基于電主軸的機(jī)電一體化項(xiàng)目教學(xué)初探

曹志鴻

摘 要 本文圍繞機(jī)電一體化中高職貫通專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與課程體系，初步探索了基于電主軸這一數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件的項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)，分析了電主軸部件所承載的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了核心課程的項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，為機(jī)電一體化專業(yè)課程建設(shè)提供了一個(gè)有益的項(xiàng)目教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞 項(xiàng)目教學(xué) 機(jī)電一體化專業(yè) 電主軸 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.06.044

Exploration of Mechatronics Project Teaching Based on Electric Spindle

CAO Zhihong

（Shanghai Technician School， Shanghai 200437）

Abstract Focusing on the training objectives and curriculum system of the penetrating specialty in Mechatronics， this paper preliminarily explores the project teaching design based on motorized spindle， which is the key functional component of CNC machine tools， analyses the professional knowledge points carried by motorized spindle components， designs the project teaching content of the core course， and provides a beneficial project teaching reform thought for the course construction of Mechatronics specialty.

Keywords project teaching； Mechatronics； electric spindle； teaching design

0 緒論

項(xiàng)目教學(xué)有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有利于學(xué)生理論與實(shí)踐知識(shí)的融合學(xué)習(xí)，有利于提高教學(xué)效果與教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，有利于學(xué)以致用，反哺理論知識(shí)的深度獲取。然而，項(xiàng)目教學(xué)中起引領(lǐng)、貫穿教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與內(nèi)容重要作用的“項(xiàng)目”的確定，并非易事。選取合適作為課程教學(xué)的項(xiàng)目，需要具有如下特點(diǎn)：一是項(xiàng)目應(yīng)具有集課程各知識(shí)點(diǎn)的典型性、代表性，二是項(xiàng)目技術(shù)內(nèi)容應(yīng)是教師能夠嫻熟駕馭和掌握的，三是項(xiàng)目應(yīng)具有企業(yè)實(shí)踐應(yīng)用性，四是項(xiàng)目應(yīng)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性或時(shí)代性。需要教師、教研團(tuán)隊(duì)、專業(yè)建設(shè)與項(xiàng)目開發(fā)小組去企業(yè)、去科研院所去挖掘、去海選。

電主軸（ElectricSpindle，Motor Spindle）是近些年來在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。它包括電主軸本身及其附件：高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等，是典型的機(jī)電一體化功能部件。電主軸融合“機(jī)”和“電”代表性知識(shí)點(diǎn)于一體，具技術(shù)先進(jìn)性、企業(yè)實(shí)踐性，是機(jī)電一體化專業(yè)項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)施良好的載體，可確立為機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)典型項(xiàng)目。本文基于電主軸這一功能部件進(jìn)行機(jī)電一體化項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)探索。

1 機(jī)電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)

1.1 培養(yǎng)目標(biāo)

機(jī)電一體化專業(yè)將機(jī)械、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合在一起，涉及現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)、通信技術(shù)、檢測(cè)控制等學(xué)科領(lǐng)域。我校機(jī)電一體化中高職貫通專業(yè)主要培養(yǎng)在生產(chǎn)、服務(wù)一線能從事以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)字控制工業(yè)裝備的安裝、調(diào)試、檢測(cè)和維修等工作，具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ母叨思夹g(shù)技能型人才。培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)知識(shí)上掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)、電氣控制及PLC控制、電機(jī)調(diào)速、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)械裝配等知識(shí)，在職業(yè)能力上具有機(jī)床電氣控制電路設(shè)計(jì)與維護(hù)、機(jī)電設(shè)備（包括數(shù)控機(jī)床）裝調(diào)與維護(hù)等能力。

