數控技術課程教學改革與探索

陳典紅

【摘 要】數控技術是機電類專業的主干課程,本文從授課內容、教材、授課方式、實踐環節安排等方面對該課程的教學進行了思考,提出了適合本校的教學體系。

【關鍵詞】數控技術 教學探索 教學改革

數控技術是現代機械系統,機器人, FMS ,CIMS , CAD/ CAM等高新技術的基礎,是采用計算機控制機械系統實現高度自動化的橋梁。數控技術課程是機電結合的典型課程,也是機電類專業方向的一門帶有體系性、方向性和全局影響的重要的專業課。這門課程的特點是理論性強,涉及的基礎理論和知識面廣。此外,本課程與工程實際聯系緊密,要求一定的應用技能。傳統教育模式都過于注重理論教育和加工方式的教育,缺乏學習的針對性、啟發性,同時由于實踐性環節較少,學生缺乏應用性,在生產第一線解決實際問題的能力也比較差。在新技術新知識增加而課程學時減少,市場的人才需求不斷增加的新形勢下,必須進行教學內容和方法的改進,保證學生學習的積極性和主動性,不斷培養出高素質應用型人才。

一、教學安排中存在的問題

目前,我校數控教學現狀如下:

1.教學內容與其他相關專業課程的銜接不夠,對該課程的關鍵技術和最新技術內容講授只停留在一般概念介紹上,沒有給予聯系其他專業課的全面系統的講授。

2.有些教材中的內容與目前數控領域的發展水平相距較遠,顯得較陳舊。在保證教學內容系數完整的前提下,應隨著技術的不斷發展,及時拋棄陳舊過時的內容;課程內容應反映現代數控技術的先進水平,整體內容以最新的編程技術、軌跡控制原理、現代交流數字控制系統為主線。

3.實踐教學學時的比重不夠,需要加強實踐環節;教學內容應增加綜合性、設計性和研究性,啟發和鍛煉學生的分析問題和解決問題能力。

4.教學手段和方法上尚需進一步改進。

二、教學體系的構建

1.構建原則

針對我校在機電類專業的培養目標:了解機械電子工程領域的發展方向,具有從事機電系統研究與技術開發的能力,能夠在汽車和機電行業、公司企業等部門從事汽車和機電產品開發與制造等方面工作的高級工程技術人才;因此在數控技術的課程教學中,要求學生不僅要掌握數控機床的使用,還要掌握數控系統的設計開發能力,因此,在本課程的教學安排中應有以下原則。

(1)教學內容的安排

①選擇合適的教學內容,適應不同專業培養目標的需要。數控技術課程是機電系機電類專業的重要專業課程,因為各專業的培養目標不同,必須針對不同的需要采用不同的教學內容。在我校,對以制造為主的專業,如機械設計制造及其自動化專業,本門課程主要目的是培養學生具有數控編程的能力兼顧數控系統的設計,因此教學內容主要突出數控車床編程、銑床編程、加工中心編程和計算機輔助編程。對機械電子工程專業,本門課程的主要目的不僅要培養學生具有數控編程的能力,而且要使學生具備數控系統的設計能力,因此教學內容除了要講授數控編程方面的知識,還要講授數控系統原理與結構方面的內容,重點在數控軟硬件設計和進給伺服系統設計。只有根據培養目標的實際需要,確定教學內容,充分體現課程設置的意義,才能為實現專業培養目標發揮作用。

②及時更新教學內容,緊跟數控技術的發展。隨著計算機技術的迅猛發展,數控技術也突飛猛進,而數控技術課程的教材往往不能及時跟上數控技術發展的步伐。所以課程教學中必須不斷擴充新的知識內容。整體內容以最新的編程技術、軌跡控制原理、現代交流數字控制系統為主線。通過新內容的講授使得學生一方面及時掌握新的知識,同時也讓學生感到知識更新速度的迅猛,產生危機感和緊迫感,從而激發學習熱情,提高教學效果。更新內容同時還應刪除過時的內容,比如在講授數控編程時,刪除舊的固定地址編程指令的介紹,注重手工編程的同時,強調自動編程及應用技術,使學生熟悉及掌握自動編程軟件,如CAXA制造工程師、MASTERCAM、UG、PRO/E、CIMATRON、SOLIDEDG等流行軟件;在講授插補原理時,除了講授逐點比較法的插補原理,再介紹一些其他常用的插補算法;再講解進給伺服系統時,結合科研經驗再介紹一些企業中機電一體化設備上常選用的進給伺服系統的配置;講解數控軟硬件裝置時,可分單片機組成的簡單型數控系統和常用較高檔數控機床上使用的數控裝置兩種類型進行講解,以提高針對不同的需求的設計能力。通過更新教學內容,使得課程教學目標更加精要、實用。

(2)重視能力的培養,強化實踐教學

目前,我校在數控技術教學的安排中,理論學時為42,實踐學時為4,這樣的安排對于一門綜合性和實踐性都較強的課程來說,實踐學時所占的比重遠遠不夠;教學中要加強實踐教學所占比例,并使理論教學與實踐教學交叉進行。教學中注重增加綜合性、設計性和研究性的內容,啟發和鍛煉學生的分析問題和解決問題能力。

實踐教學可以不只是體現在課內實驗上,也可以是在金工實習、課程設計、畢業設計等環節中。為使學生對已有知識做到融會貫通,真正讓學生成為主體,實驗設計的一方面是側重數控機床操作和編程的實驗;另一方面是側重數控原理理解的實驗。

