數(shù)控技術(shù)課程實踐教學(xué)模式的改革研究論文
1.引言
《數(shù)控技術(shù)》是全日制普通工科高校機電專業(yè)必修的一門專業(yè)課程，其教學(xué)內(nèi)容包括數(shù)控機床的組成和工作原理，數(shù)控編程和加工，數(shù)控機床的故障診斷和維修等。數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字信息對機床設(shè)備空間運動坐標(biāo)實現(xiàn)控制，其集機械、電子、自動控制、計算機技術(shù)為一體，使得數(shù)控技術(shù)課程在教學(xué)中較為抽象、復(fù)雜，從實用和操作的角度看，其教學(xué)實施也必然對課程實驗(實踐)環(huán)節(jié)提出較高要求，使該課程具有鮮明的實踐性特點。在目前我國作為世界制造基地的背景下，數(shù)控類技術(shù)人才大量需求，包括數(shù)控機床制造，數(shù)控加工等行業(yè)。目前，數(shù)控技術(shù)人才培養(yǎng)有兩個層次，一個高職類院校，主要培養(yǎng)實用型的數(shù)控加工人才;一個為普通高校數(shù)控技術(shù)方向，培養(yǎng)更高層次數(shù)控技術(shù)人才。
受教學(xué)培養(yǎng)計劃限制，我校數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)采用理論教學(xué)和課內(nèi)實驗的教學(xué)模式，其中課內(nèi)實驗 6 個學(xué)時，課時偏少，實驗設(shè)備偏少，導(dǎo)致學(xué)生實踐教學(xué)效果不好，對數(shù)控技術(shù)理解不透徹，動手能力不強的問題。因此，如何解決數(shù)控技術(shù)實踐工程動手能力，更好學(xué)習(xí)理解數(shù)控技術(shù)這門應(yīng)用型較強的課程，是需要解決的問題。結(jié)合我校的教學(xué)改革計劃和存在問題，近年來在機電專業(yè)數(shù)控技術(shù)課程改革中，注重對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了較大幅度的改革，加大實踐教學(xué)課時，采用分層設(shè)置實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過采用課內(nèi)實驗，綜合實訓(xùn)和開放選修三個層次實踐教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，解決問題的能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。
2.實踐教學(xué)體系改革實施
在我校機電專業(yè)教學(xué)計劃中，數(shù)控技術(shù)課程為《數(shù)控技術(shù)》(32 學(xué)時)以及課內(nèi)實驗等實踐性環(huán)節(jié)，它們在該專業(yè)系列課程中占有重要的位置，也是培養(yǎng)學(xué)生程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的一個重要載體。因此，在本課程教學(xué)改革中，遵循 “注重基礎(chǔ)知識，以培養(yǎng)實踐能力、綜合應(yīng)用知識能力、創(chuàng)造能、在實踐中主動獲取知識的能力為主要目的”的指導(dǎo)思想，在數(shù)控技術(shù)實踐教學(xué)改革中體現(xiàn)了分層次、循序漸進(jìn)的特點，涉及到課內(nèi)實驗、綜合實訓(xùn)、開放選修實驗等多個階段。
2.1 課內(nèi)實驗項目設(shè)置
在該層次的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)項目設(shè)置中，主要目的是增加學(xué)生的感性認(rèn)識，以直觀認(rèn)知為主，不強調(diào)學(xué)生的動手能力。因此，設(shè)置了《數(shù)控機床認(rèn)知實驗》《數(shù)控車床編程實驗》和《數(shù)控插補實驗》等三個課內(nèi)是項目，共 6 個學(xué)時。《數(shù)控機床認(rèn)知實驗》利用本校機械工程實驗中心已有的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等數(shù)控機床，以教師結(jié)合實物講解為主，使學(xué)生了解數(shù)控機床的各個組成部分，工作原理等基本知識�！稊�(shù)控車床編程實驗》以教師講解演示為主，使學(xué)生了解數(shù)控編程加工的基本知識�！稊�(shù)控插補實驗》以專門開發(fā)的插補實驗軟件演示為主，使學(xué)生了解數(shù)控插補原理。課內(nèi)實驗結(jié)合理論課程教學(xué)進(jìn)度，分組進(jìn)行，實驗類型有演示實驗和驗證實驗，注重基礎(chǔ)性知識的實踐訓(xùn)練。
2.2 綜合實訓(xùn)項目設(shè)置
在該層次的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)項目設(shè)置中，主要目的是鍛煉學(xué)生的實踐動手能力，利用所學(xué)理論知識運用到實踐中的能力，鞏固和拓展課程知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力以及動手能力。因此，數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)內(nèi)容按模塊化劃分，強調(diào)循序漸進(jìn)，相關(guān)訓(xùn)練針對性強，應(yīng)用性強，設(shè)置《數(shù)控加工仿真實訓(xùn)》《數(shù)控加工實訓(xùn)》《數(shù)控安裝調(diào)試實訓(xùn)》三個實訓(xùn)項目，共計 3 周。
