《數控機床加工》實訓課程教學方法研究

郝興安++馮博++周俊波

摘 要：數控機床加工是一門跨學科專業的公共實踐教學課程，課程涉及的知識面廣，理論與實踐緊密聯系，采用傳統的教學模式難以實現對學生知識綜合應用能力、實踐操作能力和創新能力的培養與提升。在實踐教學中，采用分層教學、理實一體化、雙師制、項目驅動等教學方式，彌補傳統教學中存在的不足和問題，激發學生的學習興趣，培養了學生的工程實踐能力和創新能力。

關鍵詞：數控機床加工 實踐教學 教學改革

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0222-03

Abstract： Numerical control machine tool processing is an interdisciplinary professional public practice teaching course， the course involves a wide range of knowledge， theory and practice are closely linked.It is difficult to train and promote the students comprehensive application ability， practical operation ability and creative ability by using the traditional teaching mode.The stratified teaching， integration of theory and practice， dual teacher system， project driven teaching methods have been adopted in practice teaching. The shortcomings and problems in traditional teaching have been overcome， and students interest in learning has been stimulated. Students engineering practice ability and creative ability are trained.

Key Words： Numerical control machine； Practice teaching； Teaching reform

隨著信息技術向制造技術的注入和融合，促進了制造技術向精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發展。數控技術是先進制造技術的基礎，數控加工課程即是以機械類和近機類學生為基本對象的一門跨學科專業的公共實踐教學課程。課程涉及微電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、力學、電學及機械學等多學科，理論與實踐緊密結合；學生通過參加數控車、數控銑/加工中心、數控電火花線切割等實驗課程，綜合運用《機械制圖》《機械加工工藝學》《材料學》等知識內容，完成待加工零件從圖紙到產品成型的加工過程，培養學生工程實踐能力、工程意識、創新意識和創新能力。本文從《數控機床加工》課程的教學特點出發，分析了當前課程教學中存在的一些問題，從而優化理論教學內容、改進教學手段，提高學生的實踐能力、創新能力。

1 數控機床加工課程教學現狀

目前，我國高校《數控機床加工》課程的教學模式“以教師為中心”，忽視了學生的主體地位，學生被動接受知識；教師講解與演示后，學生照著教師的方法重復加工樣件，學生無法深入地掌握現代化的制造技術。實訓教學中學生多設備少，學生動手操作數控機床的實習時間短，難以提高學生的工程實踐能力。理論與實踐教學分開。先進行數控機床編程理論教學，然后集中進行實踐性環節教學。理論與實踐教學各自獨立，互不干涉。學生在理論知識學習時，沒有感性認識，對各種編程指令、編程方法理解較困難；而在實踐教學時，實訓老師還需要花時間再次講解已經學過的理論知識。總之，《數控機床加工》實訓教學面臨著一些問題，導致學生對課程缺乏興趣，限制了學生的主觀能動性，需要轉變其教學模式，提高機械工程訓練實踐教學的效率和質量。

2 數控機床加工教學模式的改革途徑

2.1 編寫專用實習教材和實習訓練指導書

各學校機械工程訓練中心的數控機床種類和訓練項目差別較大，數控機床實習教學中沒有相對統一的實習教材和實訓指導書；因此，根據本校實際情況編制專用的配套實習教材和實習指導書，以適應教學的需要。實習教材內容包括：機械制圖、金屬工藝、切削原理與刀具、公差與配合、測量工具、機床結構與原理、數控加工編程基礎、CAD/CAM軟件、仿真軟件、特種加工、增材制造等，內容豐富詳實，便于學生自學和拓展知識面。實習指導書簡明扼要、突出重點、一目了然，主要包括：各實訓項目任務目標和內容、各機床的安全操作規程、具體操作步驟和方法、使用中的相關注意事項、各項目的實習報告等，以利于學生有效地掌握和運用所學知識。

