數控技術課程教學模式研究

張明德

(重慶理工大學機械工程學院，重慶 400054)

數控技術是指以計算機硬件、軟件、信息存儲與處理、通訊協議、自動控制、檢測技術等為技術基礎，采用某種專用語言編寫的程序對生產過程進行數字化描述，利用計算機或者專用控制裝置的高速高效的信息處理能力實現生產過程的自動化控制。

一、數控技術及裝備在國民經濟中的重要地位

數控技術的發展與應用為傳統制造業帶來了巨大的變化，使得制造業的自動化程度、生產與管理效率、加工制造精度與市場響應能力都有了飛速的進步。數控裝備在航空航天、汽車、能源、船舶、輕工、醫療等重要領域起著日益重要的作用。數控裝備輔以無人小車、自動托盤交換系統、機器人等自動物料傳輸系統以及信息管理系統構成柔性制造系統、計算機集成制造系統等現代化先進制造系統。鑒于數控機床在國民經濟中的重要地位，國家正在實施“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項工程，該專項為現階段實施的十六個國家科技重大專項之一［1］。通過該重大專項的實施重點開發航空航天、船舶、汽車制造、發電設備制造等領域的高檔數控機床，滿足國內主要行業對制造裝備的基本需求。

數控裝備正朝著高速度、高效率、高精度、高可靠性、智能化和節能環保的方向發展。航空、航天、能源等領域高、精、尖復雜產品的加工生產向現代制造工藝、裝備和系統的性能不斷提出挑戰。先進制造技術與數字控制技術的結合在制造工藝、裝備和系統的規劃、操作、控制方面產生了重要影響。制造過程與制造裝備的智能化是將制造活動中的信息感知與處理、知識表達與學習、智能決策與執行的綜合交叉，裝備的智能化主要涉及工況感知與智能識別、性能預測與智能維護、智能規劃與編程、智能控制與伺服驅動。例如在綜合考慮機床、工藝系統和零件材料等因素前提下的加工過程的自適應控制、加工參數的自動優化，以運動軸負載特性自動識別為基礎的智能伺服控制、各種誤差的在線精密測量與補償、裝備運行狀態的智能監控、診斷與維護等。以綠色、智能、超常、融合、服務為主要發展方向的中國制造業對于數控技術提出了更高的要求，為快速發展與進步的數控裝備制造業培養高素質的人才亦是高等院校機械設計制造及其自動化專業理所當然的職責。

二、課程設置

(一)面向實踐能力培養的課程體系設置

數控技術課程體系包括理論課程、實驗課程、課程設計以及綜合實踐，結構體系如圖1所示。課程體系的設置主要以數控機床操作涉及到的各個模塊為單元，在理論課程學習各項數控技術的基礎上，以實驗強化各主要模塊，通過課程設計將各模塊串聯為一個系統。理論課程以數控機床的主要組成部分及數控機床使用、維護為主線組織教學，主要講授:數控加工工藝、車銑鉆數控加工編程、數控機床典型機械結構、CNC插補控制原理、典型CNC控制系統、數控機床伺服系統、數控機床檢測系統、數控機床PLC程序設計、數控機床控制系統設計［2］。數控機床控制系統設計主要講授數控機床控制設計的一般步驟和方法，為數控技術課程設計打下理論基礎。實驗課程主要為學生提供加工編程軟件使用和加工仿真訓練，初步分子系統培養學生對數字控制的認識。實驗課程主要提供VERICUT仿真加工實驗、MasterCAM編程實驗、步進電機控制實驗、交流伺服電機控制實驗、基于運動控制卡的十字滑臺控制實驗。數控技術課程設計以數控機床控制系統為對象鞏固理論課程的學習成果，培養學生的工程應用能力。數控加工綜合實踐主要培養結合加工實際的編程能力以及數控機床操作能力，包括車削加工模擬及實作、銑削加工模擬及實作。

(二)面向項目任務驅動的教學組織方式

教師在教學過程中采用以“項目任務驅動”教學模式的設計教學過程，強化學生的主動學習、激發學生的學習積極性和主動性，并對學生的學習提出明確的要求，并適時進行引導［3］。

1.項目任務的布置

根據不同教學模塊的主要教學內容和難點，提出恰當的任務并事先向學生公布具體要求。任務選擇時應當注意難度適中、學生容易切入，同時便于激發學生的學習積極性，注重培養學生解決問題的能力。

2.知識準備

教師在教學過程中，要向學生講授涉及到該模塊的新知識和新方法，指出該模塊的關鍵問題和難點，并提供必要的資料或者提供查詢相關資料的方法，引導學生理解項目任務。

3.學生提出方案

經過學生充分的思考與討論，結合具體的項目任務要求和現有的技術條件，制定切實可行的實施方案。

4.任務實施

學生根據擬定的實施方案，查找相關資料和手冊，最終完成項目任務。

5.教師課堂點評

隨機抽取某位或者某組同學完成任務的情況，并指定學生公開解釋方案及其實施過程中遇到的問題，教師在此過程中做出分析與點評，讓學生明確自己的優點和不足。教師課堂點評的過程，能夠提高學生對任務的認識水平，深化自己對知識的理解。

三、重視MasterCAM、Vericut等模擬仿真軟件在數控技術課程教學中的應用

數控技術的教學過程較為抽象，學生借助虛擬現實技術可以加深對相關知識的認識和理解。面對日益增加的學生數量和有限的數控機床這一現狀，教師需要轉變教學理念，開拓教學思路。利用計算機虛擬現實技術，借助仿真加工技術和相關軟件，在計算機上進行編程聯系和模擬仿真。學生通過演示可以非常直觀地觀察到程序運行結果，有利于提高學生動手能力同時有效減少數控機床硬件投入［4］。

MasterCAM是一款集成了CAD/CAM兩大功能的軟件系統，把2D/3D幾何造型、曲面設計、數控編程、刀路軌跡模擬等功能于一體。VERICUT采用虛擬現實技術，驗證和檢驗CNC程序可能存在的碰撞、干涉、過切、欠切、切削參數不合理等問題，能夠精確模擬仿真各類數控機床和主流數控系統，提供仿真加工后產生的結果參數、輸出過程測量草圖和表格，以及特征尺寸和公差，能對設計模型和VERICUT模擬后的制造模型進行比較。用戶可以構建自己的數控機床，有利于學生加強對數控機床結構的理解和機床運動關系的分析。

四、結束語

對數控技術課程來說，按照理論學習與實踐訓練相結合的思路設置模塊式的教學內容，按照項目任務驅動的方式組織教學工作，教學工作中注重采用專業CAM軟件以及加工模擬仿真軟件，能夠明顯提高教學效果。

［1］ 中國機械工程學會.中國機械工程技術路線圖［M］.北京:中國科學技術出版，2011:8.

［2］ 鄧嫄媛.數控技術教學體系建設初探［J］.成都大學學報:教育科學版，2008(4):45.

［3］ 葉邦彥，劉建萍，張承忠，等.面向數控技術課程的創新教學模式研究［J］.現代教育技術，2010(11):140.

［4］ 劉有余，許德章.本科“數控技術”精品課程建設實踐探索［J］.山西廣播電視大學學報，2011(11):54.

(責任編輯 周江川)