基于理虛實(shí)一體化的“數(shù)控加工編程與操作”教學(xué)改革研究

史紅燕

（濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，250000，山東濟(jì)南）

在中國(guó)制造2025 大背景下，數(shù)控技術(shù)是我國(guó)由制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)的關(guān)鍵，更是工業(yè)4.0 時(shí)代智能制造業(yè)強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。因此，培養(yǎng)大批能熟練掌握多軸數(shù)控機(jī)床編程、操作、維修等技術(shù)的高技能人才是工科類高等職業(yè)院校形勢(shì)所趨。

高職院校“數(shù)控加工編程與操作”課程學(xué)生學(xué)習(xí)效果與企業(yè)數(shù)控崗位用工要求還存在一些差距，現(xiàn)從企業(yè)數(shù)控崗位人才需求、課程特點(diǎn)、課程現(xiàn)狀逐一進(jìn)行剖析，突破傳統(tǒng)教學(xué)采用理-虛-實(shí)一體化的教學(xué)方式，不斷激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣及提高數(shù)控機(jī)床實(shí)操能力，達(dá)到學(xué)生畢業(yè)后就能滿足企業(yè)單位用人需求的目的。

1 數(shù)控加工編程與操作課程剖析

1.1 數(shù)控技能人才培養(yǎng)方向

工業(yè)4.0 時(shí)代智能制造業(yè)飛速發(fā)展，越來越多的企業(yè)引進(jìn)數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等先進(jìn)數(shù)控設(shè)備，急需多軸數(shù)控加工技能人才。數(shù)控技能人才分為以下幾類。

第一類為數(shù)控車間操作工：主要負(fù)責(zé)數(shù)控機(jī)床的操作和日常檢查維護(hù)工作，應(yīng)具備掌握數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)、會(huì)選用刀具、能進(jìn)行工件及刀具的裝夾、編制數(shù)控加工工藝文件、進(jìn)行機(jī)床具體操作、機(jī)床日常維修維護(hù)、根據(jù)零件圖紙進(jìn)行手工編程等能力。

第二類為數(shù)控技術(shù)人員：主要負(fù)責(zé)數(shù)控加工工藝編程與數(shù)控機(jī)床維護(hù)、維修。數(shù)控加工工藝編程人員需要掌握數(shù)控加工工藝方案的編制、工藝文件的實(shí)施，具備數(shù)控機(jī)床操作、維修維護(hù)和手工編程的能力，并能運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)及自動(dòng)編程；而數(shù)控機(jī)床維護(hù)維修人員需要掌握數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)、PLC 知識(shí)、機(jī)床參數(shù)設(shè)置等，具備數(shù)控機(jī)床操作、手動(dòng)編程、自動(dòng)編程和數(shù)控機(jī)床機(jī)械與電氣調(diào)試維修維護(hù)的能力。

通過學(xué)習(xí)數(shù)控加工編程與操作這門專業(yè)核心課，學(xué)生能夠具備數(shù)控加工工藝文件編制、機(jī)床操作、數(shù)控加工編程等能力。因此，學(xué)生畢業(yè)后能否勝任數(shù)控技術(shù)方面的工作，與有否學(xué)好數(shù)控加工編程與操作課程有十分密切的聯(lián)系。

1.2 課程特點(diǎn)

數(shù)控加工編程與操作是高職院校數(shù)控技術(shù)、機(jī)電一體化學(xué)生的專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生編制加工工藝文件、數(shù)控加工編程、操作數(shù)控機(jī)床等能力，是一門專業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。其中，先導(dǎo)課程機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)二維繪圖CAD 等都為學(xué)習(xí)本課程打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)好本課程也將為后續(xù)學(xué)習(xí)數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)、數(shù)控機(jī)床等課程做好鋪墊。

1.3 課程現(xiàn)狀及存在問題

數(shù)控加工編程與操作分理論課、數(shù)控加工編程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)、數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)三個(gè)階段進(jìn)行授課，且不同階段的授課老師不同。理論課內(nèi)容包括數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系、數(shù)控機(jī)床的操作界面、數(shù)控加工工藝分析、刀具知識(shí)、切削參數(shù)設(shè)置、數(shù)控加工編程指令、數(shù)控車削典型實(shí)例、數(shù)控銑削實(shí)例等。分三個(gè)階段培養(yǎng)學(xué)生會(huì)產(chǎn)生以下問題。

（1）學(xué)生連續(xù)數(shù)周學(xué)習(xí)理論課，見不到機(jī)床實(shí)物，缺少直觀認(rèn)知。理論課比較枯燥，學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)效果欠佳。

（2）學(xué)生在傳統(tǒng)理論課上學(xué)習(xí)數(shù)控編程基本知識(shí)，遇到手動(dòng)編程實(shí)例時(shí)，學(xué)生只會(huì)套用編程模板進(jìn)行編程，編寫出的程序是否準(zhǔn)確合理，學(xué)生無法直接及時(shí)判斷，有待于進(jìn)一步進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

