現代制造工程技術(shù)研究生實(shí)踐課程教學(xué)方法研究論文

　　現代制造工程技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)圍繞數控加工制造、控制、監測的三個(gè)主要環(huán)節開(kāi)展實(shí)踐型實(shí)驗教學(xué)，使機械工程類(lèi)研究生較深入地掌握現代制造工程領(lǐng)域解決實(shí)際制造問(wèn)題的基本方法，提高工程實(shí)踐能力。

　　1 前言

　　機械工程領(lǐng)域工程碩士的培養目標是了解機械工程學(xué)科發(fā)展的前沿和動(dòng)態(tài)，掌握機械工程學(xué)科堅實(shí)的基礎理論、先進(jìn)的技術(shù)方法和手段，具有獨立從事工程設計、工程實(shí)施、工程研究、工程開(kāi)發(fā)和工程管理等能力[1-2]。要達到這樣一個(gè)培養目標，專(zhuān)業(yè)實(shí)踐是必不可少的重要環(huán)節，充分的、高質(zhì)量的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐是專(zhuān)業(yè)學(xué)位教育質(zhì)量的最重要保證。然而，目前大多數高校的在讀研究生是從本科直接考取的，工作經(jīng)驗很少，缺乏工程實(shí)踐的經(jīng)驗，既極大限制了對機械理論知識的理解，又無(wú)法解決工程實(shí)際問(wèn)題[3-4]。對工科機械類(lèi)的研究生特別是工程碩士研究生而言，機械制造的實(shí)踐知識對他們來(lái)說(shuō)尤為重要，他們對實(shí)踐要求也最為迫切，但現今機械制造實(shí)踐課程的缺乏，打擊了研究生的學(xué)習興趣，阻礙了應用型實(shí)踐人才的培養。

　　機械制造實(shí)踐基礎是從事機械制造、機械設計研究、裝備開(kāi)發(fā)最重要的條件之一，現代制造工程技術(shù)涉及制造、加工、監測多個(gè)環(huán)節，集機械制造技術(shù)、數控技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)為一體，了解并掌握現代制造工程技術(shù)，對機械工程類(lèi)研究生是十分重要的。我國工程碩士研究生實(shí)踐教學(xué)起步較晚，開(kāi)展現代制造工程技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節建設可進(jìn)一步完善研究實(shí)踐教學(xué)體系。該課程可直接作為機械制造工程專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩士研究生的必修課、機械制造類(lèi)學(xué)術(shù)型碩士研究生的選修課。通過(guò)本課程學(xué)習，可培養機械工程類(lèi)工程碩士研究生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，使其掌握現代制造工程技術(shù)相關(guān)理論與技術(shù)，提高將數字化技術(shù)應用于工程實(shí)際的能力，為今后從事本學(xué)科的科學(xué)研究及工程應用打下良好的基礎。

　　2 現代制造工程技術(shù)實(shí)踐教學(xué)總體內容

　　根據先進(jìn)制造的發(fā)展方向[5]及北京信息科技大學(xué)機械工程學(xué)科的傳統優(yōu)勢研究方向，以數控機床加工制造、控制、監測為核心，結合機械行業(yè)實(shí)際工程案例及機械工程領(lǐng)域工程碩士研究生就業(yè)需要，從提高基礎實(shí)踐能力和綜合實(shí)踐能力兩方面開(kāi)展課程建設�，F代制造工程技術(shù)課程實(shí)踐環(huán)節教學(xué)擬開(kāi)設有三個(gè)方面的任務(wù)式專(zhuān)題實(shí)踐教學(xué)，即典型零件的數控編程與加工實(shí)驗、開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)與應用、制造過(guò)程監測與控制。三個(gè)單元循序漸進(jìn)，采用教師理論講授與學(xué)生動(dòng)手實(shí)際操作個(gè)性化實(shí)驗開(kāi)發(fā)結合的理念，以學(xué)生實(shí)踐為主，完成三個(gè)專(zhuān)題的任務(wù)，最后以實(shí)驗報告+實(shí)驗程序的形式提交，課程內容及學(xué)時(shí)分配如表1所示。

　　3 現代制造工程技術(shù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節設計

　　現代制造工程技術(shù)實(shí)踐課程以實(shí)驗室現有的科研設備為基礎，由教師提出總體任務(wù)要求和目標，學(xué)生親自動(dòng)手完成各任務(wù)，在完成各個(gè)任務(wù)的關(guān)鍵節點(diǎn)由教師指導，采用的編程語(yǔ)言和相關(guān)軟件由學(xué)生根據自身特長(cháng)及研究生課題自選。使學(xué)生在掌握實(shí)際設備開(kāi)發(fā)技能的同時(shí)，掌握科學(xué)研究的方法，提高學(xué)生獨立思考及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

　　典型零件的數控編程與加工實(shí)驗 數控加工是機械工程專(zhuān)業(yè)最具實(shí)踐性的課程，是多學(xué)科知識的融合，因此首先進(jìn)行數控加工實(shí)踐環(huán)節學(xué)習。典型零件的數控編程與加工跟機械設計密不可分，因此在進(jìn)行該實(shí)驗之前，首先進(jìn)行機械造型三維軟件復習與鞏固;在此基礎之上，進(jìn)行CAM軟件學(xué)習及實(shí)際加工，典型零件的數控編程與加工實(shí)驗環(huán)節內容設置如表2所示。