2.2 分層次教學

在教學上，遵循由易到難、由單項實踐到綜合實踐這一規律，實行分層次教學，分為基本技能訓練、綜合技能訓練和創新實踐訓練；學生必須完成基本技能訓練方可進入后一階段。

（1）基本技能訓練。

基本技能訓練的教學目標是：使學生理解機床的安全操作規程，熟悉數控機床的操控面板，掌握機床的基本操作、工件裝夾、對刀和建立工件坐標系的方法，了解數控基本編程指令并能手工編寫簡單零件的加工程序，能夠獨立完成簡單零件的加工。學生剛開始學習數控機床操作，對機床不了解，容易產生一些誤操作；教師需先集中講解、示范和分析操作程序，明確正確操作動作，讓學生領會并掌握其操作要領；然后學生進行模仿操作訓練，前一位同學操作練習時，后一位同學在一旁觀察；后一位同學操作時，前一位同學在旁邊進行觀察、監督和指導，以此加深印象。在此過程中，教師要及時糾正學生錯誤操作，邊講邊練，要求“學生人人過關”，確保每位同學都熟悉機床操作。endprint

（2）綜合技能訓練。

綜合技能訓練的教學目標是：培養學生綜合應用知識的能力。在完成基本技能訓練后，學生對真實的機床有了初步的了解，并掌握了基本編程指令及方法；在綜合技能訓練中引入CAD/CAM（如CAXA、UG、Pro/E、Master-CAM等）和數控仿真軟件（如斯沃數控加工仿真軟件、宇龍數控加工仿真等）。

教師采用案例教學法，演示講解應用CAM軟件進行零件的三維造型建模、加工方法設定、刀具及切削參數選擇、刀具軌跡生成、數控加工程序生成、零件模擬加工的步驟和方法；然后給學生指定一個中等復雜程度的零件圖，要求學生完成從CAM零件建模到機床實際零件加工的整個流程，掌握零件的設計、加工、檢驗中的相關技能。

數控加工仿真軟件通過音效模擬和聲像演示，讓學生體會到親臨其境的感覺；可以模擬一些常見數控系統（如FANUC系統、SIEMENS系統、三菱系統、大森系統、華中數控系統、廣州數控系統）的數控車床、數控銑床及加工中心的操作，實現數控機床的加工全過程仿真，包括定義毛坯、設定刀具、基準測量、設定工件坐標系、代碼處理、面板操作、測量、自動加工。依托數控加工仿真軟件，學生通過在PC機上操作該軟件，能在短時間內掌握數控機床的操作，可導入手動編程或CAD/CAM軟件生成的數控程序，仿真加工，進行數控程序預檢查和運行中的動態檢查。通過學習CAD/CAM和數控加工仿真軟件，提升了學生的學習效率和對所學課程的積極性，解決了數控實訓教學中學生多設備少，數控機床的先進性和品種不夠這一難題。

（3）創新實踐訓練。

創新實踐訓練的教學目標是：提高學生學習興趣，培養學生創新意識和能力。讓學生根據機床和刀具的加工范圍，發揮學生的個人想像力，每個項目組自行設計加工一個自己喜愛的零件；指導教師要認真審核設計的可行性，對存在的問題予以指導；然后由同學自行制定加工工藝、編制零件加工程序并加工出自己設計的零件。學生經歷了從圖形到工件的工程實踐過程，在此過程中學生獲得了成就感，激發學生獨立創造積極性，從而培養良好的創新能力和實踐動手能力。

2.3 “安全第一，嚴守紀律”

牢固樹立“安全第一，嚴守紀律”觀念。作為理論與實訓相結合的課程，學生之前很少或從未接觸過機械設備，在教學過程中存在很多安全隱患。例如，部分學生自控能力較弱、好奇心強，擅自搬動或按下不熟悉的機床的手柄或按鈕；個別同學組織紀律差，在實訓車間內嬉戲打鬧或私自離開實訓崗位；機床數量有限，多個學生共用一臺機床，可能導致多個學生同時操作機床。教師講第一堂課時，必須對學生開展集中的安全教育，利用多媒體列舉安全事故典型案例，使學生了解安全事故的嚴重性和危害性；逐條講解所學工種的特定安全操作規程和注意事項，每位同學都應簽署“安全操作承諾書”。老師給學生講解示范機床正確操作方法時，須對一些安全隱患加以強調，講解誤操作機床的危害，提醒同學注意。學生操作機床時，老師要巡回指導，發現問題應及時糾正；確保學生人身和設備的安全。充分利用實踐課的機會和手段，鍛煉學生的安全意識，提高學生的紀律性。

