數(shù)控編程課程改革實踐*

韓奉林

中南大學機電工程學院 長沙 410083

作者：韓奉林，中南大學機電工程學院講師，博士，研究方向為機械制造及其自動化。

1 引言

計算機數(shù)控作為機械制造的革命性技術正越來越深地影響著制造業(yè)的發(fā)展，我國2011年國產(chǎn)機床數(shù)控化率已經(jīng)達到30.94%，而美國、歐洲發(fā)達國家已經(jīng)達到70%以上[1]。因此，掌握數(shù)控機床的編程和操作方法已經(jīng)成為有志于從事機械制造行業(yè)畢業(yè)生的必備技能。順應這一趨勢，國內眾多高校都開設了數(shù)控編程課程，培養(yǎng)學生數(shù)控編程和應用能力。

數(shù)控編程實踐性很強，但又與機械制造工藝、金屬切削原理與刀具等專業(yè)理論課程聯(lián)系緊密，對于沒有太多機械加工經(jīng)驗的學生而言，學習難度較大。近年來，中南大學在數(shù)控編程教學的諸多方面進行了很多有益的嘗試，本文將總結改革中采取的主要針對性措施和取得的經(jīng)驗。

從課程體系上來講，數(shù)控編程可分為手工編程和計算機自動編程，大多數(shù)院校將計算機自動編程劃入CAM（Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）相關課程，在數(shù)控編程與應用課程中主要講授手工編程內容。因此，本文中只包含手工編程的內容，而不包含自動編程。

2 課程教學的主要難點

分析往年學生數(shù)控編程學習效果時發(fā)現(xiàn)，學生在以下幾個方面認為數(shù)控編程較難掌握。

2.1 難以與實際加工建立聯(lián)系

由于學生實際加工經(jīng)驗少，容易簡單地把數(shù)控編程的過程理解為僅是在數(shù)控環(huán)境下進行“CAD制圖”，無法站在制造角度看待。具體又體現(xiàn)在：對工件坐標系建立過程理解不清；無法正確確立加工工藝路線；重插補指令，而輕視其余指令，甚至在編程時漏寫必要的輔助功能指令和其余準備功能指令。

2.2 數(shù)控代碼多，難以記憶

以華中數(shù)控HNC-2000T為例，基本的準備功能指令就有35個，基本輔助功能指令11個，尺寸字13個，刀具、進給、主軸指令各1個，其余指令16個，共計68個。這些指令與自然語言聯(lián)系較少，僅有少數(shù)字母和數(shù)字組成，學生學習過程中反映記憶困難，容易混淆。

2.3 工藝參數(shù)確定困難

由于缺乏足夠的感性體驗，學生反映對于主軸轉速、進給速度、背吃刀量、刀具角度等工藝參數(shù)難以確定合理數(shù)值。

2.4 內容枯燥

課程教授內容比較具體，往往以一種具體的數(shù)控系統(tǒng)為對象，詳細講解其在各種加工中的編程和操作方法，這對于沒有多少實際機床操作經(jīng)驗的學生來說，顯得比較枯燥，調動學生的學習興趣比較困難。

2.5 缺乏自我評價手段

學生在學習其他理論基礎課程時，可以在課后通過做習題檢驗學習效果，及時地進行自我評價。但數(shù)控編程知識的應用對象是數(shù)控機床，只有通過實際加工才能發(fā)現(xiàn)存在的問題，現(xiàn)階段開放實驗室供隨時接受學生進行實驗的條件又不成熟，因此，學生對自己掌握知識的情況不太清楚，也無法獲得解決問題的成就感，進一步影響了學生的學習興趣。

表1 教學手段較合適的教學內容

3 綜合運用多種教學手段

對于數(shù)控編程這類面向實際操作和應用的課程，單純依靠課堂講授效果往往較差，必須通過實驗增強學生的感性認識。但由于硬件條件的限制，實驗耗時太長，同時成本也較高。近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，很多院校引進了數(shù)控系統(tǒng)仿真軟件作為課堂教學和實驗的有益補償[2]。

課堂教學、仿真和實驗三種教學手段各有優(yōu)缺點。課堂教學信息量大，學生學習時所受干擾小，但不夠形象，學生積極性差；仿真時可做集中講解，便于做到人手一機，包含多種數(shù)控平臺，還可以復現(xiàn)很多編程中出現(xiàn)的問題，成本低，但仿真畢竟與真實操作環(huán)境還是存在較大差距；實驗獲得的真實感最強，但教學效率最低。

