数控技术课程教学改革与探索

陈典红

【摘 要】数控技术是机电类专业的主干课程,本文从授课内容、教材、授课方式、实践环节安排等方面对该课程的教学进行了思考,提出了适合本校的教学体系。

【关键词】数控技术 教学探索 教学改革

数控技术是现代机械系统,机器人, FMS ,CIMS , CAD/ CAM等高新技术的基础,是采用计算机控制机械系统实现高度自动化的桥梁。数控技术课程是机电结合的典型课程,也是机电类专业方向的一门带有体系性、方向性和全局影响的重要的专业课。这门课程的特点是理论性强,涉及的基础理论和知识面广。此外,本课程与工程实际联系紧密,要求一定的应用技能。传统教育模式都过于注重理论教育和加工方式的教育,缺乏学习的针对性、启发性,同时由于实践性环节较少,学生缺乏应用性,在生产第一线解决实际问题的能力也比较差。在新技术新知识增加而课程学时减少,市场的人才需求不断增加的新形势下,必须进行教学内容和方法的改进,保证学生学习的积极性和主动性,不断培养出高素质应用型人才。

一、教学安排中存在的问题

目前,我校数控教学现状如下:

1.教学内容与其他相关专业课程的衔接不够,对该课程的关键技术和最新技术内容讲授只停留在一般概念介绍上,没有给予联系其他专业课的全面系统的讲授。

2.有些教材中的内容与目前数控领域的发展水平相距较远,显得较陈旧。在保证教学内容系数完整的前提下,应随着技术的不断发展,及时抛弃陈旧过时的内容;课程内容应反映现代数控技术的先进水平,整体内容以最新的编程技术、轨迹控制原理、现代交流数字控制系统为主线。

3.实践教学学时的比重不够,需要加强实践环节;教学内容应增加综合性、设计性和研究性,启发和锻炼学生的分析问题和解决问题能力。

4.教学手段和方法上尚需进一步改进。

二、教学体系的构建

1.构建原则

针对我校在机电类专业的培养目标:了解机械电子工程领域的发展方向,具有从事机电系统研究与技术开发的能力,能够在汽车和机电行业、公司企业等部门从事汽车和机电产品开发与制造等方面工作的高级工程技术人才;因此在数控技术的课程教学中,要求学生不仅要掌握数控机床的使用,还要掌握数控系统的设计开发能力,因此,在本课程的教学安排中应有以下原则。

(1)教学内容的安排

①选择合适的教学内容,适应不同专业培养目标的需要。数控技术课程是机电系机电类专业的重要专业课程,因为各专业的培养目标不同,必须针对不同的需要采用不同的教学内容。在我校,对以制造为主的专业,如机械设计制造及其自动化专业,本门课程主要目的是培养学生具有数控编程的能力兼顾数控系统的设计,因此教学内容主要突出数控车床编程、铣床编程、加工中心编程和计算机辅助编程。对机械电子工程专业,本门课程的主要目的不仅要培养学生具有数控编程的能力,而且要使学生具备数控系统的设计能力,因此教学内容除了要讲授数控编程方面的知识,还要讲授数控系统原理与结构方面的内容,重点在数控软硬件设计和进给伺服系统设计。只有根据培养目标的实际需要,确定教学内容,充分体现课程设置的意义,才能为实现专业培养目标发挥作用。

②及时更新教学内容,紧跟数控技术的发展。随着计算机技术的迅猛发展,数控技术也突飞猛进,而数控技术课程的教材往往不能及时跟上数控技术发展的步伐。所以课程教学中必须不断扩充新的知识内容。整体内容以最新的编程技术、轨迹控制原理、现代交流数字控制系统为主线。通过新内容的讲授使得学生一方面及时掌握新的知识,同时也让学生感到知识更新速度的迅猛,产生危机感和紧迫感,从而激发学习热情,提高教学效果。更新内容同时还应删除过时的内容,比如在讲授数控编程时,删除旧的固定地址编程指令的介绍,注重手工编程的同时,强调自动编程及应用技术,使学生熟悉及掌握自动编程软件,如CAXA制造工程师、MASTERCAM、UG、PRO/E、CIMATRON、SOLIDEDG等流行软件;在讲授插补原理时,除了讲授逐点比较法的插补原理,再介绍一些其他常用的插补算法;再讲解进给伺服系统时,结合科研经验再介绍一些企业中机电一体化设备上常选用的进给伺服系统的配置;讲解数控软硬件装置时,可分单片机组成的简单型数控系统和常用较高档数控机床上使用的数控装置两种类型进行讲解,以提高针对不同的需求的设计能力。通过更新教学内容,使得课程教学目标更加精要、实用。

(2)重视能力的培养,强化实践教学

目前,我校在数控技术教学的安排中,理论学时为42,实践学时为4,这样的安排对于一门综合性和实践性都较强的课程来说,实践学时所占的比重远远不够;教学中要加强实践教学所占比例,并使理论教学与实践教学交叉进行。教学中注重增加综合性、设计性和研究性的内容,启发和锻炼学生的分析问题和解决问题能力。

实践教学可以不只是体现在课内实验上,也可以是在金工实习、课程设计、毕业设计等环节中。为使学生对已有知识做到融会贯通,真正让学生成为主体,实验设计的一方面是侧重数控机床操作和编程的实验;另一方面是侧重数控原理理解的实验。

