《數(shù)控機床加工》實訓(xùn)課程教學(xué)方法研究

郝興安++馮博++周俊波

摘 要：數(shù)控機床加工是一門跨學(xué)科專業(yè)的公共實踐教學(xué)課程，課程涉及的知識面廣，理論與實踐緊密聯(lián)系，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以實現(xiàn)對學(xué)生知識綜合應(yīng)用能力、實踐操作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提升。在實踐教學(xué)中，采用分層教學(xué)、理實一體化、雙師制、項目驅(qū)動等教學(xué)方式，彌補傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足和問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床加工 實踐教學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0222-03

Abstract： Numerical control machine tool processing is an interdisciplinary professional public practice teaching course， the course involves a wide range of knowledge， theory and practice are closely linked.It is difficult to train and promote the students comprehensive application ability， practical operation ability and creative ability by using the traditional teaching mode.The stratified teaching， integration of theory and practice， dual teacher system， project driven teaching methods have been adopted in practice teaching. The shortcomings and problems in traditional teaching have been overcome， and students interest in learning has been stimulated. Students engineering practice ability and creative ability are trained.

Key Words： Numerical control machine； Practice teaching； Teaching reform

隨著信息技術(shù)向制造技術(shù)的注入和融合，促進了制造技術(shù)向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)控加工課程即是以機械類和近機類學(xué)生為基本對象的一門跨學(xué)科專業(yè)的公共實踐教學(xué)課程。課程涉及微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、力學(xué)、電學(xué)及機械學(xué)等多學(xué)科，理論與實踐緊密結(jié)合；學(xué)生通過參加數(shù)控車、數(shù)控銑/加工中心、數(shù)控電火花線切割等實驗課程，綜合運用《機械制圖》《機械加工工藝學(xué)》《材料學(xué)》等知識內(nèi)容，完成待加工零件從圖紙到產(chǎn)品成型的加工過程，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、工程意識、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。本文從《數(shù)控機床加工》課程的教學(xué)特點出發(fā)，分析了當前課程教學(xué)中存在的一些問題，從而優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)手段，提高學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力。

1 數(shù)控機床加工課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我國高校《數(shù)控機床加工》課程的教學(xué)模式“以教師為中心”，忽視了學(xué)生的主體地位，學(xué)生被動接受知識；教師講解與演示后，學(xué)生照著教師的方法重復(fù)加工樣件，學(xué)生無法深入地掌握現(xiàn)代化的制造技術(shù)。實訓(xùn)教學(xué)中學(xué)生多設(shè)備少，學(xué)生動手操作數(shù)控機床的實習時間短，難以提高學(xué)生的工程實踐能力。理論與實踐教學(xué)分開。先進行數(shù)控機床編程理論教學(xué)，然后集中進行實踐性環(huán)節(jié)教學(xué)。理論與實踐教學(xué)各自獨立，互不干涉。學(xué)生在理論知識學(xué)習時，沒有感性認識，對各種編程指令、編程方法理解較困難；而在實踐教學(xué)時，實訓(xùn)老師還需要花時間再次講解已經(jīng)學(xué)過的理論知識?？傊稊?shù)控機床加工》實訓(xùn)教學(xué)面臨著一些問題，導(dǎo)致學(xué)生對課程缺乏興趣，限制了學(xué)生的主觀能動性，需要轉(zhuǎn)變其教學(xué)模式，提高機械工程訓(xùn)練實踐教學(xué)的效率和質(zhì)量。

