仿真教學(xué)與實踐操作相結(jié)合的數(shù)控加工教學(xué)模式探討

沈 羽，王西建

（河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 機電工程系，河南 平頂山 467000）

0 引言

針對“中國制造2025”，教育部、人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部曾聯(lián)合印發(fā)了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》，其中最引人注目的是“制造業(yè)十大重點領(lǐng)域人才需求預(yù)測”。預(yù)測到2025年，高檔數(shù)控機床和機器人人才缺口將達(dá)到450萬人?！吨改稀窂娬{(diào)“健全多層次多類型人才培養(yǎng)體系”，強調(diào)要“推進(jìn)制造業(yè)人才供給結(jié)構(gòu)改革”、“精準(zhǔn)對接重點領(lǐng)域人才需求”，“教學(xué)內(nèi)容上圍繞先進(jìn)制造業(yè)所需的關(guān)鍵能力和素質(zhì)”?，F(xiàn)代制造業(yè)對人才的要求不斷提升，促使我國職業(yè)學(xué)校要不斷更新培養(yǎng)模式，不斷提升數(shù)控技術(shù)人才的綜合能力與素質(zhì)。在數(shù)控加工人才培養(yǎng)實踐教學(xué)中，引用企業(yè)生產(chǎn)的典型零件作為項目教學(xué)內(nèi)容，合理進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計，在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中驗證項目的可操作性，通過數(shù)控機床操作完成項目任務(wù)的加工驗證。這種采用數(shù)控加工仿真教學(xué)與數(shù)控機床實戰(zhàn)操作相結(jié)合教學(xué)模式，能提高數(shù)控加工教學(xué)效果，增加實踐教學(xué)的安全性，提升學(xué)生工程實踐技能，達(dá)到提高數(shù)控加工人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

1 數(shù)控技術(shù)教學(xué)模式現(xiàn)狀

1.1 軟硬件配套不足

一些學(xué)校財政經(jīng)費投入少，設(shè)備陳舊、數(shù)控機床設(shè)備有限、且數(shù)控系統(tǒng)單一，難以滿足人才培養(yǎng)的多樣化要求。數(shù)控設(shè)備少，一次性參加實訓(xùn)的學(xué)生人數(shù)較多，在這種情況下，人均機床設(shè)備占有率低，學(xué)生獨立操作機床的機會變少。另外設(shè)備數(shù)量少，數(shù)控系統(tǒng)單一、版本低，與企業(yè)的先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)相差較大。學(xué)生只能了解學(xué)?，F(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)知識，造成學(xué)生知識面狹窄，走上工作崗位后難以適應(yīng)企業(yè)要求。

1.2 師資力量薄弱

數(shù)控加工機床操作對實訓(xùn)指導(dǎo)教師教學(xué)能力要求較高。一般數(shù)控加工專業(yè)的老師較少，而且都比較年輕，其中相當(dāng)一部分是大學(xué)畢業(yè)后就直接到職業(yè)院校任教的，在大學(xué)階段沒有系統(tǒng)性的受過數(shù)控加工方面知識的訓(xùn)練，從未到企業(yè)從事數(shù)控技術(shù)工作，對企業(yè)的生產(chǎn)組織方式、生產(chǎn)流程和加工工藝，企業(yè)崗位人員的能力需求，機床操作規(guī)范、機床故障診斷與維修、零部件質(zhì)量控制與檢測等方面的具體要求不了解，缺乏在數(shù)控加工生產(chǎn)第一線的實踐經(jīng)驗。短時間內(nèi)難以滿足數(shù)控加工實訓(xùn)對實訓(xùn)指導(dǎo)教師教學(xué)能力的高要求，無法給予學(xué)生更多更好的職業(yè)能力方面的指導(dǎo)。

1.3 教學(xué)方法陳舊

數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)重要的組成部分，具有很強的實踐性。在教學(xué)過程中應(yīng)以提高學(xué)生的職業(yè)實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)為宗旨，并以培養(yǎng)數(shù)控行業(yè)、企業(yè)所需要的高技能型人才為目標(biāo)。目前的狀況是有些學(xué)校教學(xué)理論過多，實訓(xùn)內(nèi)容過少；有些學(xué)校數(shù)控加工課程教學(xué)仍采用傳統(tǒng)的課堂講解和多媒體課件演示等教學(xué)方法、教學(xué)手段進(jìn)行實踐教學(xué)。教師將要實踐內(nèi)容、操作方法和注意事項，機械的通過黑板或多媒體課件講給學(xué)生，使得實訓(xùn)教學(xué)成了紙上談兵；有些學(xué)校雖然購置了數(shù)控加工仿真軟件，能借助機械CAD/CAM軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，但是又過于注重仿真教學(xué)功能，忽略或簡化了數(shù)控機床實踐操作這一重要環(huán)節(jié)，教學(xué)方法與現(xiàn)代先進(jìn)制造企業(yè)的生產(chǎn)過程相違背，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下。

