基于電主軸的機電一體化項目教學初探

曹志鴻

摘 要 本文圍繞機電一體化中高職貫通專業培養目標與課程體系，初步探索了基于電主軸這一數控機床關鍵功能部件的項目教學設計，分析了電主軸部件所承載的專業知識點，設計了核心課程的項目教學內容，為機電一體化專業課程建設提供了一個有益的項目教學改革思路。

關鍵詞 項目教學 機電一體化專業 電主軸 教學設計

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.06.044

Exploration of Mechatronics Project Teaching Based on Electric Spindle

CAO Zhihong

（Shanghai Technician School， Shanghai 200437）

Abstract Focusing on the training objectives and curriculum system of the penetrating specialty in Mechatronics， this paper preliminarily explores the project teaching design based on motorized spindle， which is the key functional component of CNC machine tools， analyses the professional knowledge points carried by motorized spindle components， designs the project teaching content of the core course， and provides a beneficial project teaching reform thought for the course construction of Mechatronics specialty.

Keywords project teaching； Mechatronics； electric spindle； teaching design

0 緒論

項目教學有利于調動學生學習的興趣，有利于學生理論與實踐知識的融合學習，有利于提高教學效果與教學目標的達成，有利于學以致用，反哺理論知識的深度獲取。然而，項目教學中起引領、貫穿教學知識點與內容重要作用的“項目”的確定，并非易事。選取合適作為課程教學的項目，需要具有如下特點：一是項目應具有集課程各知識點的典型性、代表性，二是項目技術內容應是教師能夠嫻熟駕馭和掌握的，三是項目應具有企業實踐應用性，四是項目應具有一定的技術先進性或時代性。需要教師、教研團隊、專業建設與項目開發小組去企業、去科研院所去挖掘、去海選。

電主軸（ElectricSpindle，Motor Spindle）是近些年來在數控機床領域出現的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術。它包括電主軸本身及其附件：高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置等，是典型的機電一體化功能部件。電主軸融合“機”和“電”代表性知識點于一體，具技術先進性、企業實踐性，是機電一體化專業項目教學任務設計與實施良好的載體，可確立為機電一體化專業教學中的一個典型項目。本文基于電主軸這一功能部件進行機電一體化項目教學設計探索。

1 機電一體化專業人才培養

1.1 培養目標

機電一體化專業將機械、電子與計算機技術緊密結合在一起，涉及現代先進制造技術、通信技術、檢測控制等學科領域。我校機電一體化中高職貫通專業主要培養在生產、服務一線能從事以數控機床為代表的數字控制工業裝備的安裝、調試、檢測和維修等工作，具有可持續發展潛力的高端技術技能型人才。培養學生在專業知識上掌握基礎理論知識、電氣控制及PLC控制、電機調速、數控機床結構、機械裝配等知識，在職業能力上具有機床電氣控制電路設計與維護、機電設備（包括數控機床）裝調與維護等能力。

1.2 課程體系

機電一體化專業圍繞機電一體化設備安裝與調試、運行與維護等方面高端應用性專門人才所需要的知識和能力組織教學，整合理論與實踐知識。課程體系分為基礎、機械、電控、機電綜合以及數控維修等五大模塊課程。除語數外、計算機等基礎能力模塊課程外，專業能力模塊課程設置見表1所示。該課程體系體現為以機械技術為基礎、電氣控制為核心、重點在機電設備維護與維修技術上，其中，機械設計基礎、PLC技術與應用、傳感器技術、電機拖動與控制、數控機床故障診斷與維修等課程之間具有較強的銜接與遞進關系，需要有一個實體項目作為載體將這些課程的內容有機結合與串聯起來，使學生學以致用，學習的理論知識有的放矢，在項目載體上做深入實踐，反哺、提升理論認識。

表1 機電一體化中高職貫通專業能力模塊課程設置

2 項目教學設計初探

為落實課程體系的項目教學實施，采用“項目引導+任務驅動”教學方法，以典型產品為載體，設計實踐活動；將典型的機電結構及其維護維修案例嵌入到課程的項目教學中。

電主軸作為現代數控機床的一個重要功能部件（其結構簡圖如圖1所示），它蘊含電機拖動與控制、變頻調速技術、機械設計基礎、電工電子技術、工程圖識讀與繪制等機電一體化專業課程的諸多知識點，融合高速軸承、高速電機、冷卻和潤滑、內置脈沖編碼器、自動換刀裝置、高速刀具裝卡以及高頻變頻裝置等技術。本機電一體化項目教學確定電主軸這一典型機電產品作為專業課程體系的項目載體，科學設計子任務，達成相應的理論與技能教學目標。此方案既具有技術先進性，又具有企業應用與實踐價值，對于教師能力的自我提升及其教育教學改革實施都是良好的項目載體。

電主軸項目教學初步設計思路如圖2所示。在“工程圖識讀與繪制”中完成電主軸功能及其結構的認知教學，使學生學會識讀并繪制電主軸部件的裝配圖，能夠根據裝配圖繪制其主要零件的二維圖。在“機械設計基礎”課程中，完成軸類零件、軸承、殼體、潤滑與冷卻裝置、刀具裝卡等零部件的結構設計原理教學，使學生掌握電主軸部件中各零部件的結構特征與設計要求。在“電工電子技術”課程中讓學生能夠理解電路原理，看懂電子電路接線圖。在“電機拖動與控制”課程中，完成電機原理與電機驅動技術講授，使學生掌握電主軸的“機”“電”合二為一的技術內涵，同時在課程中嵌入變頻調速技術內容的教學，使學生理解變頻調速技術原理及其在主軸快速啟停調速控制中的實際應用。深入的子任務內容提煉與設計將在后續研究中完成。

3 結語

本文初步探索了基于電主軸這一關鍵的數控機床功能部件的項目教學設計，較為深入地分解了電主軸部件蘊含的各知識點，聯系課程體系，設計了核心課程的項目教學內容，為機電一體化中高職貫通專業課程建設提供了一個有益的項目教學改革思路。

參考文獻

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