2 數(shù)控機床加工教學(xué)模式的改革途徑

2.1 編寫專用實習教材和實習訓(xùn)練指導(dǎo)書

各學(xué)校機械工程訓(xùn)練中心的數(shù)控機床種類和訓(xùn)練項目差別較大，數(shù)控機床實習教學(xué)中沒有相對統(tǒng)一的實習教材和實訓(xùn)指導(dǎo)書；因此，根據(jù)本校實際情況編制專用的配套實習教材和實習指導(dǎo)書，以適應(yīng)教學(xué)的需要。實習教材內(nèi)容包括：機械制圖、金屬工藝、切削原理與刀具、公差與配合、測量工具、機床結(jié)構(gòu)與原理、數(shù)控加工編程基礎(chǔ)、CAD/CAM軟件、仿真軟件、特種加工、增材制造等，內(nèi)容豐富詳實，便于學(xué)生自學(xué)和拓展知識面。實習指導(dǎo)書簡明扼要、突出重點、一目了然，主要包括：各實訓(xùn)項目任務(wù)目標和內(nèi)容、各機床的安全操作規(guī)程、具體操作步驟和方法、使用中的相關(guān)注意事項、各項目的實習報告等，以利于學(xué)生有效地掌握和運用所學(xué)知識。

2.2 分層次教學(xué)

在教學(xué)上，遵循由易到難、由單項實踐到綜合實踐這一規(guī)律，實行分層次教學(xué)，分為基本技能訓(xùn)練、綜合技能訓(xùn)練和創(chuàng)新實踐訓(xùn)練；學(xué)生必須完成基本技能訓(xùn)練方可進入后一階段。

（1）基本技能訓(xùn)練。

基本技能訓(xùn)練的教學(xué)目標是：使學(xué)生理解機床的安全操作規(guī)程，熟悉數(shù)控機床的操控面板，掌握機床的基本操作、工件裝夾、對刀和建立工件坐標系的方法，了解數(shù)控基本編程指令并能手工編寫簡單零件的加工程序，能夠獨立完成簡單零件的加工。學(xué)生剛開始學(xué)習數(shù)控機床操作，對機床不了解，容易產(chǎn)生一些誤操作；教師需先集中講解、示范和分析操作程序，明確正確操作動作，讓學(xué)生領(lǐng)會并掌握其操作要領(lǐng)；然后學(xué)生進行模仿操作訓(xùn)練，前一位同學(xué)操作練習時，后一位同學(xué)在一旁觀察；后一位同學(xué)操作時，前一位同學(xué)在旁邊進行觀察、監(jiān)督和指導(dǎo)，以此加深印象。在此過程中，教師要及時糾正學(xué)生錯誤操作，邊講邊練，要求“學(xué)生人人過關(guān)”，確保每位同學(xué)都熟悉機床操作。endprint

（2）綜合技能訓(xùn)練。

綜合技能訓(xùn)練的教學(xué)目標是：培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力。在完成基本技能訓(xùn)練后，學(xué)生對真實的機床有了初步的了解，并掌握了基本編程指令及方法；在綜合技能訓(xùn)練中引入CAD/CAM（如CAXA、UG、Pro/E、Master-CAM等）和數(shù)控仿真軟件（如斯沃數(shù)控加工仿真軟件、宇龍數(shù)控加工仿真等）。

教師采用案例教學(xué)法，演示講解應(yīng)用CAM軟件進行零件的三維造型建模、加工方法設(shè)定、刀具及切削參數(shù)選擇、刀具軌跡生成、數(shù)控加工程序生成、零件模擬加工的步驟和方法；然后給學(xué)生指定一個中等復(fù)雜程度的零件圖，要求學(xué)生完成從CAM零件建模到機床實際零件加工的整個流程，掌握零件的設(shè)計、加工、檢驗中的相關(guān)技能。

數(shù)控加工仿真軟件通過音效模擬和聲像演示，讓學(xué)生體會到親臨其境的感覺；可以模擬一些常見數(shù)控系統(tǒng)（如FANUC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)、三菱系統(tǒng)、大森系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)）的數(shù)控車床、數(shù)控銑床及加工中心的操作，實現(xiàn)數(shù)控機床的加工全過程仿真，包括定義毛坯、設(shè)定刀具、基準測量、設(shè)定工件坐標系、代碼處理、面板操作、測量、自動加工。依托數(shù)控加工仿真軟件，學(xué)生通過在PC機上操作該軟件，能在短時間內(nèi)掌握數(shù)控機床的操作，可導(dǎo)入手動編程或CAD/CAM軟件生成的數(shù)控程序，仿真加工，進行數(shù)控程序預(yù)檢查和運行中的動態(tài)檢查。通過學(xué)習CAD/CAM和數(shù)控加工仿真軟件，提升了學(xué)生的學(xué)習效率和對所學(xué)課程的積極性，解決了數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)中學(xué)生多設(shè)備少，數(shù)控機床的先進性和品種不夠這一難題。

