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中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)08-0108-03
现代教学方法有很多种,每一种方法都有其自身的特点和适用范围,其中任务驱动教学法是职业教育中与能力培养密切相关的现代教学方法。它的核心是学习者围绕任务展开学习,以任务的完成结果检验来总结学习过程,改变学习者的学习状态,使学习者主动建构探究、实践、思考、运用、解决的学习体系。笔者所探讨的是任务驱动教学法在《数控加工工艺与编程》课程教学中的运用。
运用任务驱动教学法的必要性
《数控加工工艺与编程》是数控技术应用专业学生的一门主要专业课程,既属于专业理论课范畴,又具有很强的实践性。该课程目标旨在培养学生具备数控加工岗位所需的操作技能与技术应用能力,侧重点为学生数控加工工艺设计与编程的能力。其具体要求如下:(1)掌握数控加工工艺的基本知识;(2)熟悉数控加工工艺方法及特点,初步具备制定中等复杂程度零件的数控加工工艺与程序及解决生产中一般工艺问题的能力;(3)锻炼和培养学生创新与职业拓展所需的基础能力。在传统的教学模式下,即便是采用一体化教学方法,《数控加工工艺与编程》的内容也常常是理论课和实践课分开或者是分成理论课和实训课两段,理论课教学在传统的课室里施教,只是比过去增加了多媒体教学,实践课教学对实操技能的传授往往停留在模仿的层面上,学生只是被动地吸收教师传授的方法。这样的教学模式,学生普遍反映理论课堂是按教材学工艺,学生会感到枯燥乏味、理解困难;实训课堂是照葫芦画瓢学加工机械,重复且兴趣索然。缺乏对学生工艺意识的培养、灵活运用工艺知识能力的培养,特别是缺乏根据图样要求完成加工工艺方案设计及寻求最佳工艺方案能力的培养,学生对职业技能掌握不够牢固、职业能力明显不足。造成学生毕业后难以适应企业工作岗位要求,甚至在面对企业招聘面试中并不复杂的图纸也手足无措,不能正确制定加工方案,无法独立完成工件的加工。
这样的教学现状若运用建立在建构主义学习理论基础之上的任务驱动教学法可以得到很大的改观。根据建构主义学习理论,学习者的学习活动必须与任务或问题相结合,以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机,创建真实的教学环境,让学习者拥有学习主动权,带着真实的任务进入学习的全过程。可见,任务驱动的教学思想是“学以致用、以用带学”,落实到数控加工工艺与编程课程的教学中,就是遵循应用型技术人才教育的循序渐进规律,将课程教学目标、教学内容用从简单到复杂、从一般到特殊、从单一到综合的一系列“加工任务”来体现。学生通过应用学习资源,进行自主探索和互动协作来完成“任务”,并在此过程中理解数控加工工艺的知识、学会工艺方案的设计,掌握程序的编制方法。由于强烈的问题动机驱动,学生的求知欲得以提升,学习的积极性、主动性加强,伴随着一个个“任务”完成,学生有满足感、成就感,也就逐步形成一个感知心智活动的良性循环,教学效果良好。
中图分类号:G4文献标识码:A文章编号:1671-1297(2008)08-145-01
随着科学技术的发展,数控加工技术已广泛应用于机械制造业的各个领域并成为企业生产的重要加工手段,这就要求当代的大学生不仅要有大的工程意识,而且还要掌握高新技术。那么加强在校大学生的先进制造技术实训,对于培养新形势下具有创新意识和解决工程实际问题能力的合格人才有着重要的现实意义。
一、 数控机床实训教学的培养目标