2 仿真教學(xué)與實戰(zhàn)操作相結(jié)合的教學(xué)模式

2.1 仿真教學(xué)與項目實戰(zhàn)相結(jié)合的必要性

2.1.1 數(shù)控加工仿真教學(xué)的必要性

仿真教學(xué)能靈活的仿真各種真實情況，設(shè)定各種事故及極限運行狀態(tài)，為學(xué)生提供了充分動手的機會，具有高度的安全性。能節(jié)省學(xué)校開支，減輕教師的負(fù)擔(dān)，調(diào)動學(xué)生感覺，運動和思維，發(fā)揮學(xué)習(xí)主動性，開拓想象空間，反復(fù)試驗自行設(shè)計的實驗方案并進(jìn)行驗證自動評價，增強學(xué)生的自信心和成就感，提高學(xué)習(xí)效率。

學(xué)習(xí)數(shù)控加工技術(shù)，機床實踐操作過程是必不可少的。數(shù)控機床屬高技術(shù)產(chǎn)品，價格昂貴，直接在數(shù)控機床上進(jìn)行操作練習(xí)，容易因為不規(guī)范操作，程序錯誤等導(dǎo)致設(shè)備損壞，設(shè)備損壞后維修周期長，耽誤實訓(xùn)教學(xué)過程進(jìn)展，并且實訓(xùn)費用較高。同時好多學(xué)校受條件限制，實訓(xùn)室管理不到位，機床設(shè)備臺套數(shù)不足，實訓(xùn)指導(dǎo)教師數(shù)量緊缺，實踐場所面積小，因此采用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進(jìn)行部分實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是十分必要的。采用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)有效地解決了人均機床占有率低，降低實習(xí)成本、減少昂貴的設(shè)備投入的問題。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)結(jié)合機床廠家實際加工制造經(jīng)驗與高校教學(xué)訓(xùn)練一體開發(fā)，真實感強，具有目前各種主流的數(shù)控系統(tǒng)和操作面板，效果逼真。學(xué)生可以在計算機機上模擬操作機床，能在短時間內(nèi)掌握各種系統(tǒng)的數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心等操作，能進(jìn)行手動編程和導(dǎo)入程序仿真加工，使學(xué)生達(dá)到近似實物操作訓(xùn)練的目的，大大減少昂貴的設(shè)備投入。

仿真教學(xué)是具有綜合作用的教育手段，在很大程度上可以彌補實訓(xùn)客觀條件的不足，給練習(xí)者提供近似真實的訓(xùn)練環(huán)境，從而替代或補充傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段，節(jié)約很多訓(xùn)練時間和經(jīng)費。

2.1.2 仿真教學(xué)與實戰(zhàn)操作相結(jié)合的必要性

盡管數(shù)控仿真實踐教學(xué)具有毋庸置疑的優(yōu)勢，但它也存在一些不容忽視的缺陷。學(xué)生只是在仿真環(huán)境中實踐，難以對數(shù)控設(shè)備的具體操作有真實了解，缺少真實感知。在車間現(xiàn)實數(shù)控機床操作中，存在大量不確定性因素。但是數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定了大量假設(shè)因素，機床、工件、刀具、量具處于一種假設(shè)的理想狀態(tài)，設(shè)定工藝系統(tǒng)滿足剛性要求，未能考慮工藝系統(tǒng)振動、工件材質(zhì)變化等引起的加工質(zhì)量變化等因素，導(dǎo)致仿真系統(tǒng)難以全面反映數(shù)控機床操作具體真實過程。另外在數(shù)控機床實際操作中存在危險隱患，仿真教學(xué)中往往存在任意操作現(xiàn)象，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)沒有危險預(yù)警系統(tǒng)，學(xué)生仿真練習(xí)時也沒有任何危險。運用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可能會降低學(xué)生的安全意識。