（3）創(chuàng)新實踐訓(xùn)練。

創(chuàng)新實踐訓(xùn)練的教學(xué)目標是：提高學(xué)生學(xué)習興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。讓學(xué)生根據(jù)機床和刀具的加工范圍，發(fā)揮學(xué)生的個人想像力，每個項目組自行設(shè)計加工一個自己喜愛的零件；指導(dǎo)教師要認真審核設(shè)計的可行性，對存在的問題予以指導(dǎo)；然后由同學(xué)自行制定加工工藝、編制零件加工程序并加工出自己設(shè)計的零件。學(xué)生經(jīng)歷了從圖形到工件的工程實踐過程，在此過程中學(xué)生獲得了成就感，激發(fā)學(xué)生獨立創(chuàng)造積極性，從而培養(yǎng)良好的創(chuàng)新能力和實踐動手能力。

2.3 “安全第一，嚴守紀律”

牢固樹立“安全第一，嚴守紀律”觀念。作為理論與實訓(xùn)相結(jié)合的課程，學(xué)生之前很少或從未接觸過機械設(shè)備，在教學(xué)過程中存在很多安全隱患。例如，部分學(xué)生自控能力較弱、好奇心強，擅自搬動或按下不熟悉的機床的手柄或按鈕；個別同學(xué)組織紀律差，在實訓(xùn)車間內(nèi)嬉戲打鬧或私自離開實訓(xùn)崗位；機床數(shù)量有限，多個學(xué)生共用一臺機床，可能導(dǎo)致多個學(xué)生同時操作機床。教師講第一堂課時，必須對學(xué)生開展集中的安全教育，利用多媒體列舉安全事故典型案例，使學(xué)生了解安全事故的嚴重性和危害性；逐條講解所學(xué)工種的特定安全操作規(guī)程和注意事項，每位同學(xué)都應(yīng)簽署“安全操作承諾書”。老師給學(xué)生講解示范機床正確操作方法時，須對一些安全隱患加以強調(diào)，講解誤操作機床的危害，提醒同學(xué)注意。學(xué)生操作機床時，老師要巡回指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時糾正；確保學(xué)生人身和設(shè)備的安全。充分利用實踐課的機會和手段，鍛煉學(xué)生的安全意識，提高學(xué)生的紀律性。

2.4 理論與實踐教學(xué)一體化和“雙師制”相結(jié)合

打破原有的課程界限，把以前單獨設(shè)立的《數(shù)控機床編程》理論課與《數(shù)控機床操作》實踐課整合成《數(shù)控機床加工》實踐課程，內(nèi)容包括：數(shù)控機床編程、CAD/CAM軟件應(yīng)用、數(shù)控機床結(jié)構(gòu)和原理、數(shù)控機床（數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心、數(shù)控線切割、數(shù)控電火花成型等）操作和快速制造技術(shù)等。根據(jù)各個知識模塊教學(xué)的需要，設(shè)計實踐與理論融合的方式以及融合的比例。把理論課堂搬到實訓(xùn)室，直接在實訓(xùn)室講授理論，理論內(nèi)容可以及時通過機床演示其作用，學(xué)生馬上就理解了原來難以理解的理論知識；便于學(xué)生理解和掌握各種編程指令、編程方法；在實踐操作過程中，需進行理解的，馬上進行理論講解。教師與學(xué)生通過“邊教、邊學(xué)、邊做”來完成教學(xué)過程，讓學(xué)生在生產(chǎn)環(huán)境中進行綜合性的技術(shù)訓(xùn)練，在生產(chǎn)實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題、解決問題，充分調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性。

