現代數控加工技術研究生專業課程教學實驗探討

方喜峰　張勝文　朱成順

摘要針對目前高校在數控加工技術研究生課程教學中存在的問題，本文以CDIO教育理念為指導，充分利用數控加工技術課程特點，結合我校的具體情況，培養研究生的科研能力、工程能力、自學能力和團隊交流能力，探索了一條較為切實可行的數控加工技術課外項目和課內實驗CDIO教學方案，實踐證明，該模式獲得了良好的教學效果。

關鍵詞數控加工技術CDIO研究生教學實驗方案

0 引言

“卓越工程師教育培養計劃”是按照《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出的高等教育重大戰略性改革計劃，對高等教育面向社會需求培養人才，調整人才培養結構，提高人才培養質量，推動教育教學改革，增強畢業生就業能力都具有十分重要的示范和引導作用。①②為了積極應對社會經濟發展和全國高等教育改革形勢提出的挑戰，抓住發展機遇，強化、加快內涵建設，我校已正式啟動“卓越工程師教育培養計劃”建設實施工作。

眾所周知，在工科院校機械類或近機械類專業中，現代數控加工技術是機械設計制造及自動化類專業的專業課，它是電子技術、計算機技術與機械制造技術的有機結合，它以數控機床為對象，研究數字控制系統的工作原理、組成及其在數控機床上的應用，通過本課程的學習使學生具有一定的機械加工工藝分析和數控編程的能力，并掌握對典型數控機床的基本操作技能，對今后從事數控加工和研究工作奠定一定的基礎。我校機械工程學科依托江蘇省船舶先進制造技術重點實驗室和江蘇省級機械工程基礎實驗教學示范中心，面向船舶制造業、緊密跟蹤學科前沿，圍繞復雜產品的數字化設計與制造、先進制造工藝技術與裝備、船舶機電設備與系統的協同控制等領域開展深入而有特色的研究工作，形成了基礎研究、應用預先研究和工程化應用及產品開發有機結合的科研體系。

1 數控加工技術CDIO實訓方案

數控加工技術是工科院校機械類和近機械類專業學生必修的一門專業課，是一門理論性和實踐性都很強的課程，其主要教學目的在于使學生獲得常用機械工程材料的基本理論、熱處理工藝和性能特點等知識，能夠合理選用工程材料，正確制定加工工藝路線，以培養學生的綜合工程素質和創新能力、實踐動手能力、綜合分析和解決實際問題的能力。本課程在內容方面側重于基礎知識、基礎理論以及基本分析方法的講授，在培養實踐能力方面應著重數控加工技能的基本訓練。通過課堂授課、課內實驗和課外項目等多層次教學訓練，綜合培養學生的職業道德、工程素質和社會責任，包括團隊協作觀念、職業道德規范等；科學嚴謹的工作作風、認真負責的工作態度、講求實效的工程觀點、綜合分析的系統思維等和社會義務責任心、環保節能意識、積極端正的進取心等。為了更加確切地了解用人單位對數控加工技術人才在數控機床應用，特別是數控加工、數控編程等方面的能力要求以及如何建設數控加工實訓基地，課題組成員為此進行了廣泛的社會調查，我們走訪了滬東重機股份有限公司、重慶齒輪箱有限責任公司、滬東中華造船集團公司、江南造船集團公司、河南柴油機重工有限公司、安慶中船柴油機有限公司、武漢船用機械有限公司和鎮江中船設備有限公司等工礦企業，了解了作為數控機床使用企業對人才能力的需求情況以及學校如何組織數控加工技術CDIO教學。綜合調研結果，我們認為數控加工技術課程CDIO教學應分階段按層次進行，采用循序漸進、逐步提高的方案。以適應社會需求為目標，數控加工技術應明確界定知識結構和能力結構的關系，這樣才能做到有的放矢，體現出數控行業特色、專業內涵和符合社會企業需求的數控專業培養目標。③④