我校的数控实训主要安排在工程训练中心进行,前来实训的有机械类、近机械类和非机械类的大二学生。数控实训的培养目标是让学生了解数控加工的基本原理及加工方法,掌握简单的手工编程并了解计算机辅助编程的过程,实现零件的数控加工,从而培养大学生先进制造技术的概念。
二、 数控机床实训教学的内容
数控基础理论课之前,老师先带领学生到数控机床加工的零件展示柜前观摩,然后领着学生初步认识现代部各种不同类型的数控机床,其目的是让学生对将要进行的数控实训有初步的感性认识及期待。
学生在数控实训之前已完成了普通车、铣的工种实训,对车削铣削加工已有较好地认识和了解,讲课中老师经常使用比较法,这样可以让学生加深对数控机床的认识和理解。
数控编程有手工编程和自动编程,编程指令和参数都较多,每一条指令有它的固定格式和编程方法。为了便于学生掌握,老师每讲解一个指令,就要求学生运用该指令对零件进行编程、模拟、加工,这样可及时跟踪检查学生对该指令的理解和掌握情况。在网络基础上,现代部的CAD/CAM与数控系统集成一体,与机床联网。在自动编程讲解中,将工件的形状、尺寸、走刀路线、切削用量等按指定的格式输入到计算机,后置处理后生成加工程序,动态模拟显示和绘制刀具轨迹图并检查程序的正确性。通过机床系统接口和计算机连接,将程序直接输入到数控机床的数控系统中,控制机床加工或进行DNC加工。自动编程强化了学生的计算机应用能力,更进一步实现CAD/CAM/CNC一体化的教学与实践。
为此,中心大力加强现代制造技术实训模块的建设,重点加强“新技术、新设备、新工艺”的应用,建立了以网络DNC技术为基础的数字化设计/制造实训系统和以非接触式三维激光扫描仪及快速成型机集成构建的逆向工程实训系统。通过该系统的实训,使学生了解现代化制造企业的制造模式和生产组织形成,理解网络制造、数字制造的内涵和实践技术。
“激光非接触式三维扫描仪――快速原形制造”为特征的逆向工程实训系统是以已有的产品或技术为研究对象,以现代设计理论、生产工程学、材料学、计量学、计算机技术及计算机图形学和有关专业知识为基础,以解剖、掌握对象的关键技术为目的,最终实现对研究对象的认识、再现及创造性地开发。通过该系统的实训,使学生综合掌握现代逆向工程的应用方法和学习创新的科学方法。
三、 实训教学课程改革的建议结合具体的实践,笔者认为在教学中还存在需要改进和完善的地方。
1、优化教学大纲
将教学大纲合理优化,使实施性教学大纲更具有实用性。结合学院特点和专业培养目标对教学大纲进行优化,调整相关内容,使教学大纲更贴近我们的实际教学条件和特色教育目标。把数控机床编程与加工仿真实训教学服务于数控机床编程与加工具体操作实训的教学性质进一步明确,使教学大纲更具有针对性,更加突出其服务于专业的特点。
2、改革教学内容
修订人才培养计划,深化教学改革,完善课程体系,推进教学内容和课程体系的改革,按照"注重能力培养,加强实践训练"的思路,提高学生的全面素质。为培养学生获得终身学习能力,创造能力、生存与发展能力打下好基础。分析数控仿真加工技术与实体数控机床加工的特点和数控机床与仿真机床的可操作性能。它们都是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床,加工方法和内容以及程序的编制很相似,在许多方面都遵循一致的原则。利用它们的相似点作为教学改革的切入点,强化相关基础教学,使学生在接触真实的数控机床前进行程序的编程与机床的操作具有了一定的相关实践知识和技能的积累,便于数控加工专业教育的顺利进行。
3、改革教学方法
