基于能力提升的《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程改革

梁國(guó)勇

(天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津300400)

0 引言

數(shù)控機(jī)床因加工精度高、 效率高和靈活性高，在機(jī)械加工行業(yè)包括冶金行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 企業(yè)配備數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修人員將大大提高數(shù)控設(shè)備的使用效率。 數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工是一個(gè)技術(shù)含量要求較高的工種， 它要求操作者能夠讀懂機(jī)械、電氣圖紙，具備數(shù)控機(jī)床裝配工藝知識(shí)，熟知數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)的方法，能夠診斷并排除數(shù)控機(jī)床的故障，同時(shí)具有質(zhì)量意識(shí)、安全操作意識(shí)。 隨著數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中的廣泛使用，數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工崗位需求越來(lái)越多。 而在企業(yè)中，培養(yǎng)一名成熟的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工需要至少五到十年的時(shí)間，這就大大降低了工作效率和生產(chǎn)效率。 如果在學(xué)校的教育中，能夠培養(yǎng)學(xué)生具備較全面的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修技能，將縮短學(xué)生對(duì)崗位的適應(yīng)期，更好地為社會(huì)服務(wù)。

2019 年政府工作報(bào)告中明確要求加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)，正式提出“智能+”的重要戰(zhàn)略：深化大數(shù)據(jù)、人工智能等研發(fā)應(yīng)用。 打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，拓展“智能+”，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)賦能。 這就意味著新一代的數(shù)控機(jī)床不在是簡(jiǎn)單的“機(jī)床+電腦”，而是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、人工智能與數(shù)控機(jī)床深度融合的“智能+機(jī)床”， 由此對(duì)數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修人才提出了更高的要求。 本文通過(guò)融合信息技術(shù)，對(duì)《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程進(jìn)行深入的改革，有效地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的掌握。

1 基于能力提升的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程主要內(nèi)容

《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》是我院數(shù)控技術(shù)專(zhuān)業(yè)的核心課程，專(zhuān)業(yè)的綜合能力要求較高，包括數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件裝配與調(diào)整， 數(shù)控機(jī)床電氣裝調(diào)，數(shù)控機(jī)床機(jī)電聯(lián)調(diào)，數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修四部分內(nèi)容。

在數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件裝配與調(diào)整模塊，學(xué)生需要掌握零件圖試讀、公差配合與技術(shù)測(cè)量、材料及其性能、工量刀具等機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)控機(jī)床的基本組成、主要機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)控原理及系統(tǒng)等數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)。 在數(shù)控機(jī)床電氣裝調(diào)模塊，學(xué)生需要掌握電路原理、電氣元器件特點(diǎn)及功能、伺服系統(tǒng)、PLC 技術(shù)等數(shù)控機(jī)床電氣知識(shí)。在數(shù)控機(jī)床機(jī)電聯(lián)調(diào)模塊，學(xué)生需要掌握常用的裝配方法、機(jī)床調(diào)試方法、機(jī)床參數(shù)設(shè)置與修改等數(shù)控裝調(diào)與調(diào)試的技能；熟悉常用的檢測(cè)設(shè)備及方法，機(jī)床性能評(píng)價(jià)等數(shù)控機(jī)床的性能與精度檢驗(yàn)。 在數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修模塊，學(xué)生需要掌握常用的故障診斷方法、機(jī)床的機(jī)械維護(hù)與電氣維護(hù)方法等數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修知識(shí)。 另外學(xué)生還應(yīng)了解高速切削、精密加工、快速成型等新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備等內(nèi)容；具備安全文明生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)知識(shí)、職業(yè)道德基本知識(shí)。

