仿真教學與實踐操作相結合的數控加工教學模式探討

沈 羽，王西建

（河南質量工程職業學院 機電工程系，河南 平頂山 467000）

0 引言

針對“中國制造2025”，教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部曾聯合印發了《制造業人才發展規劃指南》，其中最引人注目的是“制造業十大重點領域人才需求預測”。預測到2025年，高檔數控機床和機器人人才缺口將達到450萬人。《指南》強調“健全多層次多類型人才培養體系”，強調要“推進制造業人才供給結構改革”、“精準對接重點領域人才需求”，“教學內容上圍繞先進制造業所需的關鍵能力和素質”。現代制造業對人才的要求不斷提升，促使我國職業學校要不斷更新培養模式，不斷提升數控技術人才的綜合能力與素質。在數控加工人才培養實踐教學中，引用企業生產的典型零件作為項目教學內容，合理進行教學過程設計，在數控加工仿真系統中驗證項目的可操作性，通過數控機床操作完成項目任務的加工驗證。這種采用數控加工仿真教學與數控機床實戰操作相結合教學模式，能提高數控加工教學效果，增加實踐教學的安全性，提升學生工程實踐技能，達到提高數控加工人才培養質量的目的。

1 數控技術教學模式現狀

1.1 軟硬件配套不足

一些學校財政經費投入少，設備陳舊、數控機床設備有限、且數控系統單一，難以滿足人才培養的多樣化要求。數控設備少，一次性參加實訓的學生人數較多，在這種情況下，人均機床設備占有率低，學生獨立操作機床的機會變少。另外設備數量少，數控系統單一、版本低，與企業的先進數控系統相差較大。學生只能了解學校現有數控系統的相關知識，造成學生知識面狹窄，走上工作崗位后難以適應企業要求。

1.2 師資力量薄弱

數控加工機床操作對實訓指導教師教學能力要求較高。一般數控加工專業的老師較少，而且都比較年輕，其中相當一部分是大學畢業后就直接到職業院校任教的，在大學階段沒有系統性的受過數控加工方面知識的訓練，從未到企業從事數控技術工作，對企業的生產組織方式、生產流程和加工工藝，企業崗位人員的能力需求，機床操作規范、機床故障診斷與維修、零部件質量控制與檢測等方面的具體要求不了解，缺乏在數控加工生產第一線的實踐經驗。短時間內難以滿足數控加工實訓對實訓指導教師教學能力的高要求，無法給予學生更多更好的職業能力方面的指導。

1.3 教學方法陳舊

數控加工技術是現代先進制造技術重要的組成部分，具有很強的實踐性。在教學過程中應以提高學生的職業實踐能力和職業素養為宗旨，并以培養數控行業、企業所需要的高技能型人才為目標。目前的狀況是有些學校教學理論過多，實訓內容過少；有些學校數控加工課程教學仍采用傳統的課堂講解和多媒體課件演示等教學方法、教學手段進行實踐教學。教師將要實踐內容、操作方法和注意事項，機械的通過黑板或多媒體課件講給學生，使得實訓教學成了紙上談兵；有些學校雖然購置了數控加工仿真軟件，能借助機械CAD/CAM軟件進行輔助教學，但是又過于注重仿真教學功能，忽略或簡化了數控機床實踐操作這一重要環節，教學方法與現代先進制造企業的生產過程相違背，學生學習效率低下。

2 仿真教學與實戰操作相結合的教學模式

2.1 仿真教學與項目實戰相結合的必要性

2.1.1 數控加工仿真教學的必要性

仿真教學能靈活的仿真各種真實情況，設定各種事故及極限運行狀態，為學生提供了充分動手的機會，具有高度的安全性。能節省學校開支，減輕教師的負擔，調動學生感覺，運動和思維，發揮學習主動性，開拓想象空間，反復試驗自行設計的實驗方案并進行驗證自動評價，增強學生的自信心和成就感，提高學習效率。

學習數控加工技術，機床實踐操作過程是必不可少的。數控機床屬高技術產品，價格昂貴，直接在數控機床上進行操作練習，容易因為不規范操作，程序錯誤等導致設備損壞，設備損壞后維修周期長，耽誤實訓教學過程進展，并且實訓費用較高。同時好多學校受條件限制，實訓室管理不到位，機床設備臺套數不足，實訓指導教師數量緊缺，實踐場所面積小，因此采用數控加工仿真系統進行部分實踐教學環節是十分必要的。采用數控加工仿真系統有效地解決了人均機床占有率低，降低實習成本、減少昂貴的設備投入的問題。數控加工仿真系統結合機床廠家實際加工制造經驗與高校教學訓練一體開發，真實感強，具有目前各種主流的數控系統和操作面板，效果逼真。學生可以在計算機機上模擬操作機床，能在短時間內掌握各種系統的數控車、數控銑及加工中心等操作，能進行手動編程和導入程序仿真加工，使學生達到近似實物操作訓練的目的，大大減少昂貴的設備投入。