改革以技能培训为最终目标的教学方法,强化服务意识。在教学方法中应更多的引入实体式数控加工的相关知识,将对比式教学贯穿于整个教学过程中。转变教学习惯模式,不断创新教学手段;转变实践教学环节淡化理论的传统思维,加强理论与实践的结合。
随着我国经济不断发展,机械制造技术亦日新月异,数控加工在现代化制造业中彰显出越来越重要的地位。社会上数控技能型人才较为紧缺,许多高职、中职、技校相继增设及大力发展数控专业。同时,为了缓解学生多,数控设备少的局面,很多院校都利用仿真软件进行数控教学与实习操作;作为一名从事数控编程与操作的专业教师,结合自身实践经验,发现仿真软件在数控教学中起到桥梁作用,既能缓解实习教学与数控设备少的矛盾,使理论与实践有机地结合,又能提高学生的感官认识,刺激其学习的主动性,同时又是节约成本、安全有效的教学模式。
一、数控仿真软件介绍及安装,运行环境
数控仿真软件是通过计算机的编程和建模将加工过程用三维图形或二维图形以动态形式演示出来的软件。我校使用的是斯沃网络版数控仿真软件。它具有以下多项功能,可以在计算机屏幕上仿真完成数控机床操作包括:数控加工程序输入输出,定义毛坯,选择刀具、夹具,G代码处理;现时支持不同数控系统的选择训练包括:FANUC,SIEMENS系列,华中数控,广州数控;而对微机要求不高:16MB显存显卡,CPU是PⅡ266,内存128MB,硬盘1GB,并与多种计算机操作系统兼容;利用网可以搭建师生教学互动平台。
二、数控仿真软件在数控教学中的应用
1.仿真软件为初学者打基础。在现时大部分的中职学生素质不容乐观,学习主动性不高,对于刚接触数控的学生来说,数控课的上课内容是抽象的,而采用数控仿真软件一边演示,一边教学,将数控设备面板上按键、图标,机床坐标,对刀过程等在课堂上只能纸上谈兵,难以理解的数控基础知识进行形象、生动地教学,使学生较易接受,吸收,在加深认识的同时,打下较全面、扎实的数控基础。
2.仿真软件教学提高学生的学习兴趣和质量。我校的专业课实行模块教学,即将数控专业内容分成多个模块完成教学,以理论学习紧接对应实习操作为完成一个模块教学。引入数控仿真软件教学,使数控编程知识和操作相一致,学生所编程序可以直接在数控仿真上模拟加工,对程序上的G代码、格式、漏洞、语法的错误等可以直接看出来;机床面板操作,零件的加工过程直观形象,加工结束后可以测量检查,每次的编程与操作的作业可以在计算机上完成,且每次马上有结果,理论联系实际及时找出学习数控存在的问题或不足,明确下一个的学习目标从而激发了学生学习的积极性和兴趣,同时提高了学习质量。
3.明确课题,循序渐进掌握数控编程与操作技巧。应用数控仿真系统每次上机,告诉学生明确课题及要求。以华中数控为例,数铣、加工中心讲解刀具半径补偿编程G40、G41、G42的使用时,在仿真系统中分别以没有半径补偿的程序和使用半径补偿程序在同等的条件下各独立执行一次,得出的加工结果是鲜明的对比;再是左补偿G41、右补偿G42也是以各自编程内容演示,可以更容易分清两者的在加工过程中的补偿方向,以达到零件加工要求。同理得,其他编程知识也可以使用数控仿真软件教学令学生逐步掌握。
4.利用数控仿真软件教学允许出错的操作作为反面教材,使学生在数控实习中技能更全面。在我校专业模块教学中,实习是非常重要的环节,如果实习教学这环节抓好了学生的技能素质就能提高层次。在数控仿真中,可以设计出实际操作中可能发生的变化,包括事故、故障等出错情况,让学生在计算机屏幕上模拟到各类型非安全的操作事故。从而更全面掌握安全的加工方法和技巧。例如:手动操作时行程限位的超程,非安全位置的换刀,通过对刀建立机床坐标系偏置;或者在应用直线插补指令G01与快速移动指令G00时,如果G01后面没有加进给速度F值,刀具将以G00的速度切削工件,学生可以看到撞刀或损坏刀具的后果。只要在模块教学中合理分组、科学安排应用数控加工仿真系统软件实习时间,仿真实习与操作实习穿行,学生的数控技能就更全面的提升。
