数控维修技术三向教学研究

2015-10-14范开国

科教导刊 2015年22期

范开国

摘要为适应当前数控技术的不断发展和企业对高级数控人才的迫切需求，提出数控维修技术的三向教学法（3W教学法）。详细阐述3W教学法的内涵外延，以及具体实施过程。数控维修技术的3W教学法彻底改变了传统教学模式，充分培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

关键词数控维修 3W教学法教学研究

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.08.052

Research on the Three-Way Teaching for NC Machine Maintenance

FAN Kaiguo

（School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093）

Abstract In order to adapt the development of the NC technology and the requirements of enterprises for advanced NC talents， a three -Way teaching method （3W method） for NC machine maintenance is proposed in this paper. The intension and extension as well as the concrete implementation process of 3W teaching method are elaborated in this paper. The 3W teaching method changes the traditional teaching mode drastically; and the students' abilities of identifying， analyzing， and solving problems can be fully trained.

Key words NC Machine Maintenance; 3W Teaching method; teaching research

随着我国国民经济迅速发展和国防建设的必要强化，国家装备制造业对数控机床这种基础性、战略性生产制造手段提出了急迫且大量的需求。2014年我国机床数控化率由2004年的27%提升至54.7%，在大型制造业密集地区，这一比率相对更高。但是，国内在数控设备的维护管理上基本沿用普通设备的管理模式，高水平维修人才更是长期匮乏，造成数控设备完好率低。

因此，数控设备的维护维修人员是目前企业急需的数控人才。高等学校作为输送数控人才的教育基地，肩负着培养高素质、高质量、高技术数控人才的重要使命。为满足企业对高技术数控人才的需求，提高数控教学质量，各院校大力推行数控实践教学，①②③以提高毕业生的实际动手能力;并且对课程结构进行优化设置，④以适应当前数控技术的不断发展。为培养高技术数控人才，本文提出数控维修技术的三向教学法（3W教学法：Three-Way Teaching Methods）。

1 数控维修技术3W教学法内涵及外延

1.1 数控维修技术3W教学法的内涵

数控维修技术3W教学法的内涵是指：组成数控维修教学的数控机床、教师、学生三者即为教学主体，同时又都为教学客体。数控机床作为教学主体的本质是机床故障的提出者，作为教学客体的本质是施教对象;教师作为教学主体的本质是知识的传授者与教学的组织者，作为教学客体的本质是现代数控技术的学习者;学生作为教学主体的本质是机床故障的排除者，作为教学客体的本质是施教对象。

在数控维修技术教学中，数控机床、教师、学生三者相辅相成，数控机床依靠自身信息传递故障的发生及解决途径;教师依靠丰富的理论知识及经验解密数控机床提出的问题，引导学生发现、分析并最终解决问题;学生依据所学知识及教师的指导确定问题的根源并具体实施。

1.2 数控维修技术3W教学法的外延

数控维修技术3W教学法的外延是指：组成教学主体的数控机床、教师及学生三者可拓展至广义领域。在数控维修技术3W教学中，数控机床不仅包括机床本体，还包括数控系统、气液传动系统、电气系统、软硬件以及相关的电子元器件，甚至包括现代集成制造系统（CIMS）及整个生产线;教师不仅包括实际意义上的教育工作者，还包括远程协助、资深技术人员以及一切可传授相关知识的媒介;随着数控技术的不断发展及功能的不断强大，所有数控领域的工作人员均是现代数控技术的学习者，因此，学生还包括教师以及该领域的相关人员。

2 数控维修技术3W教学法实施过程

数控维修技术3W教学法的核心是三向信息互动，充分体现教师的引导作用以及数控机床的信息交互作用，并将尽可能多的外部资源引入到信息互动中，充分调动学生的主观能动性。

数控维修技术3W教学法的实施过程如图1所示，主要包括机床故障信息的三向交互、机床故障溯源分析和机床故障排除三大过程。

2.1 机床故障信息的三向交互

由于数控机床故障涉及机械、电气、软件、电子元器件等诸多方面，并且数控机床故障包括有报警故障和无报警故障，具有随机性和难预测性。因此，数控机床故障信息的发现与交互是数控维修的基础与前提。

对于有报警故障，可充分利用机床数控系统的报警信息锁定故障现象，该过程需要充分理解并掌握数控机床的报警信息，要理解数控机床报警所传递信息的本质及内涵，该类机床故障信息的获取与交互相对直观，教师、学生可在数控机床现场进行故障信息的提取与交互。

