工程訓練數(shù)控實踐教學的設(shè)置及方法探索

王平芳，周繼烈

工程訓練是一門以實踐教學為主的技術(shù)基礎(chǔ)課程，高校工程訓練中心的設(shè)置為在校的理工類學生提供了一個必不可少且意義獨特的工程訓練環(huán)境，并在一定程度上滿足了現(xiàn)代化制造業(yè)領(lǐng)域?qū)こ碳夹g(shù)人員素質(zhì)訓練和培養(yǎng)的需求。由于國內(nèi)的工程訓練中心大都由金工中心過渡而來，相對于硬件設(shè)施條件的大幅提升，工程訓練在課程設(shè)置、教學方法等實踐教學軟環(huán)境方面的建設(shè)和探索仍將是一個長期的過程。本文將以數(shù)控銑削訓練為例，探索工程訓練數(shù)控教學的設(shè)置及教學方法的運用和實踐。

一、工程訓練數(shù)控實踐的設(shè)置與安排

我校工程訓練課程面向?qū)W校多個工科類專業(yè)開設(shè)，為適應不同專業(yè)的培養(yǎng)目標和對工程訓練的不同要求，我們選擇不同的訓練項目和組合模塊，并制定了一個由簡單到復雜、由基礎(chǔ)到綜合的循序漸進教學計劃，以下以數(shù)控銑削訓練為例，介紹基礎(chǔ)訓練、加強訓練和綜合訓練的訓練過程。

1.基礎(chǔ)訓練。基礎(chǔ)訓練模塊面向所有的工科類學生，實習時間是三個課時，主要是了解數(shù)控加工工藝、編程及機床基本操作過程。其實習指導過程如圖1所示。首先是導論課集中介紹，并布置編程作業(yè)；其次現(xiàn)場示范講解，先檢查學生的作業(yè)，解答學生的問題，然后對機床結(jié)構(gòu)、原理、操作步驟、精度控制等方面進行詳細介紹；最后由學生自己動手操作，掌握整個操作過程。通過基礎(chǔ)訓練，學生對現(xiàn)代制造技術(shù)內(nèi)容有了比較直觀的初步認識，并對機床的原理、結(jié)構(gòu)、加工工藝過程都有了一定的了解。基礎(chǔ)訓練是我們?yōu)閷W生打開的通向現(xiàn)代化制造業(yè)領(lǐng)域的第一扇大門。

圖1 基礎(chǔ)訓練模塊實習流程

2.加強訓練。機類學生根據(jù)其專業(yè)發(fā)展特點，除了完成基礎(chǔ)訓練模塊的實習，還必須進入帶有創(chuàng)新性質(zhì)的加強實習。加強訓練實習單個項目的實習時間為2-3天，數(shù)控銑削訓練項目主要是在以計算機與數(shù)控機床為平臺，實現(xiàn)CAD/CAM一體化教學。在實習中，充分考慮調(diào)動和發(fā)揮學生的主觀能動性和參與意識，通過運用CAD/CAM技術(shù)，實現(xiàn)從造型到加工整個過程，充分運用學生的想象力和創(chuàng)造力，讓學生體會到數(shù)控加工的先進性。其流程如圖2所示。首先通過CIMAT RON軟件對三維零件進行設(shè)計，設(shè)計的零件要求體現(xiàn)出自動編程零件的特點，比如有曲面特征；其次，根據(jù)設(shè)計的零件的幾何特征，定義相關(guān)的加工參數(shù)，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，并動態(tài)模擬顯示加工路徑，觀察是否有干涉、撞刀等現(xiàn)象，選定合理參數(shù)，最終輸出的NC代碼程序并進行在線加工。加強訓練過程中，學生運用CIMATRON軟件，由計算機自動生成數(shù)控程序，省略掉繁瑣的計算，迅速的制作出各種輪廓形狀不規(guī)則的零件，解決了各種復雜零件的加工問題，完成了不可能的任務。該訓練模塊向?qū)W生充分展示了自動編程數(shù)控技術(shù)的科學性與先進性，使學生體會到先進制造技術(shù)在縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率等方面的神奇作用和效果，激發(fā)了學生對現(xiàn)代制造技術(shù)奧秘的學習和探索熱情。

圖2 加強訓練流程

3.綜合訓練。綜合訓練是我校在工程訓練教學領(lǐng)域的又一次創(chuàng)新，綜合訓練項目的實習使學生進一步了解和熟悉機械制造工藝流程，提高綜合運用知識的能力。例如LED臺燈的設(shè)計與制作的實習項目就涉及了創(chuàng)意設(shè)計、材料選擇、工藝安排、機械加工、電路調(diào)試、成品組裝等設(shè)備制造各個環(huán)節(jié)。比如，臺燈底座設(shè)計時除需要考慮到線路板、開關(guān)、插頭、燈杠等與之有關(guān)的其它部件的安裝位置、尺寸參數(shù)，還必須考慮底座的美觀、重心、容量等問題。整個實習過程要求學生自己完成對產(chǎn)品的設(shè)計，自己編寫程序，并親自操作機床加工，直至產(chǎn)品制作完成，學生的創(chuàng)新思維能力、工程設(shè)計能力、分析和解決問題的能力、實踐動手能力都能得到鍛煉和提高。綜合訓練模塊能夠培養(yǎng)學生多學科結(jié)合的大工程理念，使學生將停留于概念上的工程認知理念上升到應用層次，使學生的科學探索的意識、方法和能力得到鍛煉。