5.拓展技能。学校内的数控设备配套操作系统的类型是有限的,我校的数控铣床操作系统主要是华中和西门子系统,但是社会上机械制造业的数控设备的操作系统是多种多样。利用仿真软件集合各种数控系统的应用的特点,在模块训练的基础上,须讲解除了本校数控系统以外的数控系统的编程与操作方法,扩大学生知识面,提高学生对不同系统、面板的编程与操作能力。这样学生在就业时能够信心十足地面对所操作的数控机床,能较快适应岗位工作,提高就业竞争力。
三、数控仿真软件应用的利和弊
(一)优点
1.操作安全。在虚拟环境下对NC代码的切削状态进行检验,避免由于学生编程中疏忽或操作失误引起的人身及设备安全事故。
2.减轻教学成本。众所周知,一台数控设备的价格从几万到几十万,上百万都有,且实习时必须配套一定数量各类型的刀具,夹具,金属材料。我校使用了斯沃数控仿真软件,教师的数控编程与机床操作都能在计算机上实现,大大减少数控设备上资金投入及工件材料,能源的消耗,亦降低了办学成本。
(二)存在的问题
1.忽视机械加工的工艺性。数控仿真软件始终是模拟加工应用,不可能代替实习教学,例如:演示中可以选择不同工件材料,编程时选择任何切削用量都可以加工出来,往往容易忽视切削深度,转速的选择,数控刀具的选用,零件的装夹方法,而这些程序一旦应用在实际中便可能出现打刀或影响实际零件的加工质量或机床的轴向步进/伺服电机不够功率出现停车;更严重的是刀具在加工过程中会发生干涉现象。由于数控仿真模拟加工不会出现事故,使学生放松对加工工艺性的严格要求,对加工过程的刀具损坏、机床碰撞不在意,习惯一旦养成,很可能在实际操作中造成重大安全事故。
2.利用数控加工仿真系统软件实习时容易使学生对计算机产生依赖心理,沉迷于仿真加工,而疏于数控机床实际操作。部分学生通过几道程序的编写后沾沾自喜,从而放松学习、严重影响了教学质量和浪费了教学资源。
四、结语
随着职业教育的发展,软硬件会逐步到位,数控仿真软件在日常教学,数控等级证考试、各类型的数控技能大赛分担起重要的角色,数控仿真软件教学是适应时展的教学模式。我相信:教学改革将进一步深化,只要合理有效地安排教学内容,使仿真软件训练与实习操作有机结合,就能发挥仿真教学的最佳效果。同时可以使学生在校期间的技能素质达到一个较高的层次。
《数控加工基础》是数控机床加工技术的基础课程。课程的主要任务是使数控加工专业的学生具备一定的数控加工基础知识,对数控机床有全面的认识,对数控加工工艺有一定的了解,掌握一定的数控机床编程基础;能对一些简单零件进行工艺分析和编程;引导学生学习自动编程,了解数控加工的新技术,会对数控机床进行简单的操作和日常维护,为今后进一步学习相关专业知识打下良好基础。
由于本课程内容范围广,对于大部分技工学校的学生来说,要全部学好有一定的难度,本人通过运用多样化的教学方法和教学手段,引起学生对本门课程产生浓厚兴趣,使学生更好的掌握知识。以下是本人多年从事该课程教学做出的一些教学探究。
1 合理利用实训车间
本课程的《数控机床基础知识》和《数控机床的操作与维护》两部分内容可以合理利用实训条件,在实训车间进行教学。
首先,学生可以对数控机床的基础知识有感官的认识。以数控车床介绍为例,以车间的数控设备作为教具,介绍数控车床的基本组成,各组成部分的功用,数控车床坐标系的方向确定,数控车床加工的内容(车间的陈列架摆放已加工的零件),学生通过视觉感官认识,对数控车床的基础知识有一个整体的印象。同时可用比较的方法介绍其它数控机床的基础知识,这样可以使学生对各类数控机床有相对全面的认识。
