基于能力提升的《數控機床裝調與維修》課程改革

梁國勇

(天津工業職業學院，天津300400)

0 引言

數控機床因加工精度高、 效率高和靈活性高，在機械加工行業包括冶金行業得到廣泛的應用。 企業配備數控機床裝調維修人員將大大提高數控設備的使用效率。 數控機床裝調維修工是一個技術含量要求較高的工種， 它要求操作者能夠讀懂機械、電氣圖紙，具備數控機床裝配工藝知識，熟知數控機床精度檢測的方法，能夠診斷并排除數控機床的故障，同時具有質量意識、安全操作意識。 隨著數控機床在企業中的廣泛使用，數控機床裝調維修工崗位需求越來越多。 而在企業中，培養一名成熟的數控機床裝調維修工需要至少五到十年的時間，這就大大降低了工作效率和生產效率。 如果在學校的教育中，能夠培養學生具備較全面的數控機床裝調維修技能，將縮短學生對崗位的適應期，更好地為社會服務。

2019 年政府工作報告中明確要求加快建設制造強國，正式提出“智能+”的重要戰略：深化大數據、人工智能等研發應用。 打造工業互聯網平臺，拓展“智能+”，為制造業轉型升級賦能。 這就意味著新一代的數控機床不在是簡單的“機床+電腦”，而是數字化、網絡化、人工智能與數控機床深度融合的“智能+機床”， 由此對數控機床裝調維修人才提出了更高的要求。 本文通過融合信息技術，對《數控機床裝調與維修》課程進行深入的改革，有效地促進了學生對知識技能的掌握。

1 基于能力提升的教學設計

1.1 《數控機床裝調與維修》課程主要內容

《數控機床裝調與維修》是我院數控技術專業的核心課程，專業的綜合能力要求較高，包括數控機床機械部件裝配與調整， 數控機床電氣裝調，數控機床機電聯調，數控機床故障診斷與維修四部分內容。

在數控機床機械部件裝配與調整模塊，學生需要掌握零件圖試讀、公差配合與技術測量、材料及其性能、工量刀具等機械加工基礎知識，數控機床的基本組成、主要機械結構、數控原理及系統等數控機床基本知識。 在數控機床電氣裝調模塊，學生需要掌握電路原理、電氣元器件特點及功能、伺服系統、PLC 技術等數控機床電氣知識。在數控機床機電聯調模塊，學生需要掌握常用的裝配方法、機床調試方法、機床參數設置與修改等數控裝調與調試的技能；熟悉常用的檢測設備及方法，機床性能評價等數控機床的性能與精度檢驗。 在數控機床故障診斷與維修模塊，學生需要掌握常用的故障診斷方法、機床的機械維護與電氣維護方法等數控機床的故障診斷與維修知識。 另外學生還應了解高速切削、精密加工、快速成型等新技術、新工藝、新設備等內容；具備安全文明生產與環境保護知識、職業道德基本知識。

專業課程前期開設《機械制圖與CAD》、《公差配合與測量》、《機械制造工藝與實施》、《電工與電子技術》、《數控機床機械結構》、《數控機床電氣控制技術》等課程，讓學生具備專業基本能力，在《數控機床裝調與維修》課程中，結合企業實際生產案例，培養學生合理應用先進技術、軟件、儀器設備，掌握數控機床維修人才綜合知識和技能，具備安全文明生產的職業規范。

1.2 《數控機床裝調與維修》課程教學設計

在《數控機床裝調與維修》課程教學設計中，對四個模塊采用情境教學，模擬企業操作規范，選用典型數控機床分別進行機械裝調、電氣裝調、機電聯調和故障診斷。 充分應用數控機床裝調維修軟件、視頻、圖片等信息技術手段，讓學生對數控機床主軸箱、滾珠絲杠、刀架、尾座、十字滑臺等典型部件進行機械裝調，學習數控機床數控系統、伺服進給系統、主軸系統、輔助裝置的電氣連接，數控機床基本參數的設定、進給系統參數的設定和參數的備份；PMC 梯形圖的修改， 根據梯形圖進行數控機床的故障診斷；正確處理主軸拉不緊刀具故障、主軸旋轉時有異響故障、鉆孔時X 向尺寸不準故障和機床運動時X 軸有異響故障； 系統開機急停故障診斷；伺服軸跟蹤誤差過大報警故障診斷；車螺紋亂牙、節距不準故障等。 具體如表1 所示。

