《數(shù)控原理與系統(tǒng)》的課程實(shí)踐教學(xué)模式

郝文莉

摘 要：《數(shù)控原理與系統(tǒng)》作為數(shù)控技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課程，與學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)與教學(xué)質(zhì)量息息相關(guān)。主要針對(duì)《數(shù)控原理與系統(tǒng)》的課程教學(xué)改革制訂了實(shí)踐教學(xué)模式，建立了實(shí)踐平臺(tái)，重編了教材并設(shè)計(jì)了綜合性實(shí)驗(yàn)，以促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：數(shù)控原理與系統(tǒng)；課程實(shí)踐；教學(xué)模式；實(shí)驗(yàn)課程

中圖分類號(hào)：TG659-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.134

數(shù)控機(jī)床作為一種現(xiàn)代化的機(jī)械加工設(shè)備，融合了當(dāng)今許多最先進(jìn)的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。而高校開設(shè)《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程的目的就是讓學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床的工作原理，部分高校還將重點(diǎn)偏向于實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的高度統(tǒng)一，便于學(xué)生快速掌握知識(shí)。

1 《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程概述

《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程主要講解數(shù)控系統(tǒng)的基本概念和分類，并介紹了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。待學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)后，則開始介紹數(shù)控系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償原理與插補(bǔ)原理、數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)要介紹數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)與控制、目前常用數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理等。

2 開展課程實(shí)踐教學(xué)的必要性

課程實(shí)踐教學(xué)是一種全新的教學(xué)方式，其基礎(chǔ)學(xué)習(xí)方式是實(shí)踐性學(xué)習(xí)，具有很強(qiáng)的研究性、實(shí)踐性和生活性。對(duì)于《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程來(lái)說(shuō)，該課程的理論性較強(qiáng)，尤其與工程實(shí)踐密切相關(guān)，大部分學(xué)生在教學(xué)中會(huì)產(chǎn)生煩悶和枯燥等不良情緒，不會(huì)將所學(xué)專業(yè)知識(shí)與市場(chǎng)數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，從而造成理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，因此有必要開展課程實(shí)踐教學(xué)，除了能提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力外，最重要的是與高校培養(yǎng)高級(jí)數(shù)控工程應(yīng)用型人才的目標(biāo)一致。

3 課程實(shí)踐教學(xué)模式探析

3.1 建立實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

《數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程教學(xué)用的實(shí)驗(yàn)裝置在市場(chǎng)上還并不多見，大部分高校為完成數(shù)控原理部分的實(shí)驗(yàn)，都采用了單片機(jī)。但不太直觀的匯編語(yǔ)言編程讓學(xué)生在為數(shù)不多的實(shí)驗(yàn)課上驗(yàn)證編程數(shù)控原理難度很大，降低了實(shí)驗(yàn)效果。針對(duì)上述現(xiàn)象，高校可研制開發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，例如某高校在1999年研制出基于PC總線而采用上下位機(jī)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及相應(yīng)的數(shù)控原理，其中，下位機(jī)小型銑床的控制和信息的轉(zhuǎn)發(fā)，并采用C語(yǔ)言處理人機(jī)界面和實(shí)驗(yàn)功能的計(jì)算。學(xué)生還能利用該自制教儀較容易地完成教學(xué)大綱制訂的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。但近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)地也帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)內(nèi)部的改變，其中，變化最大的就是PC總線的升級(jí)，以往商用機(jī)中使用的PC總線逐漸減少，目前較為流行的Windows環(huán)境兼容性較差，主要是因?yàn)槠涫荄OS環(huán)境下開發(fā)的實(shí)驗(yàn)軟件。圖1為某高校建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它是基于P C I總線通用接口卡，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部插入一塊通用型PCI接口卡PCI-7483后經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)的單元控制小型實(shí)驗(yàn)銑床。

在VC++6.0環(huán)境下，計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)各功能模塊、人機(jī)交互及處理數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，最終結(jié)果為子程序方式經(jīng)調(diào)用PCI卡自帶的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)直接傳輸給PCI-7483，之后經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)后

