数控技术课程实践教学模式的改革研究
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1.引言
《数控技术》是全日制普通工科高校机电专业必修的一门专业课程，其教学内容包括数控机床的组成和工作原理，数控编程和加工，数控机床的故障诊断和维修等。数控技术是利用数字信息对机床设备空间运动坐标实现控制，其集机械、电子、自动控制、计算机技术为一体，使得数控技术课程在教学中较为抽象、复杂，从实用和操作的角度看，其教学实施也必然对课程实验(实践)环节提出较高要求，使该课程具有鲜明的实践性特点。在目前我国作为世界制造基地的背景下，数控类技术人才大量需求，包括数控机床制造，数控加工等行业。目前，数控技术人才培养有两个层次，一个高职类院校，主要培养实用型的数控加工人才;一个为普通高校数控技术方向，培养更高层次数控技术人才。
受教学培养计划限制，我校数控技术课程教学采用理论教学和课内实验的教学模式，其中课内实验 6 个学时，课时偏少，实验设备偏少，导致学生实践教学效果不好，对数控技术理解不透彻，动手能力不强的问题。因此，如何解决数控技术实践工程动手能力，更好学习理解数控技术这门应用型较强的课程，是需要解决的问题。结合我校的教学改革计划和存在问题，近年来在机电专业数控技术课程改革中，注重对实践教学环节进行了较大幅度的改革，加大实践教学课时，采用分层设置实践教学环节，通过采用课内实验，综合实训和开放选修三个层次实践教学环节结合，全面培养学生的实践动手能力，解决问题的能力和团队协作能力。
2.实践教学体系改革实施
在我校机电专业教学计划中，数控技术课程为《数控技术》(32 学时)以及课内实验等实践性环节，它们在该专业系列课程中占有重要的位置，也是培养学生程素质和创新能力的一个重要载体。因此，在本课程教学改革中，遵循 “注重基础知识，以培养实践能力、综合应用知识能力、创造能、在实践中主动获取知识的能力为主要目的”的指导思想，在数控技术实践教学改革中体现了分层次、循序渐进的特点，涉及到课内实验、综合实训、开放选修实验等多个阶段。
2.1 课内实验项目设置
在该层次的实践教学环节项目设置中，主要目的是增加学生的感性认识，以直观认知为主，不强调学生的动手能力。因此，设置了《数控机床认知实验》《数控车床编程实验》和《数控插补实验》等三个课内是项目，共 6 个学时。《数控机床认知实验》利用本校机械工程实验中心已有的数控车床、数控铣床、数控加工中心等数控机床，以教师结合实物讲解为主，使学生了解数控机床的各个组成部分，工作原理等基本知识。《数控车床编程实验》以教师讲解演示为主，使学生了解数控编程加工的基本知识。《数控插补实验》以专门开发的插补实验软件演示为主，使学生了解数控插补原理。课内实验结合理论课程教学进度，分组进行，实验类型有演示实验和验证实验，注重基础性知识的实践训练。
2.2 综合实训项目设置
在该层次的实践教学环节项目设置中，主要目的是锻炼学生的实践动手能力，利用所学理论知识运用到实践中的能力，巩固和拓展课程知识，培养学生综合分析问题的能力以及动手能力。因此，数控技术实训内容按模块化划分，强调循序渐进，相关训练针对性强，应用性强，设置《数控加工仿真实训》《数控加工实训》《数控安装调试实训》三个实训项目，共计 3 周。
在《数控加工仿真实训》项目设置中，考虑到由于高校的持续扩招学生人数大增，而实验设备-数控机床属于高技术、高附加值产品，其机床本体和控制系统品类繁多，价格高昂，一般数控车或铣床单价约十万到二三十万，加工中心则动辄几十万甚至数百万。如果数控课程的实验、实训环节完全依赖数控机床，则需大量数控机床，投入巨大、消耗多、成本贵、实验风险高，学校将无力组织实践教学。近年来，市场上出现了基于虚拟现实技术开发的数控加工仿真系统，实验者可在此计算机系统平台上实现演示、分析数控加工从零件设计图到加工程序调试直至动态切削演示的全过程，包括毛坯定义、夹具刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和调试等，甚至具有工件的三维测量功能;能够仿真 Fanuc 、Siemens 、PA 8000、三菱、大森数控、华中数控和广州数控等主流系统，提供数控车床、数控铣床、加工中心等各种机床面板;面向数控加工技术初学者，具有强大的数控知识呈现功能，具有用于辅助教学的各种模块设置。学生通过软件模拟仿真基本上可解决学生熟悉机床控制面板及数控系统操作等问题，具有使用成本低廉、安全性高、方便辅助授课等特点。因此，根据学校实际情况，设置了《数控加工仿真实训》实训项目，实训时间 1 周，为此采购了宇龙数控加工仿真系统。通过仿真实训，可使每一个学生单独使用一台计算机进行数控编程、操作和加工全过程的模拟训练。
《数控加工实训》项目，实训时间 1 周，实训内容包括数控车床和数控铣床两种数控机床的编程加工。安排在学生完成《数控加工仿真实训》项目之后，此时，学生在进行《数控加工仿真实训》项目时已经把要加工的零件程序编程完成，并在在加工仿真系统中仿真运行，检验了程序的正确性。这样，在实际的机床上完成典型零件的编程加工操作时，可以节约大量占用机床时间，解决了设备不足的问题。
《数控安装调试实训》项目，实训时间 1 周，实训内容包括数控系统的连接、调试(包括参数保护、回参考点、丝杠螺距误差补偿、伺服驱动单元调试、PLC 编程)和故障诊断(包括外围机床故障模拟与诊断、主轴变频单元的故障诊断)等实训内容。通过该项目实训，使学生能掌握数控机床安装调试方面和数控故障诊断方面的能力。为了开展这个实训内容，已有设备不能满足要求，为此采购了南京日上自动化设备有限公司开发的数控实训设备，来完成这些实训内容。
在本层次的实践教学项目设置中，根据学校实际情况，通过软件仿真实训和实际机床操作实训结合的方式，用有限的资金，解决了设备不足的问题，使每个学生在这个环节能得到充分的动手锻炼的机会。通过学生单独使用软件仿真加工，锻炼独立操作的能力;同时，通过数控加工实训和安装调试实训的分组操作，培养学生团队合作完成任务和解决问题的能力。
2.3 开放选修实验项目设置
在该层次的实践教学环节项目设置中，主要目的是培养学生的在数控机床设计开发方面的创新能力。目前，开发式数控系统的出现，为数控机床(数控系统)的设计开发提供了一种方便的途径。因此，在这本环节设计了《开放式数控系统开发》的开发选修实验，利用固高公司开发的基于运动控制卡的二维开放式数控平台，学生可以在上面定制自己的数控系统。本环节时数 32 学时，运行模式为开发选修实验，针对部分对数控技术有兴趣的学生选择。可在此基础上组织学生参与大学生科技创新计划项目。
3.总结
数控技术实践环节改革方案完成后，从 2008 年开始在在机电专业数控方向学生中进行实施。通过这几年的教学情况结果来看情况良好。通过不同层次实践教学学生对数控理论教学的兴趣有较大提高，对数控技术理论理解和掌握程度提高，使教学质量稳步提升。同时，通过三个层次的实践环节使得学生的实际工程能力得到全方面的锻炼，数控方向毕业生可以从事数控加工制造、数控机床设计制造、数控维修和改造即数控设备管理等与数控相关的各种工作，更加符合企业需求对数控人才的需求，也增加学生的就业范围，近三年来，数控方向学生的就业率都保持在 100%，用人单位反馈信息也都十分良好。