專(zhuān)業(yè)課程前期開(kāi)設(shè)《機(jī)械制圖與CAD》、《公差配合與測(cè)量》、《機(jī)械制造工藝與實(shí)施》、《電工與電子技術(shù)》、《數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)》、《數(shù)控機(jī)床電氣控制技術(shù)》等課程，讓學(xué)生具備專(zhuān)業(yè)基本能力，在《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程中，結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)案例，培養(yǎng)學(xué)生合理應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)、軟件、儀器設(shè)備，掌握數(shù)控機(jī)床維修人才綜合知識(shí)和技能，具備安全文明生產(chǎn)的職業(yè)規(guī)范。

1.2 《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

在《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)四個(gè)模塊采用情境教學(xué)，模擬企業(yè)操作規(guī)范，選用典型數(shù)控機(jī)床分別進(jìn)行機(jī)械裝調(diào)、電氣裝調(diào)、機(jī)電聯(lián)調(diào)和故障診斷。 充分應(yīng)用數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修軟件、視頻、圖片等信息技術(shù)手段，讓學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸箱、滾珠絲杠、刀架、尾座、十字滑臺(tái)等典型部件進(jìn)行機(jī)械裝調(diào)，學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、輔助裝置的電氣連接，數(shù)控機(jī)床基本參數(shù)的設(shè)定、進(jìn)給系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定和參數(shù)的備份；PMC 梯形圖的修改， 根據(jù)梯形圖進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的故障診斷；正確處理主軸拉不緊刀具故障、主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)有異響故障、鉆孔時(shí)X 向尺寸不準(zhǔn)故障和機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)X 軸有異響故障； 系統(tǒng)開(kāi)機(jī)急停故障診斷；伺服軸跟蹤誤差過(guò)大報(bào)警故障診斷；車(chē)螺紋亂牙、節(jié)距不準(zhǔn)故障等。 具體如表1 所示。

表1 《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

2 基于能力提升的課堂教學(xué)

在《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課題教學(xué)中，采用咨詢(xún)、決策、計(jì)劃、實(shí)施、檢測(cè)與評(píng)估、總結(jié)與提高六步教學(xué)法。 以下主軸拉不緊刀具為例展示課堂教學(xué)。

(1)咨詢(xún) 采用企業(yè)實(shí)際案例將問(wèn)題引出。 大連機(jī)床廠生產(chǎn)的VDF850 加工中心，數(shù)控系統(tǒng)FANUC 0i MC，在換刀過(guò)程中，出現(xiàn)主軸拉不緊刀具，經(jīng)常掉刀的情況，要求分析故障原因，完成故障排除。

(2)決策 首先分析完成該任務(wù)所需的條件：數(shù)控機(jī)床維修軟件、教師講授/演示指導(dǎo)、訓(xùn)練項(xiàng)目相關(guān)資訊等。 第二分析所需要的知識(shí)與技能，需要掌握數(shù)控機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)；了解拆卸工具的結(jié)構(gòu)原理并正確使用；能夠根據(jù)故障現(xiàn)象，合理判斷故障原因，掌握故障排除方法；準(zhǔn)確做好相應(yīng)的記錄。 最后用問(wèn)題引導(dǎo)法解決知識(shí)問(wèn)題，操作演示法指導(dǎo)學(xué)生的技能訓(xùn)練， 訓(xùn)練學(xué)生查閱數(shù)控機(jī)床的使用說(shuō)明書(shū)，收集資料、并分析與整理。

表2 工作日志

表3 任務(wù)一評(píng)價(jià)表

(3)計(jì)劃 教師對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行引導(dǎo)和講授45分鐘； 教師操作演示30 分鐘； 學(xué)生操作與訓(xùn)練45分鐘；學(xué)生操作/演示與評(píng)估10 分鐘；提問(wèn)與討論5分鐘。

(4)實(shí)施 實(shí)施過(guò)程中，要求安全、有序、高效、規(guī)范、整潔地完成操作與訓(xùn)練。 指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生操作規(guī)范，分組實(shí)施，團(tuán)隊(duì)合作；儀器及設(shè)備的操作與管理有序、到位。 完成對(duì)故障現(xiàn)象、維修過(guò)程、維修結(jié)果工作日志的記錄，如表2 所示。 主軸拉不緊刀具故障排除具體操作：