2.教材體系

根據教育部“十五”教材改革規劃精神,爭取逐步構建適于新世紀要求的新型教材體系,即由主講教材、主要參考書目(可包括部分外文教材或書刊)、試題庫、多媒體課件、網上資源地址構成的立體式教材體系。主講教材盡量選用教育部推薦優秀教材或獲獎教材,如華中科技大學廖效果編的《數控技術》是高等學校機械設計制造及其自動化專業面向二十一世紀課程教材、哈爾濱工業大學吳永章編的《數控技術》、上海交通大學 吳祖育編《數控機床》都是是公認的比較權威的好教材,比較適合我校學生的使用,可以選擇其一作為主講教材,其他可作為參考書目,再列出一個清單,于開課初向學生公布,指導學生自覺到圖書館查閱相關文獻。

多媒體演示光盤可與機械工業出版社、所選教材發行部及高等教育出版社聯系購買,并結合各自實際自行開發一部分;試題庫也可自行建立或購買;網絡資源可讓學生自己到校園網上查找。

3.授課方式

教學方法與教學手段是教給學生新知識和啟發學生創造性思維的正確手段,所以教學方法改革也是課程改革的重要組成部分。

(1)采用現代化的教學手段

當今科技發展迅速,知識爆炸。各門課程知識量巨增,用傳統方法,在有限學時已無法講授。大力開展CAI 教學,多媒體技術集圖、文、聲、像、動畫于一體。在教學中充分運用它,變靜態為動態、變抽象為具體、變復雜為簡單、變枯燥為生動,以提高學生學習興趣、課堂教學效果和單位時間教學容量。與此同時,發給每個學生講義資料,指出課程講述的基本概念、基本內容、目的和要求。以便學生在課后能很好地消化、吸收,提高教學質量。

但也不能拋棄傳統的教師課堂講授。否則,會變成“拉洋片”,學生跟不上,不理解,效果差。

(2)采用啟發式、討論式、研究式的教學方法

貫徹該教學法首先在思想上給以充分重視,而且要有措施。可以采取以下辦法。

①對講課內容備課的同時,進行教學方法的備課

②采用課堂上與學生互動、啟發、學生自己講解等方法;

③征求同學的意見,改進教學方法;

采用啟發式、討論式、研究式教學方法的目的是激發同學的積極思維,進行主動的學習。課內教師應少講、講精,把核心知識點講透。采取課堂提問、討論、下廠或實驗室參觀、課件與電教片演示、學生講授等方式學習。同時在講授課程內容時,做到學科之間、課程之間相互滲透、相互補充、相互結合。使學生對整個學科有一個全面清楚的認識,有一個系統的知識構架。考核方式也可由平時課堂表現、作業完成情況、期中抽查及期末考試等幾部分共同給出。

三、實踐環節的安排

由于數控技術課程是一門綜合性和實踐性都較強的課程,教學中要加強實踐教學所占比例,并使理論教學與實踐教學交叉進行。實踐環節安排應注重增加綜合性、設計性和研究性的內容,啟發和鍛煉學生的分析問題和解決問題能力。

本校在機電專業相關實驗室有數控伺服控制實驗室、工程訓練中心數控車間,實驗設備主要有:開放式開環數控原理機;自行編制的插補原理仿真軟件;三菱FX2N-20GM定位控制器、MR-E-40A交流伺服放大器、HC-KFE43交流伺服電機、兩軸進給傳動機械系統;數控車削加工中心、數控銑床、數控車床、線切割機;CAXA/V2制造工程師等三維造型軟件。

根據本校機電專業培養目標和本課程的特點,本課程的實踐環節教學在以下幾個環節中體現:(1)課內實驗。(2)金工實習。(3)課程設計。(4)畢業設計。幾個環節的具體考慮和安排如下:

1.課內實驗

課內實驗是整個實踐環節安排的主要環節,本校在課程改革之前總學時數為46,實驗學時為4,課程改革之后,總學時數為46,實驗學時為8。適當增加了實驗學時的比重,但不會影響到課內教學。課內實驗的主要目的在于提高學生對數控系統的認識,掌握數控系統設計的一般方法。主要實驗安排如下:

數控機床操作實驗:2學時;數控插補原理實驗:2學時;開環數控系統原理實驗:2學時;閉環伺服系統設計實驗:2學時。

2.金工實習

針對機電類專業的學生增加較多數控加工的學時,也是輔助數控技術課程教學的有效手段,本校目前在4周的金工實習中安排1周時間的數控加工實踐,其中約3天在各種數控機床上操作,2天做CAXA/V2制造工程師等三維造型軟件或其他CAM軟件培訓,這樣的安排對數控技術課內教學起到了非常有益的補充。

3.課程設計

數控技術課程設計是數控技術課程教學的延伸,學生通過對一個小型開環數控系統的設計,能夠更好得理解和掌握數控系統設計的原理和方法。

4.畢業設計

對一些想進一步深入研究的學生,可以通過畢業設計環節完成一個較大較復雜的數控系統來達到目的,也可以視為數控技術課程的更深入延伸。

四、總結

數控技術課程是機電類專業學生一門重要的技術基礎課程,無論對于從事加工還是從事機床設計都有重要作用。本文結合專業培養目標構建了適合本校的課程教學體系,培養的基本方向是不僅要學生掌握數控編程和數控機床使用,而且需要掌握數控系統的設計;以此對教學內容安排、教材、教學組織、實踐環節安排等進行了重新規劃設計,數控插補、開環閉環數控系統設計相關內容。通過在本校的數控技術課程教學安排中的實踐,這樣的安排學生反響較好,收到了預期的效果。

參考文獻:

[1]廖效果. 數控技術[M].武漢: 湖北科學技術,2006.