仿真教學是具有綜合作用的教育手段，在很大程度上可以彌補實訓客觀條件的不足，給練習者提供近似真實的訓練環境，從而替代或補充傳統的實驗教學手段，節約很多訓練時間和經費。

2.1.2 仿真教學與實戰操作相結合的必要性

盡管數控仿真實踐教學具有毋庸置疑的優勢，但它也存在一些不容忽視的缺陷。學生只是在仿真環境中實踐，難以對數控設備的具體操作有真實了解，缺少真實感知。在車間現實數控機床操作中，存在大量不確定性因素。但是數控加工仿真系統中預先設定了大量假設因素，機床、工件、刀具、量具處于一種假設的理想狀態，設定工藝系統滿足剛性要求，未能考慮工藝系統振動、工件材質變化等引起的加工質量變化等因素，導致仿真系統難以全面反映數控機床操作具體真實過程。另外在數控機床實際操作中存在危險隱患，仿真教學中往往存在任意操作現象，數控加工仿真系統沒有危險預警系統，學生仿真練習時也沒有任何危險。運用數控仿真系統，可能會降低學生的安全意識。

數控機床實踐操作是數控加工人才培養必不可少的一個重要環節，通過機床操作，學生能夠熟悉了解數控機床的結構組成及工作原理，掌握待加工零件的裝夾、定位、加工路線設置及加工參數調校等實際操作工藝，排除機床電氣及機械方面的一般性故障。熟練操作數控機床，為走上工作崗位打下良好的基礎。

2.2 仿真教學與項目實戰相結合的教學模式的具體實現

2.2.1 教學項目的確定

根據數控加工實訓課的教學內容，結合高職學生的學習特點，實施“項目式教學”的可行性高，組織起來也相對比較容易，有利于充分調動學生的學習積極性，有效地培養學生團隊協作等能力。采用“項目式教學”可以將零件數控編程與操作技能融于具體項目之中，使學生在完成項目的過程中逐步具備典型及復雜零件的編程與加工能力，實現職業教育提高學生就業能力的目標。

為了激發學生學習興趣，提高學生對所學專業的認識，數控加工實踐教學直接引用企業生產典型零件作為項目化教學內容，以理論與實踐知識實用、夠用為原則，循序漸進，由淺入深。項目化教學內容確定后，應對每一個項目提出具體的實施方案、教學要求和應該達到的教學目標，并嚴格執行。

2.2.2 教學任務的實施

數控加工項目化教學過程分以下幾個步驟：

（1）布置階段。教師布置任務，引導學生分析任務，明確素質目標、知識目標、技能目標。

（2）計劃階段。學生分組工作，制定工作計劃，制定數控加工工藝過程。

（3）實施階段。在仿真加工階段，選擇合適的加工用量，采用手動編程或借助CAM軟件自動編程，選擇機床類別、機床系統、定義毛坯、裝夾毛坯、夾具、選擇合適的刀具，在數控加工仿真系統仿真加工，對加工工藝過程、數控加工程序的正確性進行驗證；在機床實踐加工階段，將仿真加工階段檢驗無誤的程序，用計算機接口或存儲介質將數控程序輸入機床數控系統，進行實際操作加工。學生正確選擇毛坯，裝夾工件，裝夾合適刀具，試運行程序，檢查刀具運行軌跡，正確操作機床，運行程序試加工，再次驗證工藝的合理性與程序的正確性。

在仿真教學和機床實踐時，指導教師先進行規范操作演示，講明操作要點與注意事項。學生觀看演示后根據計劃完成自己的任務，整個過程中，指導教師要認真巡視、經常檢查、及時指導，發現問題及時糾正。

（4）檢查階段。學生自行或互相檢查實訓過程、加工結果。根據加工結果，進行程序、工藝優化設計與改進。

（5）教學效果的評價與反饋。指導教師對學生在數控加工實訓整個過程進行點評，對加工出的工件質量進行評價，指出優點和不足，對于學生在實訓過程中出現的錯誤要給予及時糾正，通過每一次技能訓練，使學生對自己所掌握的理論知識及實踐技能有所認識、有所提高。指導教師要虛心聽取學生反饋意見，對實訓內容、實訓方法等不足之處及時改進。

3 結語

采用數控加工仿真教學與數控機床實戰操作相結合的教學模式，合理設計實訓教學項目，拓展實訓教學內容廣度和深度，提升實戰化教學質量和水平，提高數控加工教學效果，增加了實踐教學的安全性，大大提升了學生工程實踐技能，提高了數控加工人才培養質量。