對(duì)小型實(shí)驗(yàn)銑床的相應(yīng)部件進(jìn)行控制。PCI-7483接口卡的硬件資源有16路開關(guān)量輸入通道、12位16路A/D轉(zhuǎn)換通道、3路定時(shí)中斷/光隔脈沖計(jì)數(shù)器及8位4路D/A轉(zhuǎn)換通道等。上述硬件資源基本可以滿足數(shù)控原理教學(xué)內(nèi)容中關(guān)于數(shù)控機(jī)床開關(guān)量和模擬量的控制要求，它在被控對(duì)象與計(jì)算機(jī)二者之間形成一種交換作用。機(jī)床操作面板指實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)外還包括機(jī)床內(nèi)部一些主要狀態(tài)的顯示，主要目的在于方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能直觀地觀察系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果。上述實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)主要由面板1和面板2組成，其中，1多用于工作方式設(shè)置、主軸控制、手動(dòng)控制、電源開關(guān)、手搖脈沖發(fā)生器輸入及緊急停控；2主要用于將坐標(biāo)軸位置信息和其他開關(guān)狀態(tài)準(zhǔn)確地顯示出來(lái)。其中，開關(guān)量控制在一定程度上能實(shí)現(xiàn)接口卡面板開關(guān)信息和機(jī)床本體的傳輸與控制。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖

3.2 基于實(shí)踐設(shè)備建立立體化教材

當(dāng)前《數(shù)控原理與系統(tǒng)》教學(xué)采用的教材理論內(nèi)容占據(jù)了70%左右，再加上理論內(nèi)容與學(xué)校實(shí)踐設(shè)備根本不相符。所以要組織有經(jīng)驗(yàn)的教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)模塊化的思想重新編寫教材，將陳舊、無(wú)實(shí)用價(jià)值和計(jì)算復(fù)雜的內(nèi)容刪掉，強(qiáng)調(diào)數(shù)控原理及系統(tǒng)的新工藝、新技術(shù)、新知識(shí)結(jié)合實(shí)際操作，從而體現(xiàn)教材的前瞻性和先進(jìn)性，促進(jìn)一體化教學(xué)的實(shí)現(xiàn)。此外，在編寫實(shí)踐指導(dǎo)書時(shí)，應(yīng)參照教材的內(nèi)容設(shè)置，結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備資源及理論設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。主要教學(xué)內(nèi)容包括硬件、系統(tǒng)連接、數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給參數(shù)的設(shè)置、刀具補(bǔ)償原理、坐標(biāo)軸的參考點(diǎn)、進(jìn)給系統(tǒng)控制特性的調(diào)整、主軸齒輪變速與主軸準(zhǔn)停等。實(shí)踐指導(dǎo)書的編制建立在理論與實(shí)踐相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上，目的在于讓學(xué)生通透了解理論知識(shí)后將其用于分析和解決與數(shù)控系統(tǒng)及技術(shù)有關(guān)的現(xiàn)實(shí)問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)與用的高度結(jié)合。

3.3 綜合性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

一般只有在完成理論教學(xué)后才會(huì)開展數(shù)控原理與系統(tǒng)的綜合性實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生進(jìn)一步了解數(shù)控系統(tǒng)的組成，掌握課程的基本內(nèi)容和系統(tǒng)的控制原理。還可通過(guò)調(diào)試與設(shè)計(jì)掌握各種功能的實(shí)現(xiàn)方法，培養(yǎng)其工程意識(shí)和系統(tǒng)意識(shí)。雖然常規(guī)實(shí)驗(yàn)課題和綜合性實(shí)驗(yàn)課題是相同的，但二者有不一樣的難度要求與側(cè)重點(diǎn)。對(duì)于后者，教師只需準(zhǔn)確下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，由學(xué)生自己查閱資料文獻(xiàn)，制訂方案，選擇、設(shè)計(jì)、調(diào)試程序模塊并分析最終結(jié)果即可。大部分學(xué)生在看到自己得出的結(jié)果后都會(huì)萌生一種強(qiáng)烈的成就感，為后續(xù)系統(tǒng)操作實(shí)習(xí)增添信心。一般數(shù)控系統(tǒng)操作實(shí)習(xí)包括點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng)、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)與控制、數(shù)控加工程序的譯碼與診斷、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算、數(shù)控機(jī)床主軸控制、數(shù)控系統(tǒng)位置環(huán)設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床開關(guān)量信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)連續(xù)數(shù)控系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，《數(shù)控原理與系統(tǒng)》的課程實(shí)踐教學(xué)模式集中在建立實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、基于實(shí)踐設(shè)備建立立體化教材及綜合性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)方面，讓學(xué)生在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)學(xué)與用的高度結(jié)合，準(zhǔn)確用于與數(shù)控系統(tǒng)及與技術(shù)有關(guān)的現(xiàn)實(shí)問題中，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]孟書云，高世平，李宏勝，等.數(shù)控原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011（01）：67-69.

[2]張亞萍.《機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探討[J].泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（02）：41-43，60.

〔編輯：王霞〕