（3）理論課和實(shí)訓(xùn)課可能存在相同知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容不同步的現(xiàn)象，也就是實(shí)訓(xùn)需要的理論知識(shí)在理論課上可能還未學(xué)完，這樣就會(huì)影響數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)效果。

（4）理論課程、數(shù)控編程仿真實(shí)訓(xùn)、數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)三個(gè)階段的授課教師不同，因不同的教師其數(shù)控機(jī)床實(shí)操經(jīng)驗(yàn)、授課方式等不同，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)起來知識(shí)點(diǎn)比較零亂、缺乏一定的邏輯性與系統(tǒng)性。

（5）理論課時(shí)偏多，達(dá)六十幾學(xué)時(shí)，但數(shù)控加工編程仿真實(shí)訓(xùn)只有二十幾學(xué)時(shí)，數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)也只有二十幾學(xué)時(shí)，實(shí)踐課時(shí)偏少，學(xué)生掌握的數(shù)控加工編程與機(jī)床實(shí)操技能有限。

2 理-虛-實(shí)一體化教學(xué)改革

2.1 改革的必要性

鑒于數(shù)控加工編程與操作課程理論、仿真實(shí)訓(xùn)、數(shù)控實(shí)操實(shí)訓(xùn)三階段分開授課質(zhì)量效果欠佳，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，新的教學(xué)方法不斷出現(xiàn)，高職院校引進(jìn)的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等設(shè)備也不斷完善。對(duì)于數(shù)控加工編程與操作這門課程，要打破傳統(tǒng)授課方式，采用項(xiàng)目式教學(xué)，將理論課程、數(shù)控加工仿真實(shí)訓(xùn)、數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)三階段教學(xué)無縫銜接。采用理-虛-實(shí)一體化教學(xué)方式，理論課在仿真實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行。通過增加實(shí)踐課時(shí)，活躍課程氛圍，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和鍛煉學(xué)生的實(shí)操技能。

2.2 改革方案

采用理-虛-實(shí)一體化教學(xué)方式，將理論課在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，教師隨講、學(xué)生隨練，通過宇龍仿真虛擬軟件熟悉數(shù)控機(jī)床的基本操作，檢驗(yàn)手動(dòng)編程的合理性與準(zhǔn)確性。通過多次、反復(fù)在仿真軟件練習(xí)，熟練地掌握機(jī)床知識(shí)和編程知識(shí)，然后再在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行實(shí)際操作，能夠?qū)?shí)踐和理論有效結(jié)合。針對(duì)數(shù)控加工編程與操作課程特點(diǎn)，采取項(xiàng)目化教學(xué)方式。引入企業(yè)典型案例，分小組進(jìn)行數(shù)控加工工藝方案設(shè)定、工藝方案編制、數(shù)控加工程序編寫、數(shù)控加工編程虛擬仿真、程序校驗(yàn)、數(shù)控機(jī)床上實(shí)際操作。

（1）以數(shù)控加工工藝方案設(shè)定、操作機(jī)床、數(shù)控加工編程等能力培養(yǎng)為核心，以企業(yè)數(shù)控加工典型案例為載體，以數(shù)控技術(shù)專業(yè)崗位職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，選取和編排教學(xué)內(nèi)容。課程根據(jù)主要涵蓋機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床操作基本方法、數(shù)控車削編程、數(shù)控銑削編程等實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）將理論課時(shí)壓縮，延長(zhǎng)虛擬仿真學(xué)習(xí)時(shí)間。理論課改在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，并采用宇龍仿真虛擬軟件進(jìn)行仿真加工學(xué)習(xí)。學(xué)生根據(jù)分解的學(xué)習(xí)任務(wù)以小組的方式進(jìn)行仿真操作，最后小組之間互相展示仿真的結(jié)果。通過小組間進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、同組員之間進(jìn)行互評(píng)的方式，激勵(lì)學(xué)生好好學(xué)習(xí)。

（3）通過在虛擬仿真軟件中反復(fù)多次練習(xí)，調(diào)整好切削參數(shù)、選好刀具、程序檢驗(yàn)無誤后，在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行實(shí)際操作。由教師悉心引導(dǎo)學(xué)生，要求學(xué)生遵守安全生產(chǎn)操作規(guī)范，并使學(xué)生養(yǎng)成在實(shí)際操作數(shù)控機(jī)床過程中遇到問題及時(shí)做好記錄和總結(jié)的好習(xí)慣，提升學(xué)生實(shí)際操作機(jī)床的能力。

3 結(jié)論

數(shù)控加工編程與操作課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)，采用理-虛-實(shí)一體化的教學(xué)方式，在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室上理論課，通過教師隨講、學(xué)生隨練的方式，提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。在虛擬仿真軟件中反復(fù)多次仿真練習(xí)，程序檢驗(yàn)無誤之后，在老師的悉心指導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)入實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)備進(jìn)行實(shí)際操作訓(xùn)練，真正做到理-虛-實(shí)一體化。理論知識(shí)和實(shí)際操作相輔相成，使得數(shù)控加工編程與操作課程不再枯燥，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生數(shù)控機(jī)床實(shí)際操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。