數控技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)模式的改革研究論文
1.引言
《數控技術(shù)》是全日制普通工科高校機電專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，其教學(xué)內容包括數控機床的組成和工作原理，數控編程和加工，數控機床的故障診斷和維修等。數控技術(shù)是利用數字信息對機床設備空間運動(dòng)坐標實(shí)現控制，其集機械、電子、自動(dòng)控制、計算機技術(shù)為一體，使得數控技術(shù)課程在教學(xué)中較為抽象、復雜，從實(shí)用和操作的角度看，其教學(xué)實(shí)施也必然對課程實(shí)驗(實(shí)踐)環(huán)節提出較高要求，使該課程具有鮮明的實(shí)踐性特點(diǎn)。在目前我國作為世界制造基地的背景下，數控類(lèi)技術(shù)人才大量需求，包括數控機床制造，數控加工等行業(yè)。目前，數控技術(shù)人才培養有兩個(gè)層次，一個(gè)高職類(lèi)院校，主要培養實(shí)用型的數控加工人才;一個(gè)為普通高校數控技術(shù)方向，培養更高層次數控技術(shù)人才。
受教學(xué)培養計劃限制，我校數控技術(shù)課程教學(xué)采用理論教學(xué)和課內實(shí)驗的教學(xué)模式，其中課內實(shí)驗 6 個(gè)學(xué)時(shí)，課時(shí)偏少，實(shí)驗設備偏少，導致學(xué)生實(shí)踐教學(xué)效果不好，對數控技術(shù)理解不透徹，動(dòng)手能力不強的問(wèn)題。因此，如何解決數控技術(shù)實(shí)踐工程動(dòng)手能力，更好學(xué)習理解數控技術(shù)這門(mén)應用型較強的課程，是需要解決的問(wèn)題。結合我校的教學(xué)改革計劃和存在問(wèn)題，近年來(lái)在機電專(zhuān)業(yè)數控技術(shù)課程改革中，注重對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節進(jìn)行了較大幅度的改革，加大實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，采用分層設置實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，通過(guò)采用課內實(shí)驗，綜合實(shí)訓和開(kāi)放選修三個(gè)層次實(shí)踐教學(xué)環(huán)節結合，全面培養學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，解決問(wèn)題的能力和團隊協(xié)作能力。
2.實(shí)踐教學(xué)體系改革實(shí)施
在我校機電專(zhuān)業(yè)教學(xué)計劃中，數控技術(shù)課程為《數控技術(shù)》(32 學(xué)時(shí))以及課內實(shí)驗等實(shí)踐性環(huán)節，它們在該專(zhuān)業(yè)系列課程中占有重要的位置，也是培養學(xué)生程素質(zhì)和創(chuàng )新能力的一個(gè)重要載體。因此，在本課程教學(xué)改革中，遵循 “注重基礎知識，以培養實(shí)踐能力、綜合應用知識能力、創(chuàng )造能、在實(shí)踐中主動(dòng)獲取知識的能力為主要目的”的指導思想，在數控技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革中體現了分層次、循序漸進(jìn)的特點(diǎn)，涉及到課內實(shí)驗、綜合實(shí)訓、開(kāi)放選修實(shí)驗等多個(gè)階段。
2.1 課內實(shí)驗項目設置
在該層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節項目設置中，主要目的是增加學(xué)生的感性認識，以直觀(guān)認知為主，不強調學(xué)生的動(dòng)手能力。因此，設置了《數控機床認知實(shí)驗》《數控車(chē)床編程實(shí)驗》和《數控插補實(shí)驗》等三個(gè)課內是項目，共 6 個(gè)學(xué)時(shí)�！稊悼貦C床認知實(shí)驗》利用本校機械工程實(shí)驗中心已有的數控車(chē)床、數控銑床、數控加工中心等數控機床，以教師結合實(shí)物講解為主，使學(xué)生了解數控機床的各個(gè)組成部分，工作原理等基本知識�！稊悼剀�(chē)床編程實(shí)驗》以教師講解演示為主，使學(xué)生了解數控編程加工的基本知識�！稊悼夭逖a實(shí)驗》以專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的插補實(shí)驗軟件演示為主，使學(xué)生了解數控插補原理。課內實(shí)驗結合理論課程教學(xué)進(jìn)度，分組進(jìn)行，實(shí)驗類(lèi)型有演示實(shí)驗和驗證實(shí)驗，注重基礎性知識的實(shí)踐訓練。
2.2 綜合實(shí)訓項目設置
在該層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節項目設置中，主要目的是鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，利用所學(xué)理論知識運用到實(shí)踐中的能力，鞏固和拓展課程知識，培養學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力以及動(dòng)手能力。因此，數控技術(shù)實(shí)訓內容按模塊化劃分，強調循序漸進(jìn)，相關(guān)訓練針對性強，應用性強，設置《數控加工仿真實(shí)訓》《數控加工實(shí)訓》《數控安裝調試實(shí)訓》三個(gè)實(shí)訓項目，共計 3 周。