2 數控加工技術CDIO課外項目和課內實驗實施

現代數控加工技術實驗是機械設計制造及其自動化專業的一門專業實驗課程。通過課外項目和課內實驗實踐使學生掌握插補原理、數控加工中心、數控車床、數控銑床、數控線切割的編程與加工方法等，使學生具有直接針對數控機床編程與加工、測試和維護的能力。培養學生從理論課程向工程實踐課程轉換的過渡性環節，具有增強學生對機械技術工作的適應能力和開發創造能力的作用。本課外項目實踐教學面向機械類專業學生開設，在深化現代數控加工技術課程的基本知識、基本理論、基本方法基礎上，通過課外項目實踐教學，培養學生應用計算機、數控加工仿真軟件等現代制造方法解決機械工程問題的能力，培養學生發現問題、分析問題以及自主創新的能力，培養學生進行科學研究和工程設計的良好習慣。以下針對我校研究生課程——現代數控加工技術課程CDIO部分教學實驗內容展開分析和討論。

2.1 數控編程與加工仿真實驗

通過本課外項目和課內實驗實踐的學習，使學生了解或掌握數控機床的數控編程及其仿真使用方法。可在計算機虛擬環境下可以動態地分析、觀察數控工藝的完備性、程序的正確性。了解后置程序主要功能分析包括機床選擇模塊、機床回零、安裝零件、NC程序導入、運行軌跡檢查、裝刀具、對刀和卸刀、參數設置等功能。以船用柴油機關鍵件CAD/CAPP/CAM集成實驗為例，船用柴油機關鍵件CAD/CAPP/CAM集成系統根據某企業用戶提供的零件模型，對零件模型特征信息提取與重構，特征工藝推理及排序，并能生成特征刀具軌跡以及對應刀具軌跡的NC代碼，最終對生成的NC代碼按照加工要求進行拼接。⑤

2.2 Vericut加工工藝系統仿真實驗

通過本實驗的學習，使學生了解或掌握Vericut加工工藝系統仿真軟件的使用，通過如船用柴油機關鍵件典型零件數控加工實例的實施，將課內學習的數控工藝知識綜合起來，對不同的工藝內容要了解的不同的實施步驟和采取方法。產品的實際加工環境包括數控加工設備、工裝夾具及其加工刀具等，因此在虛擬加工環境中需要建立相應的數控加工設備模型、夾具模型、刀具模型及工件模型，使得Vericut虛擬加工環境能夠依據用戶輸入的NC代碼、工藝參數和刀具模型給出有關工件變化、刀具狀況、加工效率等信息，為進行產品的可制造性評價和優化打下基礎。

3 結論

在數控加工技術CDIO項目實踐教學過程中，整個項目實踐教學實施過程主要包括編程、仿真、切削加工、撰寫報告和演示答辯等環節，以學生為主體，教師起引導答疑作用，要求學生按進度完成各環節任務；項目實踐教學組織采用個人和團隊的方式，其中團隊項目實踐的成員之間必須有明確的分工與合作，禁止以逸待勞現象；項目實踐教學完成后，要求提交項目實踐報告、數控程序源文件及仿真、加工的關鍵草稿紙等。評定方式根據項目實踐表現、項目完成情況、項目實踐報告質量、演示答辯水平等方面綜合考慮。通過數控加工技術CDIO項目的研究，制定了切實可行的數控加工技術應用培訓方案，探討了數控加工技術實訓的內容和層次的劃分，提供了制造工程實踐環境，在實現數控加工技術應用專業人才培養目標中起到了重要的作用。數控加工技術CDIO項目實施近一年多來，研究生反映效果良好，達到了預期的目的。在項目設計、實現、運作之中，小組成員要進行項目總結交流，實現經驗分享，拓展所學知識，從而培養了學生的團隊協作能力。

①王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究,2009(9):86-87.

②江帆,張春良,王一軍等.機械專業CDIO 培養模式探索[J].裝備制造技術,2010(6):192-194.

③方喜峰,張勝文.數控技術應用實訓方案探討[J].實驗室研究與探索,2005(6):90-92,103.

④王愛玲,李夢群,馮裕強編著.數控加工理論與實用技術[M].北京:機械工業出版社,2009.

⑤張瑞國.基于GT與KBE的智能編程系統研究與應用[D].江蘇科技大學碩士學位論文,2009.