2.教材体系

根据教育部“十五”教材改革规划精神,争取逐步构建适于新世纪要求的新型教材体系,即由主讲教材、主要参考书目(可包括部分外文教材或书刊)、试题库、多媒体课件、网上资源地址构成的立体式教材体系。主讲教材尽量选用教育部推荐优秀教材或获奖教材,如华中科技大学廖效果编的《数控技术》是高等学校机械设计制造及其自动化专业面向二十一世纪课程教材、哈尔滨工业大学吴永章编的《数控技术》、上海交通大学 吴祖育编《数控机床》都是是公认的比较权威的好教材,比较适合我校学生的使用,可以选择其一作为主讲教材,其他可作为参考书目,再列出一个清单,于开课初向学生公布,指导学生自觉到图书馆查阅相关文献。

多媒体演示光盘可与机械工业出版社、所选教材发行部及高等教育出版社联系购买,并结合各自实际自行开发一部分;试题库也可自行建立或购买;网络资源可让学生自己到校园网上查找。

3.授课方式

教学方法与教学手段是教给学生新知识和启发学生创造性思维的正确手段,所以教学方法改革也是课程改革的重要组成部分。

(1)采用现代化的教学手段

当今科技发展迅速,知识爆炸。各门课程知识量巨增,用传统方法,在有限学时已无法讲授。大力开展CAI 教学,多媒体技术集图、文、声、像、动画于一体。在教学中充分运用它,变静态为动态、变抽象为具体、变复杂为简单、变枯燥为生动,以提高学生学习兴趣、课堂教学效果和单位时间教学容量。与此同时,发给每个学生讲义资料,指出课程讲述的基本概念、基本内容、目的和要求。以便学生在课后能很好地消化、吸收,提高教学质量。

但也不能抛弃传统的教师课堂讲授。否则,会变成“拉洋片”,学生跟不上,不理解,效果差。

(2)采用启发式、讨论式、研究式的教学方法

贯彻该教学法首先在思想上给以充分重视,而且要有措施。可以采取以下办法。

①对讲课内容备课的同时,进行教学方法的备课

②采用课堂上与学生互动、启发、学生自己讲解等方法;

③征求同学的意见,改进教学方法;

采用启发式、讨论式、研究式教学方法的目的是激发同学的积极思维,进行主动的学习。课内教师应少讲、讲精,把核心知识点讲透。采取课堂提问、讨论、下厂或实验室参观、课件与电教片演示、学生讲授等方式学习。同时在讲授课程内容时,做到学科之间、课程之间相互渗透、相互补充、相互结合。使学生对整个学科有一个全面清楚的认识,有一个系统的知识构架。考核方式也可由平时课堂表现、作业完成情况、期中抽查及期末考试等几部分共同给出。

三、实践环节的安排

由于数控技术课程是一门综合性和实践性都较强的课程,教学中要加强实践教学所占比例,并使理论教学与实践教学交叉进行。实践环节安排应注重增加综合性、设计性和研究性的内容,启发和锻炼学生的分析问题和解决问题能力。

本校在机电专业相关实验室有数控伺服控制实验室、工程训练中心数控车间,实验设备主要有:开放式开环数控原理机;自行编制的插补原理仿真软件;三菱FX2N-20GM定位控制器、MR-E-40A交流伺服放大器、HC-KFE43交流伺服电机、两轴进给传动机械系统;数控车削加工中心、数控铣床、数控车床、线切割机;CAXA/V2制造工程师等三维造型软件。

根据本校机电专业培养目标和本课程的特点,本课程的实践环节教学在以下几个环节中体现:(1)课内实验。(2)金工实习。(3)课程设计。(4)毕业设计。几个环节的具体考虑和安排如下:

1.课内实验

课内实验是整个实践环节安排的主要环节,本校在课程改革之前总学时数为46,实验学时为4,课程改革之后,总学时数为46,实验学时为8。适当增加了实验学时的比重,但不会影响到课内教学。课内实验的主要目的在于提高学生对数控系统的认识,掌握数控系统设计的一般方法。主要实验安排如下:

数控机床操作实验:2学时;数控插补原理实验:2学时;开环数控系统原理实验:2学时;闭环伺服系统设计实验:2学时。

2.金工实习

针对机电类专业的学生增加较多数控加工的学时,也是辅助数控技术课程教学的有效手段,本校目前在4周的金工实习中安排1周时间的数控加工实践,其中约3天在各种数控机床上操作,2天做CAXA/V2制造工程师等三维造型软件或其他CAM软件培训,这样的安排对数控技术课内教学起到了非常有益的补充。

3.课程设计

数控技术课程设计是数控技术课程教学的延伸,学生通过对一个小型开环数控系统的设计,能够更好得理解和掌握数控系统设计的原理和方法。

4.毕业设计

对一些想进一步深入研究的学生,可以通过毕业设计环节完成一个较大较复杂的数控系统来达到目的,也可以视为数控技术课程的更深入延伸。

四、总结

数控技术课程是机电类专业学生一门重要的技术基础课程,无论对于从事加工还是从事机床设计都有重要作用。本文结合专业培养目标构建了适合本校的课程教学体系,培养的基本方向是不仅要学生掌握数控编程和数控机床使用,而且需要掌握数控系统的设计;以此对教学内容安排、教材、教学组织、实践环节安排等进行了重新规划设计,数控插补、开环闭环数控系统设计相关内容。通过在本校的数控技术课程教学安排中的实践,这样的安排学生反响较好,收到了预期的效果。

参考文献:

[1]廖效果. 数控技术[M].武汉: 湖北科学技术,2006.