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數控技術課程實踐教學模式的改革研究論文
1.引言
《數控技術》是全日制普通工科高校機電專業必修的一門專業課程，其教學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。數控技術是利用數字信息對機床設備空間運動坐標實現控制，其集機械、電子、自動控制、計算機技術為一體，使得數控技術課程在教學中較為抽象、復雜，從實用和操作的角度看，其教學實施也必然對課程實驗(實踐)環節提出較高要求，使該課程具有鮮明的實踐性特點。在目前我國作為世界制造基地的背景下，數控類技術人才大量需求，包括數控機床制造，數控加工等行業。目前，數控技術人才培養有兩個層次，一個高職類院校，主要培養實用型的數控加工人才;一個為普通高校數控技術方向，培養更高層次數控技術人才。
受教學培養計劃限制，我校數控技術課程教學采用理論教學和課內實驗的教學模式，其中課內實驗 6 個學時，課時偏少，實驗設備偏少，導致學生實踐教學效果不好，對數控技術理解不透徹，動手能力不強的問題。因此，如何解決數控技術實踐工程動手能力，更好學習理解數控技術這門應用型較強的課程，是需要解決的問題。結合我校的教學改革計劃和存在問題，近年來在機電專業數控技術課程改革中，注重對實踐教學環節進行了較大幅度的改革，加大實踐教學課時，采用分層設置實踐教學環節，通過采用課內實驗，綜合實訓和開放選修三個層次實踐教學環節結合，全面培養學生的實踐動手能力，解決問題的能力和團隊協作能力。
2.實踐教學體系改革實施
在我校機電專業教學計劃中，數控技術課程為《數控技術》(32 學時)以及課內實驗等實踐性環節，它們在該專業系列課程中占有重要的位置，也是培養學生程素質和創新能力的一個重要載體。因此，在本課程教學改革中，遵循 “注重基礎知識，以培養實踐能力、綜合應用知識能力、創造能、在實踐中主動獲取知識的能力為主要目的”的指導思想，在數控技術實踐教學改革中體現了分層次、循序漸進的特點，涉及到課內實驗、綜合實訓、開放選修實驗等多個階段。
2.1 課內實驗項目設置
在該層次的實踐教學環節項目設置中，主要目的是增加學生的感性認識，以直觀認知為主，不強調學生的動手能力。因此，設置了《數控機床認知實驗》《數控車床編程實驗》和《數控插補實驗》等三個課內是項目，共 6 個學時。《數控機床認知實驗》利用本校機械工程實驗中心已有的數控車床、數控銑床、數控加工中心等數控機床，以教師結合實物講解為主，使學生了解數控機床的各個組成部分，工作原理等基本知識。《數控車床編程實驗》以教師講解演示為主，使學生了解數控編程加工的基本知識。《數控插補實驗》以專門開發的插補實驗軟件演示為主，使學生了解數控插補原理。課內實驗結合理論課程教學進度，分組進行，實驗類型有演示實驗和驗證實驗，注重基礎性知識的實踐訓練。
2.2 綜合實訓項目設置
在該層次的實踐教學環節項目設置中，主要目的是鍛煉學生的實踐動手能力，利用所學理論知識運用到實踐中的能力，鞏固和拓展課程知識，培養學生綜合分析問題的能力以及動手能力。因此，數控技術實訓內容按模塊化劃分，強調循序漸進，相關訓練針對性強，應用性強，設置《數控加工仿真實訓》《數控加工實訓》《數控安裝調試實訓》三個實訓項目，共計 3 周。
在《數控加工仿真實訓》項目設置中，考慮到由于高校的持續擴招學生人數大增，而實驗設備-數控機床屬于高技術、高附加值產品，其機床本體和控制系統品類繁多，價格高昂，一般數控車或銑床單價約十萬到二三十萬，加工中心則動輒幾十萬甚至數百萬。如果數控課程的實驗、實訓環節完全依賴數控機床，則需大量數控機床，投入巨大、消耗多、成本貴、實驗風險高，學校將無力組織實踐教學。近年來，市場上出現了基于虛擬現實技術開發的數控加工仿真系統，實驗者可在此計算機系統平臺上實現演示、分析數控加工從零件設計圖到加工程序調試直至動態切削演示的全過程，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，提供數控車床、數控銑床、加工中心等各種機床面板;面向數控加工技術初學者，具有強大的數控知識呈現功能，具有用于輔助教學的各種模塊設置。學生通過軟件模擬仿真基本上可解決學生熟悉機床控制面板及數控系統操作等問題，具有使用成本低廉、安全性高、方便輔助授課等特點。因此，根據學校實際情況，設置了《數控加工仿真實訓》實訓項目，實訓時間 1 周，為此采購了宇龍數控加工仿真系統。通過仿真實訓，可使每一個學生單獨使用一臺計算機進行數控編程、操作和加工全過程的模擬訓練。
《數控加工實訓》項目，實訓時間 1 周，實訓內容包括數控車床和數控銑床兩種數控機床的編程加工。安排在學生完成《數控加工仿真實訓》項目之后，此時，學生在進行《數控加工仿真實訓》項目時已經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，在實際的機床上完成典型零件的編程加工操作時，可以節約大量占用機床時間，解決了設備不足的問題。
《數控安裝調試實訓》項目，實訓時間 1 周，實訓內容包括數控系統的連接、調試(包括參數保護、回參考點、絲杠螺距誤差補償、伺服驅動單元調試、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)等實訓內容。通過該項目實訓，使學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。為了開展這個實訓內容，已有設備不能滿足要求，為此采購了南京日上自動化設備有限公司開發的數控實訓設備，來完成這些實訓內容。
在本層次的實踐教學項目設置中，根據學校實際情況，通過軟件仿真實訓和實際機床操作實訓結合的方式，用有限的資金，解決了設備不足的問題，使每個學生在這個環節能得到充分的動手鍛煉的機會。通過學生單獨使用軟件仿真加工，鍛煉獨立操作的能力;同時，通過數控加工實訓和安裝調試實訓的分組操作，培養學生團隊合作完成任務和解決問題的能力。
2.3 開放選修實驗項目設置
在該層次的實踐教學環節項目設置中，主要目的是培養學生的在數控機床設計開發方面的創新能力。目前，開發式數控系統的出現，為數控機床(數控系統)的設計開發提供了一種方便的途徑。因此，在這本環節設計了《開放式數控系統開發》的開發選修實驗，利用固高公司開發的基于運動控制卡的二維開放式數控平臺，學生可以在上面定制自己的數控系統。本環節時數 32 學時，運行模式為開發選修實驗，針對部分對數控技術有興趣的學生選擇。可在此基礎上組織學生參與大學生科技創新計劃項目。
3.總結
數控技術實踐環節改革方案完成后，從 2008 年開始在在機電專業數控方向學生中進行實施。通過這幾年的教學情況結果來看情況良好。通過不同層次實踐教學學生對數控理論教學的興趣有較大提高，對數控技術理論理解和掌握程度提高，使教學質量穩步提升。同時，通過三個層次的實踐環節使得學生的實際工程能力得到全方面的鍛煉，數控方向畢業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的各種工作，更加符合企業需求對數控人才的需求，也增加學生的就業范圍，近三年來，數控方向學生的就業率都保持在 100%，用人單位反饋信息也都十分良好。
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