如何在實際教學中平衡這三種教學手段，以獲得最佳的教學效果，是非常值得探討的問題。中南大學近年來一直在摸索最佳的教學手段平衡方案，通過對比發(fā)現(xiàn)，三種教學手段在數(shù)控編程課程中占用圖1所示比例時效果最好：課堂教學55%，仿真20%，實驗25%。

同時，教學手段的選擇與授課內容有較大關系，表1中列出了各種教學手段較適合的教課內容。

4 任務驅動型教學方法

以往數(shù)控編程教學較多采用以數(shù)控系統(tǒng)編程說明書的組織形式為教學主線，這樣做教學內容覆蓋比較全面，學生復習相對容易，但也存在明顯的缺陷，即內容松散，知識點容易混淆。

為解決第2部分中的2.1、2.2、2.4等難點，采用了任務驅動型教學組織形式[3]，即打破原有的說明書似的內容組織形式，除編程基礎和工藝分析采用傳統(tǒng)教學方法外，其余每節(jié)課都以一個具體的加工任務開始。

任務型教學法的組織流程如圖2所示，教師首先講解本節(jié)課要掌握的數(shù)控代碼語法，然后分析加工難點和注意事項，學生在查閱資料、相互討論基礎上形成加工方案，當堂完成加工代碼，并進行仿真驗證。在學生查閱資料的環(huán)節(jié)中可讓學生通過多種渠道獲得信息，除了傳統(tǒng)的編程說明書及其他教材外，還可以利用手機等智能網(wǎng)絡終端通過互聯(lián)網(wǎng)獲得更廣泛的信息。

任務型教學中，學生不僅僅是控制機床走一些簡單的軌跡，面對的是真正的加工任務，幫助他們建立數(shù)控編程與實際加工的聯(lián)系。同時，由于是任務驅動，教授的指令自然會按相近功能的指令一起辨析講解，也便于學生記憶。在這樣一種模式下，學生參與感大大增強，而解決問題的過程也是學生自我評價的過程，當通過仿真驗證其想法時，也會激發(fā)學生的積極性和主動性。

5 課程考核方式改革

學期末通過試卷考試的傳統(tǒng)考核模式在教學中出現(xiàn)了諸多缺點：首先，卷面考核難以考查學生實際解決問題的能力；其次，期末考試使得學生產(chǎn)生考前再突擊的倦怠思想，從而影響學期中的學習積極性。

如圖3所示，改革后的考核體系取消了期末卷面考試，共包括三個部分：期末大作業(yè)（50%）、課堂表現(xiàn)（40%）和出勤率（10%）。期末大作業(yè)采用分組形式，每組負責加工一個復雜零件，組內成員分別負責工藝、編程、仿真和機床操作，每人的工作既有協(xié)作，又有區(qū)分。課堂表現(xiàn)是指在前述任務型教學中學生查閱資料、討論問題、編程和仿真中的表現(xiàn)，由教師當堂打分。

在新的考核體系下，更加注重學生解決問題的能力，也從注重考試結果逐步向注重學習過程轉變。同時，在考核中還鍛煉了學生的協(xié)作能力。

6 注意與其他課程的銜接

數(shù)控編程中需要用到機械制造方面很多專業(yè)課程的知識，是機械制造方面知識的綜合應用。因此，在安排教學大綱時要特別注意與其他緊密相關的專業(yè)課程的銜接關系。

根據(jù)經(jīng)驗，如果學生在學習數(shù)控編程不久前剛修過機械制造工藝學和金屬切削原理與刀具，學生能在編程中較合理地確定工藝參數(shù)；反之，如果學生沒有修過這兩門課程或者已修過太久，效果則相對較差。因此，數(shù)控編程宜緊接著安排在機械制造工藝學和金屬切削原理與刀具兩門課程之后。如果存在其他原因無法如此安排，最好在數(shù)控加工工藝部分增加金屬切削和刀具相關知識。

7 總結

在分析學生在學習數(shù)控編程時遇到的困難后，介紹了中南大學近年來課程改革的針對性改革措施以及取得的經(jīng)驗，實際教學效果表明，改革取得較好的效果。

[1]劉恒.伺服精密化力助數(shù)控機床“智造”[J].伺服控制,2012(1):20-22.

[2]金魁.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控編程與加工教學中的應用[J].中國教育技術裝備,2012(15):139-140.

[3]楊世成.基于“任務驅動”的《數(shù)控編程》課程教學設計[J].職業(yè)技術教育,2007(8):77-78.