在《數控加工仿真實(shí)訓》項目設置中，考慮到由于高校的持續擴招學(xué)生人數大增，而實(shí)驗設備-數控機床屬于高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，其機床本體和控制系統品類(lèi)繁多，價(jià)格高昂，一般數控車(chē)或銑床單價(jià)約十萬(wàn)到二三十萬(wàn)，加工中心則動(dòng)輒幾十萬(wàn)甚至數百萬(wàn)。如果數控課程的實(shí)驗、實(shí)訓環(huán)節完全依賴(lài)數控機床，則需大量數控機床，投入巨大、消耗多、成本貴、實(shí)驗風(fēng)險高，學(xué)校將無(wú)力組織實(shí)踐教學(xué)。近年來(lái)，市場(chǎng)上出現了基于虛擬現實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的數控加工仿真系統，實(shí)驗者可在此計算機系統平臺上實(shí)現演示、分析數控加工從零件設計圖到加工程序調試直至動(dòng)態(tài)切削演示的全過(guò)程，包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用，零件基準測量和設置，數控程序輸入、編輯和調試等，甚至具有工件的三維測量功能;能夠仿真 Fanuc 、Siemens 、PA 8000、三菱、大森數控、華中數控和廣州數控等主流系統，提供數控車(chē)床、數控銑床、加工中心等各種機床面板;面向數控加工技術(shù)初學(xué)者，具有強大的數控知識呈現功能，具有用于輔助教學(xué)的各種模塊設置。學(xué)生通過(guò)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控系統操作等問(wèn)題，具有使用成本低廉、安全性高、方便輔助授課等特點(diǎn)。因此，根據學(xué)校實(shí)際情況，設置了《數控加工仿真實(shí)訓》實(shí)訓項目，實(shí)訓時(shí)間 1 周，為此采購了宇龍數控加工仿真系統。通過(guò)仿真實(shí)訓，可使每一個(gè)學(xué)生單獨使用一臺計算機進(jìn)行數控編程、操作和加工全過(guò)程的模擬訓練。
《數控加工實(shí)訓》項目，實(shí)訓時(shí)間 1 周，實(shí)訓內容包括數控車(chē)床和數控銑床兩種數控機床的編程加工。安排在學(xué)生完成《數控加工仿真實(shí)訓》項目之后，此時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行《數控加工仿真實(shí)訓》項目時(shí)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中仿真運行，檢驗了程序的正確性。這樣，在實(shí)際的機床上完成典型零件的編程加工操作時(shí)，可以節約大量占用機床時(shí)間，解決了設備不足的問(wèn)題。
《數控安裝調試實(shí)訓》項目，實(shí)訓時(shí)間 1 周，實(shí)訓內容包括數控系統的連接、調試(包括參數保護、回參考點(diǎn)、絲杠螺距誤差補償、伺服驅動(dòng)單元調試、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(shí)訓內容。通過(guò)該項目實(shí)訓，使學(xué)生能掌握數控機床安裝調試方面和數控故障診斷方面的能力。為了開(kāi)展這個(gè)實(shí)訓內容，已有設備不能滿(mǎn)足要求，為此采購了南京日上自動(dòng)化設備有限公司開(kāi)發(fā)的數控實(shí)訓設備，來(lái)完成這些實(shí)訓內容。
在本層次的實(shí)踐教學(xué)項目設置中，根據學(xué)校實(shí)際情況，通過(guò)軟件仿真實(shí)訓和實(shí)際機床操作實(shí)訓結合的方式，用有限的資金，解決了設備不足的問(wèn)題，使每個(gè)學(xué)生在這個(gè)環(huán)節能得到充分的動(dòng)手鍛煉的機會(huì )。通過(guò)學(xué)生單獨使用軟件仿真加工，鍛煉獨立操作的能力;同時(shí)，通過(guò)數控加工實(shí)訓和安裝調試實(shí)訓的分組操作，培養學(xué)生團隊合作完成任務(wù)和解決問(wèn)題的能力。
2.3 開(kāi)放選修實(shí)驗項目設置
在該層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節項目設置中，主要目的是培養學(xué)生的在數控機床設計開(kāi)發(fā)方面的創(chuàng )新能力。目前，開(kāi)發(fā)式數控系統的出現，為數控機床(數控系統)的設計開(kāi)發(fā)提供了一種方便的途徑。因此，在這本環(huán)節設計了《開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)》的開(kāi)發(fā)選修實(shí)驗，利用固高公司開(kāi)發(fā)的基于運動(dòng)控制卡的二維開(kāi)放式數控平臺，學(xué)生可以在上面定制自己的數控系統。本環(huán)節時(shí)數 32 學(xué)時(shí)，運行模式為開(kāi)發(fā)選修實(shí)驗，針對部分對數控技術(shù)有興趣的學(xué)生選擇�？稍诖嘶A上組織學(xué)生參與大學(xué)生科技創(chuàng )新計劃項目。
3.總結
數控技術(shù)實(shí)踐環(huán)節改革方案完成后，從 2008 年開(kāi)始在在機電專(zhuān)業(yè)數控方向學(xué)生中進(jìn)行實(shí)施。通過(guò)這幾年的教學(xué)情況結果來(lái)看情況良好。通過(guò)不同層次實(shí)踐教學(xué)學(xué)生對數控理論教學(xué)的興趣有較大提高，對數控技術(shù)理論理解和掌握程度提高，使教學(xué)質(zhì)量穩步提升。同時(shí)，通過(guò)三個(gè)層次的實(shí)踐環(huán)節使得學(xué)生的實(shí)際工程能力得到全方面的鍛煉，數控方向畢業(yè)生可以從事數控加工制造、數控機床設計制造、數控維修和改造即數控設備管理等與數控相關(guān)的各種工作，更加符合企業(yè)需求對數控人才的需求，也增加學(xué)生的就業(yè)范圍，近三年來(lái)，數控方向學(xué)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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