表1 《數控機床裝調與維修》課程教學設計

2 基于能力提升的課堂教學

在《數控機床裝調與維修》課題教學中，采用咨詢、決策、計劃、實施、檢測與評估、總結與提高六步教學法。 以下主軸拉不緊刀具為例展示課堂教學。

(1)咨詢 采用企業實際案例將問題引出。 大連機床廠生產的VDF850 加工中心，數控系統FANUC 0i MC，在換刀過程中，出現主軸拉不緊刀具，經常掉刀的情況，要求分析故障原因，完成故障排除。

(2)決策 首先分析完成該任務所需的條件：數控機床維修軟件、教師講授/演示指導、訓練項目相關資訊等。 第二分析所需要的知識與技能，需要掌握數控機床主軸箱結構；了解拆卸工具的結構原理并正確使用；能夠根據故障現象，合理判斷故障原因，掌握故障排除方法；準確做好相應的記錄。 最后用問題引導法解決知識問題，操作演示法指導學生的技能訓練， 訓練學生查閱數控機床的使用說明書，收集資料、并分析與整理。

表2 工作日志

表3 任務一評價表

(3)計劃 教師對相關知識進行引導和講授45分鐘； 教師操作演示30 分鐘； 學生操作與訓練45分鐘；學生操作/演示與評估10 分鐘；提問與討論5分鐘。

(4)實施 實施過程中，要求安全、有序、高效、規范、整潔地完成操作與訓練。 指導教師引導學生操作規范，分組實施，團隊合作；儀器及設備的操作與管理有序、到位。 完成對故障現象、維修過程、維修結果工作日志的記錄，如表2 所示。 主軸拉不緊刀具故障排除具體操作：

①檢查打刀缸動作是否正確，是否主軸拉不緊刀具， 掉刀。 機床通電， 在MDI 方式下， 輸入T3 M06；點擊循環啟動，觀察到主軸拉不緊刀具，出現掉刀的現象。

②經檢查打刀缸動作正確，然后修理零件。 鼠標點擊打刀缸，出現修理零件界面，進行故障零件的排除。

③由此判斷電氣控制部分無故障，進行逐步排查。 依次檢查帶輪緊固螺母，帶輪螺母，帶輪隔圈、帶輪、后軸承防松螺母，后軸承擋圈、后端蓋、后軸承、襯套、端面鍵、前端蓋、主軸箱體、前軸承防松螺母、前軸承擋圈、前軸承、主軸、蝶形彈簧固定螺母、圓套、蝶形彈簧。

④判斷很可能出在蝶形彈簧或拉桿。

⑤卸主軸和拉桿連接；拆到蝶形彈簧處，發現蝶形彈簧破損嚴重，可斷定是蝶形彈簧引起的故障。

⑥更換蝶形彈簧。

⑦進行換刀測試。

⑧故障排除成功，完成檢測。

(5) 檢查與評估 教師針對學生的組織的有序性與有效性、團隊精神，安全操作、規范操作的掌握程度與熟練程度，操作環節的整潔程度，儀器和設備使用后的歸位情況進行檢查和評估。 評價表如表3 所示，重點考核學生溝通表達交流、記錄情況、安全文明生產、完成時間、合作與創新性方面的內容。

(6)總結與提高 學生通過項目的訓練，應該能正確回答所有的思考題，會進行數控機床相關資料的查詢， 對訓練項目的安排提出合理化的改進建議。 教師則通過對學生的指導與訓練效果的評估，結合學生學習過程中存在的問題及學生提出的建議，重新審視訓練項目安排與組織的合理性、訓練內容的全面性、指導與演示的相關、學生的掌握程度等內容，改進訓練內容、組織與安排、考核評估指標等內容， 為下次教學安排與組織實施提供反饋，以達到最佳教學效果。

3 課程改革效果

通過對《數控機床裝調與維修》課程教學設計、課堂教學革新，采用企業真實案例教學，重新激發了學生學習的積極性和主動性，讓學生在真正上崗前就接受到職業現場的學習和鍛煉，就業后會更快地適應工作崗位。 同時在課堂教學中，培養了學生很強的責任感，在項目訓練時，主動承擔并能相互合作，具備了目標管理和時間管理的能力，小組學習時，取長補短，充分鍛煉了學生的溝通表達能力、團隊協作能力，在故障的診斷與排除時，學生能創新性地提出更合理的建議，這些都讓學生具備了較高的職業能力。