对于无报警故障，其信息又可分为两类：第一类是机床无报警停止运行;第二类是机床无报警正常运行，但有异响、异味以及在无操作不当情况下的工件超差等现象。对于第一类故障信息的获取是具有相当难度的工作，需要维修人员、操作人员以及数控机床三向信息交互，教师、学生可在机床现场通过对机床检查以及对操作人员问询获取机床故障信息。对于第二类故障需要正确分析并判断机床传递的信息，从众多信息中获取机床故障信息，将机床故障消灭在萌芽状态，这也是数控机床维修维护的最佳境界。

2.2 机床故障溯源分析

由于机床数控系统种类繁多、设计方式多种多样、故障现象千差万别，因此，在掌握数控机床故障信息的同时，必须科学分析机床故障信息，最终通过故障信息逐渐缩小故障范围并最终锁定故障。

机床故障溯源分析是一个系统化的问题处理过程，包括确定和分析故障原因，找出故障解决办法，并制定故障排除措施。溯源分析实质是根据机床故障信息，综合运用数控原理知识、远程协助等途径，逐步找出故障的根源。

机床故障的溯源分析同时又是多方信息交互的过程，教师、学生相互讨论，相互学习，根据机床故障信息分析可能的机床故障原因，并绘制机床故障线路图。根据机床故障线路图依次由简到难排除机床故障，并最终锁定机床故障的根源。对于疑难问题可引入远程协助及远程服务，同时还可聘请资深技术人员参与问题的讨论与分析，最终达到锁定并排除机床故障的目的。

机床故障的溯源分析的关键是教师、学生、数控机床、远程终端以及相关技术人员的信息交互与挖据;教师、学生要善于通过机床故障信息挖掘与之相关的信息，并在众多信息中梳理出机床故障线路，最终确定机床故障信息的根源。

2.3 机床故障排除

机床故障排除是指运用科学的方法对排除机床故障的方案进行研究和选择的过程。机床故障排除必须依靠科学的知识和方法进行，而不是经验的积累。科学的故障排除要经过一系列步骤，包括明确问题、制定备选方案、评价与选择方案，灵活运用数控原理知识及远程协助与远程服务，才能起到事半功倍的效果。

机床故障排除是数控维修技术的最终环节，也是决定维修质量的重要环节。在该环节中，教师和学生应充分运用数控原理知识，制定出合理、科学的解决方案。

以上三个过程是依次递进的过程，每一环节都是下一环节的基础，三个环节相辅相成，缺一不可。与传统双向实践教学的不同之处在于数控机床本身是施教主体，而并非传统的验证对象，只有让数控机床作为施教主体，才能真正培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，才能真正培养出理论与实践相结合、理论与实践都过硬的高水平数控技术人才。

3 数控维修技术3W教学案例

以一台实习用快走丝线切割机床随机突发故障为例，介绍现场3W教学法的施教过程。该线切割机床的故障现象表现为：机床X轴进给时发出有规律的间歇性异响。

针对该线切割机床的这一故障信息，首先要确定异响的具体位置，通过现场实际观察，确定该异响来源于电机附近。而电机附近的异响一般与轴承和电机相关，由于轴承拆卸要求较高，所以从排除电机故障入手。

首先组织学生从步进电机及其驱动控制系统进行故障溯源分析，初步确定该电机存在失步现象，同时绘制图2所示故障线路图。

根据电机失步故障线路图，组织学生进行故障溯源分析。在故障溯源分析时，引导学生按三步排除故障，即：功率放大故障、环形分配故障和电机绕组故障三部分。

对于功率放大故障，首先确定功率驱动三极管的工作状态，由于功率驱动三极管的工作状态会在发光二极管上明确地显示出来，通过检查，驱动三极管完好;通过万用表检测功率电阻及驱动线路完好，从而排除功率放大故障。

对于环形分配故障，引导学生从检查环形分配电路中的电阻开始，通过万用表测试，环形分配电路中的一只电阻损坏，从而锁定故障根源。

锁定机床故障根源后要排除机床故障，由于该机床故障的根源就是电阻损坏，因此其故障排除方案首选更换电阻。更换电阻后通电运行，X轴进给异响故障排除。

4 结束语

数控维修技术3W教学法能提供学生丰富的直接经验，有助于理解和掌握理论知识，有助于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。同时，3W教学法注重三向信息互动，在信息交互过程中相互启发、相互补充，从而达到共识、共享、共进，真正实现教学相长。

注释

① 刘天祥，户春影，董晓威.高校数控实践教学质量提高路径[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2010（9）：64-65.