　　本環(huán)節以數控加工為主，為提高學(xué)生自主性，三維造型軟件不指定，SolidWorks、Pro/Engineer、UG等軟件由學(xué)生根據自身條件任選，三維模型統一保存為IGES格式文件。CAM軟件根據實(shí)驗室條件，統一采用PowerMill軟件進(jìn)行工藝參數設置和選擇的加工設備后處理 [6]，運動(dòng)仿真檢驗完成后將加工程序輸入機床，在VMC 600立式銑削加工中心上完成程序最后調整及零件實(shí)際加工，并檢驗加工效果，具體流程如圖1所示。

　　開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)與應用 進(jìn)行零件的數控編程與加工環(huán)節學(xué)習之后，為了使學(xué)生進(jìn)一步加深對數控系統的了解，提高機械工程領(lǐng)域工程碩士研發(fā)新設備的能力，進(jìn)行開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)與應用環(huán)節學(xué)習。開(kāi)放式數控系統與高級程序編程語(yǔ)言及運動(dòng)控制理論密切相關(guān)，因此在進(jìn)行該實(shí)驗的同時(shí)，首先進(jìn)行高級程序編程語(yǔ)言及運動(dòng)控制理論復習與鞏固;在此基礎上，進(jìn)行開(kāi)放式數控系統學(xué)習及二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)與應用實(shí)驗環(huán)節內容設置如表3所示。

　　本環(huán)節最終目標是采用高級語(yǔ)言實(shí)現上位控制界面的自主開(kāi)發(fā)，開(kāi)放式數控系統選用美國Delta Tau公司的PMAC Clipper控制器。為提高學(xué)生的自主性，上位編程語(yǔ)言不指定，PMAC系統二次開(kāi)發(fā)支持Visual C++、Visual Basic、C#、LabView、Delphi等高級語(yǔ)言[7]，由學(xué)生根據自身特長(cháng)任選。在數控系統的開(kāi)發(fā)應用過(guò)程中，軟件和硬件是密不可分，因此在開(kāi)發(fā)上位控制軟件的同時(shí)，還需掌握相關(guān)輔助PLC程序及運動(dòng)控制程序的開(kāi)發(fā)。上位控制界面的具體效果，需在PMAC運動(dòng)控制平臺上進(jìn)行檢驗。開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)環(huán)節流程如圖2所示。

　　制造過(guò)程監測與控制 設備研制完成后，一項重要的研究工作就是設備運行過(guò)程的監控，進(jìn)行誤差測量、采集和分析，這也是機械工程領(lǐng)域重要的研究?jì)热�。因此，完成零件的數控編程與加工、開(kāi)放式數控系統開(kāi)發(fā)與應用環(huán)節學(xué)習之后，進(jìn)行制造過(guò)程監測與控制環(huán)節學(xué)習。制造過(guò)程監控涉及裝備、傳感器、軟件開(kāi)發(fā)、數據處理等多個(gè)環(huán)節。因此，在進(jìn)行該實(shí)驗的同時(shí)，需要進(jìn)行高級程序編程語(yǔ)言、傳感器的原理及使用等知識的復習與鞏固，在此基礎上進(jìn)行基于數據采集卡的上位界面二次開(kāi)發(fā)，并將采集到的數據進(jìn)行處理分析，以有效、準確地獲知裝備運行的基本狀態(tài)。制造過(guò)程監測與控制實(shí)驗環(huán)節內容設置如表4所示。

　　本環(huán)節的數據采集卡選用北京阿爾泰科技的USB5935，該采集卡采用USB通信方式，支持LabView、Visual C++、Visual Basic、C#等多種高級編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)[8]�？紤]到LabView在虛擬儀器領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢，該環(huán)節數據采集界面開(kāi)發(fā)以L(fǎng)abView為主，但也可采用其他高級語(yǔ)言。測量對象以機床狀態(tài)測量為主，可測量機床運行溫度、電流、力等多種傳感器的信號，并完成傳感器供電電路連接、傳感器的標定及采集數據處理，最終實(shí)現對機床當前狀況的判斷。制造過(guò)程監測與控制開(kāi)發(fā)環(huán)節流程如圖3所示。

　　4 結論

　　1)現代制造工程技術(shù)研究生實(shí)踐課程環(huán)節涉及機械制造、控制技術(shù)、數控技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)等多項技術(shù)，通過(guò)三個(gè)的環(huán)節學(xué)習，將有效提高機械工程領(lǐng)域工程碩士研究生的綜合實(shí)踐能力，完善工程碩士研究生實(shí)踐教學(xué)體系，為今后從事本學(xué)科的科學(xué)研究及工程應用打下良好的基礎。

　　2)現代制造工程技術(shù)研究生實(shí)踐課程包含多種設備、多種高級語(yǔ)言編程及三維軟件的使用，涉及內容較多，學(xué)生基礎參差不齊，在短時(shí)間內完成，對教師及學(xué)生均提出巨大挑戰，具體效果還有待進(jìn)一步研究。

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