①檢查打刀缸動(dòng)作是否正確，是否主軸拉不緊刀具， 掉刀。 機(jī)床通電， 在MDI 方式下， 輸入T3 M06；點(diǎn)擊循環(huán)啟動(dòng)，觀察到主軸拉不緊刀具，出現(xiàn)掉刀的現(xiàn)象。

②經(jīng)檢查打刀缸動(dòng)作正確，然后修理零件。 鼠標(biāo)點(diǎn)擊打刀缸，出現(xiàn)修理零件界面，進(jìn)行故障零件的排除。

③由此判斷電氣控制部分無(wú)故障，進(jìn)行逐步排查。 依次檢查帶輪緊固螺母，帶輪螺母，帶輪隔圈、帶輪、后軸承防松螺母，后軸承擋圈、后端蓋、后軸承、襯套、端面鍵、前端蓋、主軸箱體、前軸承防松螺母、前軸承擋圈、前軸承、主軸、蝶形彈簧固定螺母、圓套、蝶形彈簧。

④判斷很可能出在蝶形彈簧或拉桿。

⑤卸主軸和拉桿連接；拆到蝶形彈簧處，發(fā)現(xiàn)蝶形彈簧破損嚴(yán)重，可斷定是蝶形彈簧引起的故障。

⑥更換蝶形彈簧。

⑦進(jìn)行換刀測(cè)試。

⑧故障排除成功，完成檢測(cè)。

(5) 檢查與評(píng)估 教師針對(duì)學(xué)生的組織的有序性與有效性、團(tuán)隊(duì)精神，安全操作、規(guī)范操作的掌握程度與熟練程度，操作環(huán)節(jié)的整潔程度，儀器和設(shè)備使用后的歸位情況進(jìn)行檢查和評(píng)估。 評(píng)價(jià)表如表3 所示，重點(diǎn)考核學(xué)生溝通表達(dá)交流、記錄情況、安全文明生產(chǎn)、完成時(shí)間、合作與創(chuàng)新性方面的內(nèi)容。

(6)總結(jié)與提高 學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目的訓(xùn)練，應(yīng)該能正確回答所有的思考題，會(huì)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床相關(guān)資料的查詢(xún)， 對(duì)訓(xùn)練項(xiàng)目的安排提出合理化的改進(jìn)建議。 教師則通過(guò)對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)與訓(xùn)練效果的評(píng)估，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題及學(xué)生提出的建議，重新審視訓(xùn)練項(xiàng)目安排與組織的合理性、訓(xùn)練內(nèi)容的全面性、指導(dǎo)與演示的相關(guān)、學(xué)生的掌握程度等內(nèi)容，改進(jìn)訓(xùn)練內(nèi)容、組織與安排、考核評(píng)估指標(biāo)等內(nèi)容， 為下次教學(xué)安排與組織實(shí)施提供反饋，以達(dá)到最佳教學(xué)效果。

3 課程改革效果

通過(guò)對(duì)《數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修》課程教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)革新，采用企業(yè)真實(shí)案例教學(xué)，重新激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生在真正上崗前就接受到職業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的學(xué)習(xí)和鍛煉，就業(yè)后會(huì)更快地適應(yīng)工作崗位。 同時(shí)在課堂教學(xué)中，培養(yǎng)了學(xué)生很強(qiáng)的責(zé)任感，在項(xiàng)目訓(xùn)練時(shí)，主動(dòng)承擔(dān)并能相互合作，具備了目標(biāo)管理和時(shí)間管理的能力，小組學(xué)習(xí)時(shí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分鍛煉了學(xué)生的溝通表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在故障的診斷與排除時(shí)，學(xué)生能創(chuàng)新性地提出更合理的建議，這些都讓學(xué)生具備了較高的職業(yè)能力。