1.2 課程體系

機(jī)電一體化專業(yè)圍繞機(jī)電一體化設(shè)備安裝與調(diào)試、運(yùn)行與維護(hù)等方面高端應(yīng)用性專門人才所需要的知識(shí)和能力組織教學(xué)，整合理論與實(shí)踐知識(shí)。課程體系分為基礎(chǔ)、機(jī)械、電控、機(jī)電綜合以及數(shù)控維修等五大模塊課程。除語數(shù)外、計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)能力模塊課程外，專業(yè)能力模塊課程設(shè)置見表1所示。該課程體系體現(xiàn)為以機(jī)械技術(shù)為基礎(chǔ)、電氣控制為核心、重點(diǎn)在機(jī)電設(shè)備維護(hù)與維修技術(shù)上，其中，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、PLC技術(shù)與應(yīng)用、傳感器技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)與控制、數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修等課程之間具有較強(qiáng)的銜接與遞進(jìn)關(guān)系，需要有一個(gè)實(shí)體項(xiàng)目作為載體將這些課程的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合與串聯(lián)起來，使學(xué)生學(xué)以致用，學(xué)習(xí)的理論知識(shí)有的放矢，在項(xiàng)目載體上做深入實(shí)踐，反哺、提升理論認(rèn)識(shí)。

表1 機(jī)電一體化中高職貫通專業(yè)能力模塊課程設(shè)置

2 項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)初探

為落實(shí)課程體系的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施，采用“項(xiàng)目引導(dǎo)+任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法，以典型產(chǎn)品為載體，設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)；將典型的機(jī)電結(jié)構(gòu)及其維護(hù)維修案例嵌入到課程的項(xiàng)目教學(xué)中。

電主軸作為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要功能部件（其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示），它蘊(yùn)含電機(jī)拖動(dòng)與控制、變頻調(diào)速技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)、工程圖識(shí)讀與繪制等機(jī)電一體化專業(yè)課程的諸多知識(shí)點(diǎn)，融合高速軸承、高速電機(jī)、冷卻和潤滑、內(nèi)置脈沖編碼器、自動(dòng)換刀裝置、高速刀具裝卡以及高頻變頻裝置等技術(shù)。本機(jī)電一體化項(xiàng)目教學(xué)確定電主軸這一典型機(jī)電產(chǎn)品作為專業(yè)課程體系的項(xiàng)目載體，科學(xué)設(shè)計(jì)子任務(wù)，達(dá)成相應(yīng)的理論與技能教學(xué)目標(biāo)。此方案既具有技術(shù)先進(jìn)性，又具有企業(yè)應(yīng)用與實(shí)踐價(jià)值，對(duì)于教師能力的自我提升及其教育教學(xué)改革實(shí)施都是良好的項(xiàng)目載體。

電主軸項(xiàng)目教學(xué)初步設(shè)計(jì)思路如圖2所示。在“工程圖識(shí)讀與繪制”中完成電主軸功能及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)知教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)識(shí)讀并繪制電主軸部件的裝配圖，能夠根據(jù)裝配圖繪制其主要零件的二維圖。在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中，完成軸類零件、軸承、殼體、潤滑與冷卻裝置、刀具裝卡等零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)，使學(xué)生掌握電主軸部件中各零部件的結(jié)構(gòu)特征與設(shè)計(jì)要求。在“電工電子技術(shù)”課程中讓學(xué)生能夠理解電路原理，看懂電子電路接線圖。在“電機(jī)拖動(dòng)與控制”課程中，完成電機(jī)原理與電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)講授，使學(xué)生掌握電主軸的“機(jī)”“電”合二為一的技術(shù)內(nèi)涵，同時(shí)在課程中嵌入變頻調(diào)速技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生理解變頻調(diào)速技術(shù)原理及其在主軸快速啟停調(diào)速控制中的實(shí)際應(yīng)用。深入的子任務(wù)內(nèi)容提煉與設(shè)計(jì)將在后續(xù)研究中完成。

3 結(jié)語

本文初步探索了基于電主軸這一關(guān)鍵的數(shù)控機(jī)床功能部件的項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)，較為深入地分解了電主軸部件蘊(yùn)含的各知識(shí)點(diǎn)，聯(lián)系課程體系，設(shè)計(jì)了核心課程的項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，為機(jī)電一體化中高職貫通專業(yè)課程建設(shè)提供了一個(gè)有益的項(xiàng)目教學(xué)改革思路。

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