工程訓練數控實訓教學改革與實踐

蔣海燕　王國超　饒玉梅

摘要：數控實訓是本科高校工程訓練的重要內容。通過優化實訓流程和實訓內容，構建DNC數控實訓平臺，采用虛實結合的教學手段，打造開放實訓平臺，加強學生工程實踐能力和創新精神的培養，促進數控實訓教學質量顯著提高。

關鍵詞：工程訓練；數控；工程能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）10-0134-02

培養一大批具有較強創新精神和工程實踐能力的高素質應用型工程技術人才是實施“中國制造2025”國家戰略，助推制造業轉型升級的關鍵，高等院校將責無旁貸地擔負起這一歷史使命。工程訓練作為高等工科院校重要的實踐教學環節，在培養學生創新精神和工程實踐能力方面起著重要的作用。為了適應時代發展和人才培養目標的需要，各高校工程訓練中心普遍在傳統的車、鉗、銑、刨、磨實訓項目基礎上，加強了以數控為代表的先進制造實訓項目建設。重慶理工大學工程訓練與經管實驗中心近年來也加大了數控實訓設備方面的投入，現有數控車床12臺，數控銑床3臺，三軸加工中心2臺，并配置了專用的數控編程仿真實訓室，以此為基礎，中心積極探索、不斷優化數控實訓教學模式，取得了較好的效果。

一、優化實訓流程和教學內容，提升學生實訓興趣

數控技術是在傳統機械加工基礎上發展起來的，學生必須具備傳統機械制造方面的基本知識才能更好地進行數控實訓，因此在工程訓練課程的安排上，將數控實訓安排在傳統的車削、銑削和磨削之后進行。通過傳統加工技術的實訓，讓學生了解機床的基本結構和加工工藝，為后期數控實訓打下堅實的基礎。

在學生參加數控實訓初期，可以通過參觀展示柜作品、觀看典型零件數控加工視頻等方式讓學生對數控加工的過程有一個初步的感性認識和了解，從而激發學生的學習積極性和主動性[1]。在數控理論教學方面，由于數控技術涉及的知識點較多，不可能面面俱到，可以通過重點概念和基礎編程指令的講解，讓學生對數控加工有一個總體的“框架結構”，在此基礎上采用課堂討論、項目驅動等多種方法，結合學生的自主學習，逐步完善其理論知識體系。在實踐教學環節，則盡可能使學生的操作實踐貼近工程實際，最好引入具體的工業產品用于教學，讓學生親歷工藝分析、程序編寫、產品加工、質量檢測等各個環節，從而培養學生學以致用、解決工程實際問題的能力。對于學有余力的學生，鼓勵學生通過手工編程、自動編程等多種方式自主構思、獨立設計工藝作品，加深對所學知識的掌握和運用，同時可以大大提升學生的學習熱情，激發學習興趣[2]。

二、構建DNC數控實訓平臺，提升實訓效率

DNC原始含義是指分布式數控系統（Distributed Numerial Control），是以計算機技術、通訊技術、數控技術等為基礎，把數控機床與上層控制計算機集成起來，從而實現數控機床的集中控制、管理以及數控機床與上層控制計算機間的信息交換[3]。

早期的數控設備多采用RS232串口通信或手工編輯等方式輸入數控程序，操作較為煩瑣，且存在接口損壞、程序錄入錯誤、效率較低等缺陷。然而大多數高校工程訓練中心數控實訓室多采用分階段、分批次的建設模式，導致可能存在多種數控系統和通信接口，通過構建DNC數控實訓平臺則可有效解決設備兼容問題，更好地為實訓教學服務。筆者所在單位數控設備中，配置有華中、Simens、Fanuc三種數控系統，存在RS232和網口兩種通訊接口方式，通過CAXA網絡DNC軟件實現設備聯網，兩臺Fanuc數控銑床和加工中心本身配置有網口，直接通過屏蔽雙絞線實現雙向高速通訊，其余基于RS232串口通訊的數控設備則通過串口服務器接入以太網絡，具體網絡布置如圖1所示。