其次,学生可以即时熟悉数控机床的面板操作。以FANUC系统的数控车床为例,可以在车床的面板上进行讲解各功能键的作用。由于该系统带有图形模拟功能,输入程序后,可以调用图形模拟显示功能和操作面板上的空运行及锁住功能,对刀之前,详细地观察主轴转速,刀具的运动轨迹,刀具号的选择,通过位置坐标的显示来检查刀具与工件是否会出现碰撞和模拟出来的图形是否和零件图纸一致。通过现场操作,学生可以进一步熟悉数控车床面板各功能键的作用。
同时,学生可以熟悉数控机床的日常维护。数控机床进行日常维护和保养内容的讲解时,可以对现有的机床维护操作示范给学生看,并对每个日常维护和保养的细节进行详细的讲解。
合理利用实训车间进行教学,提供给学生动手操作的条件,使学生有感官的认识,从而对本门课产生浓厚的学习兴趣。
2 分组讨论课堂教学内容
对于《数控加工工艺设计》内容的教学时可以分组讨论课堂教学内容。具体教学过程如下:首先,详细讲解零件图的数控加工工艺分析过程,并举例说明;然后给出一组轮廓相似尺寸不一的零件图,将学生分成几个小组,再要求各组分别进行讨论零件图的数控加工工艺过程,每组一张零件图,给定时间讨论工艺内容(包括工序划分,最佳路线选择等等),由每组推荐一位同学进行总陈述,到讲台当小老师进行讲解,最后根据学生讲解的情况进行必要的分析和补充。
此法可以使学生对自己所作答的情况有所了解,发现自己的不足,并及时得到纠正。这样即可以满足学生自我表现的愿望,形成互动学习,引导学生积极投入讨论中,增加学生学习的欲望,同时使学生对所学内容加深了印象,不再犯同样的错误。
3 运用学生间的帮带学习
在《数控车床简单编程》和《数控铣床、加工中心的简单编程》的教学过程中,运用学生之间的帮带学习可以起到良好的作用。
在学习编程的过程中,由于学生的领悟力存在一定的差异,有的学生接受能力较强,对于编程所需的基本指令能够较快的理解,故而能较快的对简单的零件进行编程,有的学生接受能力较差,为了使全班同学都能尽量同步学好,采用同学之间的帮带作用,让学得快的同学尽力帮助学得慢的同学,从而达到较为良好的学习效果,也可以促进同学之间的交流。
4 应用宇龙仿真软件进行教学
为了使学生对所学的编程知识能有更深的印象,编程部分的课程可以借助宇龙仿真软件辅助讲解。应用宇龙仿真软件,学生可以模拟机床编程操作,从而熟悉仿真机床的操作面板,能建立工件坐标系的方法,能选择刀具几何角度、设置刀偏及刀补。同时,通过数控仿真软件进行程序录入,对刀,仿真加工出零件,并检测所加工的工件的各部位尺寸,验证所编的数控程序的正确性,加深学生对编程知识的理解。
由于仿真操作过程与实际操作过程基本一致,如果通过仿真软件的检验得到已经正确程序,到车间实训时就可以大大提高效率,减少设备的占用时间,而且由于所加工零件的程序已在仿真软件模拟加工过,所以可以极大的降低出错率;这样可以做到有限的设备,最大的容纳度,使所有学生都能得到较好的训练效果。
此外,由于本校没有数控铣床和加工中心等机械设备,所以针对数控铣床和加工中心的零件编程加工,也可以在仿真软件上进行。利用仿真软件给学生讲解数控铣床和加工中心机床的操作过程,由学生把写好的程序输入软件进行仿真加工,从而学生对数控铣床和加工中心的操作有一定的认识。
5 利用多媒体技术
由于本校没有电火花线切割和电火花成形加工设备,而宇龙仿真软件也无法实现,为了使学生对电火花加工有一定的了解,此部分的内容可以利用教材所配套的光盘在多媒体教室进行教学。光盘中录有电火花线切割和电火花成形加工的加工过程短片,利用光盘中的短片进行理论知识的讲解,学生对本章内容能有较为深刻的印象。