數(shù)控機床實踐操作是數(shù)控加工人才培養(yǎng)必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，通過機床操作，學(xué)生能夠熟悉了解數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，掌握待加工零件的裝夾、定位、加工路線設(shè)置及加工參數(shù)調(diào)校等實際操作工藝，排除機床電氣及機械方面的一般性故障。熟練操作數(shù)控機床，為走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 仿真教學(xué)與項目實戰(zhàn)相結(jié)合的教學(xué)模式的具體實現(xiàn)

2.2.1 教學(xué)項目的確定

根據(jù)數(shù)控加工實訓(xùn)課的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，實施“項目式教學(xué)”的可行性高，組織起來也相對比較容易，有利于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效地培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作等能力。采用“項目式教學(xué)”可以將零件數(shù)控編程與操作技能融于具體項目之中，使學(xué)生在完成項目的過程中逐步具備典型及復(fù)雜零件的編程與加工能力，實現(xiàn)職業(yè)教育提高學(xué)生就業(yè)能力的目標(biāo)。

為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識，數(shù)控加工實踐教學(xué)直接引用企業(yè)生產(chǎn)典型零件作為項目化教學(xué)內(nèi)容，以理論與實踐知識實用、夠用為原則，循序漸進(jìn)，由淺入深。項目化教學(xué)內(nèi)容確定后，應(yīng)對每一個項目提出具體的實施方案、教學(xué)要求和應(yīng)該達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，并嚴(yán)格執(zhí)行。

2.2.2 教學(xué)任務(wù)的實施

數(shù)控加工項目化教學(xué)過程分以下幾個步驟：

（1）布置階段。教師布置任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分析任務(wù)，明確素質(zhì)目標(biāo)、知識目標(biāo)、技能目標(biāo)。

（2）計劃階段。學(xué)生分組工作，制定工作計劃，制定數(shù)控加工工藝過程。

（3）實施階段。在仿真加工階段，選擇合適的加工用量，采用手動編程或借助CAM軟件自動編程，選擇機床類別、機床系統(tǒng)、定義毛坯、裝夾毛坯、夾具、選擇合適的刀具，在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)仿真加工，對加工工藝過程、數(shù)控加工程序的正確性進(jìn)行驗證；在機床實踐加工階段，將仿真加工階段檢驗無誤的程序，用計算機接口或存儲介質(zhì)將數(shù)控程序輸入機床數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行實際操作加工。學(xué)生正確選擇毛坯，裝夾工件，裝夾合適刀具，試運行程序，檢查刀具運行軌跡，正確操作機床，運行程序試加工，再次驗證工藝的合理性與程序的正確性。

在仿真教學(xué)和機床實踐時，指導(dǎo)教師先進(jìn)行規(guī)范操作演示，講明操作要點與注意事項。學(xué)生觀看演示后根據(jù)計劃完成自己的任務(wù)，整個過程中，指導(dǎo)教師要認(rèn)真巡視、經(jīng)常檢查、及時指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

（4）檢查階段。學(xué)生自行或互相檢查實訓(xùn)過程、加工結(jié)果。根據(jù)加工結(jié)果，進(jìn)行程序、工藝優(yōu)化設(shè)計與改進(jìn)。

（5）教學(xué)效果的評價與反饋。指導(dǎo)教師對學(xué)生在數(shù)控加工實訓(xùn)整個過程進(jìn)行點評，對加工出的工件質(zhì)量進(jìn)行評價，指出優(yōu)點和不足，對于學(xué)生在實訓(xùn)過程中出現(xiàn)的錯誤要給予及時糾正，通過每一次技能訓(xùn)練，使學(xué)生對自己所掌握的理論知識及實踐技能有所認(rèn)識、有所提高。指導(dǎo)教師要虛心聽取學(xué)生反饋意見，對實訓(xùn)內(nèi)容、實訓(xùn)方法等不足之處及時改進(jìn)。

3 結(jié)語

采用數(shù)控加工仿真教學(xué)與數(shù)控機床實戰(zhàn)操作相結(jié)合的教學(xué)模式，合理設(shè)計實訓(xùn)教學(xué)項目，拓展實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度，提升實戰(zhàn)化教學(xué)質(zhì)量和水平，提高數(shù)控加工教學(xué)效果，增加了實踐教學(xué)的安全性，大大提升了學(xué)生工程實踐技能，提高了數(shù)控加工人才培養(yǎng)質(zhì)量。