學生在CAD/CAM實訓室完成考核件編程任務，經指導教師審核通過后，可以直接通過DNC服務器傳輸到對應的數控機床上完成零件的加工，減少了機床的待機時間和程序校驗時間，大大提高了設備的使用效率。

三、采用虛實結合的教學手段，提高實訓教學質量

數控加工仿真是一種先進的計算機人機交互技術，具有生動的界面和強大的顯示功能[4]。為緩解數控設備臺套數不足的矛盾，提升數控實訓教學質量，中心引入了宇龍數控加工仿真軟件，該軟件可以提供多種數控機床的仿真訓練，支持華中、廣數、Fanuc、Simens等主流數控系統，具有模擬數控機床真實操作面板、智能判斷程序的語法錯誤、模擬刀具相對運動軌跡等功能，使數控機床的編程操作易于課堂化教學，從而節省機床設備和實習消耗，降低實做危險，是數控實訓初學階段理想的實踐工具。

然而虛擬軟件絕不能替代具體的機床操作實踐，過于依賴仿真軟件反而不利于學生工程實踐能力的培養，因此必須將兩者有機結合起來。在實際教學中，可以在講授完數控編程理論知識后，讓學生通過仿真軟件練習數控編程基礎指令，熟悉機床操作面板上各功能鍵的基本操作，體驗數控加工的基本流程，在此基礎上，讓學生去體驗工件裝夾、刀具安裝、對刀等具體實踐環節，在保證安全的前提下讓學生去探究不同的切削速度、進給速度、切削深度等工藝參數對加工質量和效率的影響，在實踐中培養學生發現、分析和解決工程實際問題的能力。

四、加強實訓室開放力度，為學生創新實踐創造條件

實訓室開放是深化教育教學改革、豐富校園文化科技氛圍，培養學生創新精神與實踐能力，提高人才培養質量的重要手段，中心數控實訓室通過預約的方式面向全校學生開放。中心支持和鼓勵學生在課余時間參加學科競賽、科技創新活動、技能培訓鑒定等，促進知識、能力、素質協調發展，不斷提高學生的工程意識和創新精神，更好地為學校人才培養目標服務[5]。

為保障開放實訓教學效果，中心加強了數字化資源的建設，通過中心網站，學生可以免費下載教學課件、數控機床操作手冊、編程說明書、典型數控加工案例等教學資源進行自主學習，還可以通過虛擬工廠實訓系統或到中心數控仿真實訓室進行數控編程的仿真模擬，使學習不再受到時空的限制。

開放實訓是對數控實訓教學的有益補充，是進一步激發學生潛能的有效途徑。不少學生在校期間通過勞動部門的鑒定考試取得數控中級證書，提高了就業競爭力；在第五屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽中，中心教師指導學生利用數控加工的無碳小車取得了全國一等獎2項、全國二等獎1項、重慶市一等獎3項的優異成績。

五、結束語

數控技術是制造業自動化、柔性化、集成化的基礎，數控實訓是本科高校工程訓練實踐教學的重要內容。加強學生工程實踐能力和創新精神的培養，是數控實訓教學改革永恒的主題。實踐證明，優化實訓流程和實訓內容，構建DNC數控實訓平臺，采用虛實結合的教學手段，打造開放實訓平臺，不但可以提高學生學習的積極性和主動性，也促進了教學質量的不斷提高。

參考文獻：

[1]王正軍.提高機械工程訓練中心數控實訓教學質量的探討[J].甘肅科技，2012，28（14）：74-75.

[2]劉偉洪.增強學生工程實踐及創新能力的數控實訓教學改革[J].教育教學論壇，2017，（20）：42-43.

[3]王宇.網絡環境下數控實訓基地建設研究[J].天津職業技術師范大學學報，2012，22（2）：52-54.

[4]高海燕.工程訓練中心數控教學探討[J].教育教學研究，2012，8（3）：93.

[5]梁焱.本科工程訓練平臺下數控教學模式探討[J].中國現代教育裝備，2010，（103）：146-147.