6 应用CAXA软件
在现代化生产中,自动编程在数控机床的使用中发挥着很大的作用,所以有必要让学生了解自动编程。自动编程所使用的软件主要有、MasterCAM,PRO/E、UG等软件,MasterCAM、PRO/E和UG主要是三维造型及编程,对于中级数控专业的同学来说,学会有一定的困难,CAXA软件主要是二维造型及自动生成程序,相对易于接受,在本课程内主要介绍CAXA数控车自动编程。
应用CAXA软件进行自动编程时,首先应先进行零件造型;接着,进行加工工艺分析,工序划分,选择合适的刀具,设置相应的切削参数,确定加工路线和刀具轨迹;然后就可以自动生成程序,并可以自动进行轨迹仿真,观察刀具走刀路线及是否存在干涉及过切现象,完成模拟加工;最后,为适应本校数控机床的要求,对部分程序适当修改,从而得到满足实际机床加工的程序。
利用CAXA数控车软件自动编程得到的非圆曲线比用手工宏程序编程得到的轮廓表面好,零件加工精度更高,加工质量更好,而且可以避免复杂的数学计算,降低出错率,提高零件的加工效率。
为了学生能及时掌握所学的知识,本课程还配套有一本练习册。每讲完一个章节时,要求学生独立完成练习册作业,并进行讲评,从而达到较为良好的辅助效果,使学生能够及时回顾所学的内容,扎实掌握所学内容。
7 结束语
通过各种教学方法和教学手段的交替应用,充分调动学生学习的积极性和主动性,取得了良好的教学效果。当然,对于数控加工基础课程的教学还有很多方法值得我们去探究,作为技工教育工作者,既要不断的钻研学术,也要在实际教学中灵活应用,从而使理论与实践紧密结合,达到良好的教学效果。
参考文献:
[1]黄伟林,主编.数控加工基础第二版.中国劳动社会出版社,2007,5.
1.1合理安排数控机床实训的时间
由于机械工程实训总学时的限制,青岛农业大学机械专业学生共实习4周。数控机床实训的内容较多,在训练时间的安排上,数控车床2天、数控铣床和加工中心2天、其他数控机床1天,这样既重点突出又全面。数控机床应用了先进的数控技术,和普通机床的实训相比,讲解的时间会多一些。一般操作讲解、黑板上指令讲解的时间约占1/2,让学生能较深刻地理解数控机床是如何加工零件的;学生操作机床加工零件的时间约占1/2,使学生有较充足的时间增强对数控机床加工零件的感性认识。总之,实训的重点虽为实践,数控机床训练的特点又决定了讲解占了约一半的时间。
1.2合理安排数控机床实训的内容和方法
在数控机床实训中,操作、编程和加工零件是主要内容。首先对照机床讲解基本的操作;然后学习数控的编程知识;最后加工出零件。编程方法的讲解,只能在黑板上讲解组成程序的指令字、程序的格式等,然后编写一个简单的程序。数控机床的坐标系是主要内容之一,机械坐标系、工件坐标系(编程坐标系)的概念,它们的作用是什么,必须结合编程才能讲清楚。数控机床是按程序自动加工零件的,刀具沿程序指令的刀路运动切削工件,刀路的位置必须使用坐标系描述。所以,首先讲清各种坐标系的概念,进而才能讲清对刀等关键的概念,才能理解为什么在编程坐标系下编写的程序可以在机床上加工出零件等问题。数控机床的实训内容应与数控机床理论课的内容相辅相成,各有侧重,通过数控机床的实训为下一步学习数控机床理论课打下良好的基础。数控机床实训应以机床操作、编程、日常保养和安全使用为基本内容,重点应放在编程和操作上。通过基本编程知识和操作的学习,学生可具备基本的编程和操作能力,为了提高学生的实训兴趣和创新意识,可以让学生自己设计一个简单的零件,自己编程,经指导教师检查无误后上机加工;或者编程加工一些有趣的零件。如:数控车床上可以加工仿真子弹、仿真酒瓶等;数控铣床上可以加工一些汉字,如“欢迎实习”等。