在《數(shù)控加工仿真實訓(xùn)》項目設(shè)置中，考慮到由于高校的持續(xù)擴招學(xué)生人數(shù)大增，而實驗設(shè)備-數(shù)控機床屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其機床本體和控制系統(tǒng)品類繁多，價格高昂，一般數(shù)控車或銑床單價約十萬到二三十萬，加工中心則動輒幾十萬甚至數(shù)百萬。如果數(shù)控課程的實驗、實訓(xùn)環(huán)節(jié)完全依賴數(shù)控機床，則需大量數(shù)控機床，投入巨大、消耗多、成本貴、實驗風(fēng)險高，學(xué)校將無力組織實踐教學(xué)。近年來，市場上出現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，實驗者可在此計算機系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)演示、分析數(shù)控加工從零件設(shè)計圖到加工程序調(diào)試直至動態(tài)切削演示的全過程，包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用，零件基準(zhǔn)測量和設(shè)置，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試等，甚至具有工件的三維測量功能;能夠仿真 Fanuc 、Siemens 、PA 8000、三菱、大森數(shù)控、華中數(shù)控和廣州數(shù)控等主流系統(tǒng)，提供數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等各種機床面板;面向數(shù)控加工技術(shù)初學(xué)者，具有強大的數(shù)控知識呈現(xiàn)功能，具有用于輔助教學(xué)的各種模塊設(shè)置。學(xué)生通過軟件模擬仿真基本上可解決學(xué)生熟悉機床控制面板及數(shù)控系統(tǒng)操作等問題，具有使用成本低廉、安全性高、方便輔助授課等特點。因此，根據(jù)學(xué)校實際情況，設(shè)置了《數(shù)控加工仿真實訓(xùn)》實訓(xùn)項目，實訓(xùn)時間 1 周，為此采購了宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。通過仿真實訓(xùn)，可使每一個學(xué)生單獨使用一臺計算機進(jìn)行數(shù)控編程、操作和加工全過程的模擬訓(xùn)練。
《數(shù)控加工實訓(xùn)》項目，實訓(xùn)時間 1 周，實訓(xùn)內(nèi)容包括數(shù)控車床和數(shù)控銑床兩種數(shù)控機床的編程加工。安排在學(xué)生完成《數(shù)控加工仿真實訓(xùn)》項目之后，此時，學(xué)生在進(jìn)行《數(shù)控加工仿真實訓(xùn)》項目時已經(jīng)把要加工的零件程序編程完成，并在在加工仿真系統(tǒng)中仿真運行，檢驗了程序的正確性。這樣，在實際的機床上完成典型零件的編程加工操作時，可以節(jié)約大量占用機床時間，解決了設(shè)備不足的問題。
《數(shù)控安裝調(diào)試實訓(xùn)》項目，實訓(xùn)時間 1 周，實訓(xùn)內(nèi)容包括數(shù)控系統(tǒng)的連接、調(diào)試(包括參數(shù)保護(hù)、回參考點、絲杠螺距誤差補償、伺服驅(qū)動單元調(diào)試、PLC 編程)和故障診斷(包括外圍機床故障模擬與診斷、主軸變頻單元的故障診斷)等實訓(xùn)內(nèi)容。通過該項目實訓(xùn)，使學(xué)生能掌握數(shù)控機床安裝調(diào)試方面和數(shù)控故障診斷方面的能力。為了開展這個實訓(xùn)內(nèi)容，已有設(shè)備不能滿足要求，為此采購了南京日上自動化設(shè)備有限公司開發(fā)的數(shù)控實訓(xùn)設(shè)備，來完成這些實訓(xùn)內(nèi)容。
在本層次的實踐教學(xué)項目設(shè)置中，根據(jù)學(xué)校實際情況，通過軟件仿真實訓(xùn)和實際機床操作實訓(xùn)結(jié)合的方式，用有限的資金，解決了設(shè)備不足的問題，使每個學(xué)生在這個環(huán)節(jié)能得到充分的動手鍛煉的機會。通過學(xué)生單獨使用軟件仿真加工，鍛煉獨立操作的能力;同時，通過數(shù)控加工實訓(xùn)和安裝調(diào)試實訓(xùn)的分組操作，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作完成任務(wù)和解決問題的能力。
2.3 開放選修實驗項目設(shè)置
在該層次的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)項目設(shè)置中，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的在數(shù)控機床設(shè)計開發(fā)方面的創(chuàng)新能力。目前，開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，為數(shù)控機床(數(shù)控系統(tǒng))的設(shè)計開發(fā)提供了一種方便的途徑。因此，在這本環(huán)節(jié)設(shè)計了《開放式數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)》的開發(fā)選修實驗，利用固高公司開發(fā)的基于運動控制卡的二維開放式數(shù)控平臺，學(xué)生可以在上面定制自己的數(shù)控系統(tǒng)。本環(huán)節(jié)時數(shù) 32 學(xué)時，運行模式為開發(fā)選修實驗，針對部分對數(shù)控技術(shù)有興趣的學(xué)生選擇。可在此基礎(chǔ)上組織學(xué)生參與大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃項目。
3.總結(jié)
數(shù)控技術(shù)實踐環(huán)節(jié)改革方案完成后，從 2008 年開始在在機電專業(yè)數(shù)控方向?qū)W生中進(jìn)行實施。通過這幾年的教學(xué)情況結(jié)果來看情況良好。通過不同層次實踐教學(xué)學(xué)生對數(shù)控理論教學(xué)的興趣有較大提高，對數(shù)控技術(shù)理論理解和掌握程度提高，使教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。同時，通過三個層次的實踐環(huán)節(jié)使得學(xué)生的實際工程能力得到全方面的鍛煉，數(shù)控方向畢業(yè)生可以從事數(shù)控加工制造、數(shù)控機床設(shè)計制造、數(shù)控維修和改造即數(shù)控設(shè)備管理等與數(shù)控相關(guān)的各種工作，更加符合企業(yè)需求對數(shù)控人才的需求，也增加學(xué)生的就業(yè)范圍，近三年來，數(shù)控方向?qū)W生的就業(yè)率都保持在 100%，用人單位反饋信息也都十分良好。
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