二、工程訓練數(shù)控教學方法的運用與實踐

為達到理想的工程訓練教學效果，在科學配置課程的基礎(chǔ)上，我們還要注重教學方法的運用。教學方法是表達教學內(nèi)容的重要手段，只有靈活、適合自身特點的教學方法，才能更好地向?qū)W生表達教學內(nèi)容，傳授課堂知識。經(jīng)過多年的探索與實踐，我校工程訓練中心教研人員總結(jié)了一些比較有成效的教學方法。以下對關(guān)聯(lián)性對比、啟發(fā)和引導、增加互動等教學方式方法做簡單介紹希望能夠拋磚引玉。

1.關(guān)聯(lián)性對比。該教學方法旨在教學實踐過程中，引導學生合理的對比各工種加工方法的特點。例如在講解切削運動時，可以通過簡單提問，引導學生對比數(shù)控車床和數(shù)控銑床的不同運動方式，得出數(shù)控車床的主運動是工件、進給運動是刀具，而數(shù)控銑床的主運動是刀具、進給運動是工件的移動的結(jié)論。這樣的運動方式也決定了車床和銑床在加工范圍上的區(qū)別，車床加工的是回轉(zhuǎn)體類零件為主，銑床加工的是平面溝槽和成型表面為主。又例如，對于學習過CAD/CAM項目的學生，通過簡單提問，引導學生對手工編程與自動編程進行對比，通過對比得出，雖然手工編程都可以用自動編程來完成，但一般用于三維零件和復雜曲率半徑的編程。而且要編制出合理的程序，必須熟練掌握軟件的運用和工藝知識。對于一些簡單的二維輪廓零件的編程，還是手工編程比較方便，而且手工編程是自動編程的基礎(chǔ)，只有掌握了數(shù)控指令才能讀懂計算機編寫的程序代碼，手工編程是學生熟悉并掌握數(shù)控程序基本原理的一個重要途徑。實踐證明通過有機融合各工種實訓內(nèi)容，揭示各項目間的關(guān)聯(lián)性，能夠最大程度的突出本項目的知識特點，增強教學效果。

2.啟發(fā)和引導。在教學實踐過程中的一些關(guān)鍵教學點設(shè)置一些小問題，通過啟發(fā)和引導，鼓勵學生積極思考，并提出解決問題的辦法。例如，為使學生了解刀補指令如何運用，并體會到刀補指令在機床操作中的重要作用，在零件加工好后，通過讓學生再次測量尺寸，并與設(shè)計圖紙進行對比，當發(fā)現(xiàn)誤差問題后，引導學生對加工過程進行回顧和思考，并提出運用刀補指令保證精度方案。又例如，為使學生了解一些精度高的對刀方法，可以先要求學生進行手工對刀，手工對刀往往需要來回反復的調(diào)整，憑肉眼感覺來確定加工位置，有些學生就會提出：這樣對刀是不是太復雜了，有沒有簡便、精度高的對刀方法。這時教學人員就可以引入介紹精度高的對刀方法，如對刀儀、激光對刀等方法。實踐證明善于啟發(fā)和引導，不僅有利于加深學生對教學內(nèi)容的認識和理解，也對活躍課堂氣氛起到一定的作用。

3.增加互動。在教學實踐過程中，增加生動、活潑的教學互動環(huán)節(jié)，讓學生參與其中。例如，在編程教學階段，由于學生作業(yè)里編程的只是輪廓圖形，為了使學生更深入了解編程內(nèi)容，了解零件的精度控制，掌握刀補指令運用。老師對作業(yè)進一步提出要求。如圖3所示為需編程的零件圖，要求學生控制精度來編程，由于沒介紹過刀補指令，學生一般都選用直接計算尺寸的方法來編程，如圖4所示。如果零件需要多次操作控制精度，圖形又比較復雜，這就需要多次計算刀路軌跡位置，多次修改程序，這種操作方法在加工上也是不可取的，這時老師就引入刀補指令，編程時按照圖紙尺寸進行編程，可以用同一個程序?qū)α慵M行粗、精加工，如圖5所示。簡化了編程工作。由于是通過自己思考編程，當引入更簡便可取的方法時，學生就輕松地掌握了編程內(nèi)容。實踐證明在教學過程中和學生進行真正的交流，增加互動，對學生的學習興趣和教學質(zhì)量的提高可以起到事半功倍的效果。

圖3 零件圖

圖4 編程

圖5 編程

工程訓練已經(jīng)成為工科類高等院校本科生進行工程素質(zhì)教育和技能培訓必不可少的實踐性教學環(huán)節(jié)。在注重動手能力培養(yǎng)的前提下，合理規(guī)劃教學計劃和教學內(nèi)容，讓教學內(nèi)容、教學方法隨著社會的進步而不斷的改進和完善，才能提高學生的創(chuàng)新能力。教師在教學實踐中通過不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗，更新教學內(nèi)容，才能獲得滿意的教學效果。

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