2.4 理論與實踐教學一體化和“雙師制”相結合

打破原有的課程界限，把以前單獨設立的《數控機床編程》理論課與《數控機床操作》實踐課整合成《數控機床加工》實踐課程，內容包括：數控機床編程、CAD/CAM軟件應用、數控機床結構和原理、數控機床（數控車、數控銑、加工中心、數控線切割、數控電火花成型等）操作和快速制造技術等。根據各個知識模塊教學的需要，設計實踐與理論融合的方式以及融合的比例。把理論課堂搬到實訓室，直接在實訓室講授理論，理論內容可以及時通過機床演示其作用，學生馬上就理解了原來難以理解的理論知識；便于學生理解和掌握各種編程指令、編程方法；在實踐操作過程中，需進行理解的，馬上進行理論講解。教師與學生通過“邊教、邊學、邊做”來完成教學過程，讓學生在生產環境中進行綜合性的技術訓練，在生產實踐過程中發現問題、思考問題、分析問題、解決問題，充分調動學生的積極性與主動性。

“雙師制”是指原來負責分別理論與實踐不同教學任務的教師共同負責完成課程教學，兩位教師共同協調理論和實踐教學內容和方法。學生直接接觸感性知識，確保理論與實踐知識的連貫性，避免理論與實操課之間知識的重復，減少理論講課時間，增加了學生機床操作訓練時間。在學生操作機床時，理論教學教師還可輔助實踐教學教師做好對學生的指導和監督作用；并能及時了解學生對理論知識的掌握情況，解答學生的疑問。

2.5 應用項目驅動教學法

教學過程中“以學生為中心”，教師承擔幫助者的角色，利用協作式學習模式，充分發揮學生的主體性和和創造性。依據實習項目機床數量，把同學分成若干小組，每組一臺機床。小組內部選舉產生組長，負責整個項目的實施工作。項目開始階段，教師起主導作用，幫助學生理解項目目標所在，找出解決問題的方法。由于多位同學共用一臺機床，實際操作過程中往往是少數學生在完成任務，剩余學生無事干，學生參與度和積極性較低；因此要細化工作目標和任務，把“項目”進一步分解成相互關聯的“微項目”，確保每位同學都有任務。例如，按機床操作流程把任務分為機床開機準備、工件裝夾、刀具選擇與安裝、對刀和工件坐標系建立、程序傳輸與試運行校驗、零件加工與測量檢測等，按零件加工程序編制流程把任務分為制定加工工藝、刀具及切削參數選擇、程序編制、程序模擬加工與校驗等。以此提高學生整體參與程度和積極性，讓學生團隊合作共同完成任務。實踐過程中，教師主要檢查項目的進展情況，注意觀察學生的操作，及時發現學生在此過程中存在的問題，針對項目實踐過程中的難點問題，進行輔導、解釋，對于共性問題則以集中授課的形式講解。實踐完成之后，教師對項目完成情況及時點評分析。

2.6 合理利用零件加工時間

在數控銑床或加工中心上完成零件加工的時間一般較長，有時需要幾小時或半天以上。在長達數小時甚至半天的時間里，多數學生無事可干，在車間里追逐、嬉鬧，產生懈怠。應利用好這段時間，讓學生有“事情”做。教師可以依據課程內容和學生的專業培訓要求，結合學生的專業特點講解該專業相關的知識在數控機床上應用的情況（如針對于機械類或近機械類專業講解機床機械結構、傳動方式和原理、精密機械技術、機床的加工能力等，針對電氣類專業講解機床的電氣部件功能、自動控制技術、PLC和伺服控制，針對計算機或信息類專業講解機床的數控系統、微電子技術，針對材料類專業講解刀具與被加工材料的知識等），滿足學生專業培養的要求；也可結合多媒體演示和講解數控機床的應用、發展趨勢和新興先進制造技術等，使學生了解最新的科技成果，掌握最新科學技術的動向。

3 結語

在《數控機床加工》課程的教學中應緊跟現代制造業的發展趨勢，不斷完善更新課程的教學內容，注重多學科知識的綜合應用。針對不同專業和層次學生的特點，采取靈活多樣的現代教學手段和教學方法，激發學生自主學習的興趣，提高學生的工程實踐能力、知識綜合應用能力、創新能力和團隊協作能力，鍛煉學生吃苦耐勞和遵守紀律的思想品德。為學生學好后續專業課程和以后走上工作崗位打下堅實的基礎。

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