wǎng)口兩種通訊接口方式，通過CAXA網(wǎng)絡(luò)DNC軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，兩臺(tái)Fanuc數(shù)控銑床和加工中心本身配置有網(wǎng)口，直接通過屏蔽雙絞線實(shí)現(xiàn)雙向高速通訊，其余基于RS232串口通訊的數(shù)控設(shè)備則通過串口服務(wù)器接入以太網(wǎng)絡(luò)，具體網(wǎng)絡(luò)布置如圖1所示。

學(xué)生在CAD/CAM實(shí)訓(xùn)室完成考核件編程任務(wù)，經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過后，可以直接通過DNC服務(wù)器傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床上完成零件的加工，減少了機(jī)床的待機(jī)時(shí)間和程序校驗(yàn)時(shí)間，大大提高了設(shè)備的使用效率。

三、采用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)手段，提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量

數(shù)控加工仿真是一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)人機(jī)交互技術(shù)，具有生動(dòng)的界面和強(qiáng)大的顯示功能[4]。為緩解數(shù)控設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足的矛盾，提升數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，中心引入了宇龍數(shù)控加工仿真軟件，該軟件可以提供多種數(shù)控機(jī)床的仿真訓(xùn)練，支持華中、廣數(shù)、Fanuc、Simens等主流數(shù)控系統(tǒng)，具有模擬數(shù)控機(jī)床真實(shí)操作面板、智能判斷程序的語法錯(cuò)誤、模擬刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡等功能，使數(shù)控機(jī)床的編程操作易于課堂化教學(xué)，從而節(jié)省機(jī)床設(shè)備和實(shí)習(xí)消耗，降低實(shí)做危險(xiǎn)，是數(shù)控實(shí)訓(xùn)初學(xué)階段理想的實(shí)踐工具。

然而虛擬軟件絕不能替代具體的機(jī)床操作實(shí)踐，過于依賴仿真軟件反而不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，因此必須將兩者有機(jī)結(jié)合起來。在實(shí)際教學(xué)中，可以在講授完數(shù)控編程理論知識(shí)后，讓學(xué)生通過仿真軟件練習(xí)數(shù)控編程基礎(chǔ)指令，熟悉機(jī)床操作面板上各功能鍵的基本操作，體驗(yàn)數(shù)控加工的基本流程，在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生去體驗(yàn)工件裝夾、刀具安裝、對(duì)刀等具體實(shí)踐環(huán)節(jié)，在保證安全的前提下讓學(xué)生去探究不同的切削速度、進(jìn)給速度、切削深度等工藝參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量和效率的影響，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實(shí)際問題的能力。

四、加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室開放力度，為學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐創(chuàng)造條件

實(shí)訓(xùn)室開放是深化教育教學(xué)改革、豐富校園文化科技氛圍，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段，中心數(shù)控實(shí)訓(xùn)室通過預(yù)約的方式面向全校學(xué)生開放。中心支持和鼓勵(lì)學(xué)生在課余時(shí)間參加學(xué)科競(jìng)賽、科技創(chuàng)新活動(dòng)、技能培訓(xùn)鑒定等，促進(jìn)知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，不斷提高學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，更好地為學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)[5]。

為保障開放實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，中心加強(qiáng)了數(shù)字化資源的建設(shè)，通過中心網(wǎng)站，學(xué)生可以免費(fèi)下載教學(xué)課件、數(shù)控機(jī)床操作手冊(cè)、編程說明書、典型數(shù)控加工案例等教學(xué)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，還可以通過虛擬工廠實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)或到中心數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行數(shù)控編程的仿真模擬，使學(xué)習(xí)不再受到時(shí)空的限制。

開放實(shí)訓(xùn)是對(duì)數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)的有益補(bǔ)充，是進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生潛能的有效途徑。不少學(xué)生在校期間通過勞動(dòng)部門的鑒定考試取得數(shù)控中級(jí)證書，提高了就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；在第五屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽中，中心教師指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)控加工的無碳小車取得了全國(guó)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、全國(guó)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、重慶市一等獎(jiǎng)3項(xiàng)的優(yōu)異成績(jī)。

五、結(jié)束語

數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)自動(dòng)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)，數(shù)控實(shí)訓(xùn)是本科高校工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)的重要內(nèi)容。加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，是數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革永恒的主題。實(shí)踐證明，優(yōu)化實(shí)訓(xùn)流程和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，構(gòu)建DNC數(shù)控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，采用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)手段，打造開放實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，不但可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，也促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

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