“雙師制”是指原來負責分別理論與實踐不同教學(xué)任務(wù)的教師共同負責完成課程教學(xué)，兩位教師共同協(xié)調(diào)理論和實踐教學(xué)內(nèi)容和方法。學(xué)生直接接觸感性知識，確保理論與實踐知識的連貫性，避免理論與實操課之間知識的重復(fù)，減少理論講課時間，增加了學(xué)生機床操作訓(xùn)練時間。在學(xué)生操作機床時，理論教學(xué)教師還可輔助實踐教學(xué)教師做好對學(xué)生的指導(dǎo)和監(jiān)督作用；并能及時了解學(xué)生對理論知識的掌握情況，解答學(xué)生的疑問。

2.5 應(yīng)用項目驅(qū)動教學(xué)法

教學(xué)過程中“以學(xué)生為中心”，教師承擔幫助者的角色，利用協(xié)作式學(xué)習模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性和和創(chuàng)造性。依據(jù)實習項目機床數(shù)量，把同學(xué)分成若干小組，每組一臺機床。小組內(nèi)部選舉產(chǎn)生組長，負責整個項目的實施工作。項目開始階段，教師起主導(dǎo)作用，幫助學(xué)生理解項目目標所在，找出解決問題的方法。由于多位同學(xué)共用一臺機床，實際操作過程中往往是少數(shù)學(xué)生在完成任務(wù)，剩余學(xué)生無事干，學(xué)生參與度和積極性較低；因此要細化工作目標和任務(wù)，把“項目”進一步分解成相互關(guān)聯(lián)的“微項目”，確保每位同學(xué)都有任務(wù)。例如，按機床操作流程把任務(wù)分為機床開機準備、工件裝夾、刀具選擇與安裝、對刀和工件坐標系建立、程序傳輸與試運行校驗、零件加工與測量檢測等，按零件加工程序編制流程把任務(wù)分為制定加工工藝、刀具及切削參數(shù)選擇、程序編制、程序模擬加工與校驗等。以此提高學(xué)生整體參與程度和積極性，讓學(xué)生團隊合作共同完成任務(wù)。實踐過程中，教師主要檢查項目的進展情況，注意觀察學(xué)生的操作，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在此過程中存在的問題，針對項目實踐過程中的難點問題，進行輔導(dǎo)、解釋，對于共性問題則以集中授課的形式講解。實踐完成之后，教師對項目完成情況及時點評分析。

2.6 合理利用零件加工時間

在數(shù)控銑床或加工中心上完成零件加工的時間一般較長，有時需要幾小時或半天以上。在長達數(shù)小時甚至半天的時間里，多數(shù)學(xué)生無事可干，在車間里追逐、嬉鬧，產(chǎn)生懈怠。應(yīng)利用好這段時間，讓學(xué)生有“事情”做。教師可以依據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生的專業(yè)培訓(xùn)要求，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特點講解該專業(yè)相關(guān)的知識在數(shù)控機床上應(yīng)用的情況（如針對于機械類或近機械類專業(yè)講解機床機械結(jié)構(gòu)、傳動方式和原理、精密機械技術(shù)、機床的加工能力等，針對電氣類專業(yè)講解機床的電氣部件功能、自動控制技術(shù)、PLC和伺服控制，針對計算機或信息類專業(yè)講解機床的數(shù)控系統(tǒng)、微電子技術(shù)，針對材料類專業(yè)講解刀具與被加工材料的知識等），滿足學(xué)生專業(yè)培養(yǎng)的要求；也可結(jié)合多媒體演示和講解數(shù)控機床的應(yīng)用、發(fā)展趨勢和新興先進制造技術(shù)等，使學(xué)生了解最新的科技成果，掌握最新科學(xué)技術(shù)的動向。

3 結(jié)語

在《數(shù)控機床加工》課程的教學(xué)中應(yīng)緊跟現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢，不斷完善更新課程的教學(xué)內(nèi)容，注重多學(xué)科知識的綜合應(yīng)用。針對不同專業(yè)和層次學(xué)生的特點，采取靈活多樣的現(xiàn)代教學(xué)手段和教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習的興趣，提高學(xué)生的工程實踐能力、知識綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，鍛煉學(xué)生吃苦耐勞和遵守紀律的思想品德。為學(xué)生學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程和以后走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。

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