1.3手工编程和自动编程
数控编程分手工编程和自动编程,形状复杂的零件加工程序只能由计算机自动编程来完成。在实训内容上,应手工编程和计算机自动编程并重。手工编程是数控车床实习的基本内容,通过手工编程加工简单的小零件,是普遍采用的训练方法。但随着计算机技术的发展,CAD/CAM在机械加工中的广泛应用,计算机自动编程也应是数控机床特别是数控铣床实习必讲内容之一。由于实训时间的限制,这部分的内容较多。所以,可以精简为由实习指导教师通过一个例子演示给学生看,边演示边讲解,讲明形状复杂及包含曲面的零件或模具的加工必须用计算机自动编程的方法编程,然后加工成所需的零件或模具。自动编程是通过计算机软件完成的,常用的具有计算机编程功能的软件有:CAXA、UG、Cimatron、Pro/E等。1.4数控机床仿真软件的应用机械工程实训场地往往有限,数控机床价格较贵,配备的数控机床的种类和数量有限,平均到每一名学生的上机操作时间较少。为了解决这个矛盾,可以安排一定的时间,让学生在机房使用数控机床仿真软件练习数控机床的操作、编程和加工仿真。也可以不做统一安排,让学生课后根据自己的情况自由上机练习。数控机床实训的内容多,时间相对较少,一定要制订详细可行的实训计划,明确每天的训练任务、训练目的、训练方法和训练设备。这样学生面对从未见过的设备就不会感到茫然,教师指导学生也会有条不紊,顺利完成实训任务[5]。
2演示教学法的应用
2.1什么是演示教学法
由于机械工程实训总学时的限制,学生不可能自己动手操作每一种机床,特别是一些比较危险、贵重和精密的设备,比如高压水切割机床、三坐标测量机以及电火花线切割、电火花成型等机床。为了解决这个矛盾,基于学校的实际情况,采用了演示教学的实训方法。所谓演示教学法即指导教师讲解机床的加工原理、操作方法、编程方法,然后自己操作机床加工一个零件演示给学生看。通过演示教学的实训方法,解决了实训内容多时间少、机床有限及教师有限的矛盾,还可以给学生打下进一步学习研究的基础。
2.2以电火花线切割为例
电火花线切割属于特种加工,特种加工是利用电能、化学能、光能或声能等能量对工程材料进行加工的工艺方法。在特种加工中,加工工具(广义的刀具)、加工工件与传统的机加工不同,一般不是采用机械力加工,在实习时学生首先会想到加工工具是怎样加工工件的。所以实习指导教师在实习的开始,应首先讲明电火花线切割的加工原理。实习步骤如下:(1)指导教师启动机床,用薄钢板切割一个小五角星演示给学生看。学生发现一根很长的光滑的金属钼丝可以切割钢板时,一定会感到吃惊,想知道它的加工原理是什么。(2)在切割小五角星的过程中指导教师讲解加工的原理,举一个日常生活中简单的电火花放电的例子:我们平时开关电器或插拔插头时,会发现有时有电火花放电,严重时开关或插头的导电部位有被烧的痕迹,甚至掉渣。电火花线切割的加工原理就是利用电火花放电产生的热量使金属被烧腐蚀而起到切割的作用。讲完这个常见的现象后,再讲电火花线切割的加工原理,学生就感到易于理解了。(3)指导教师再讲解机床的操作方法。(4)简单讲解编程的方法,整个过程大约45min。
3多媒体技术在机械工程实训中的应用
随着计算机技术的飞速发展,计算机的多媒体技术和仿真技术已经应用于各行各业。机械工程实训是一种实践教学活动,但是计算机的多媒体技术和仿真技术在机械工程实训中也能发挥重要的作用。由于实训的内容不可能面面俱到,在学生实习完基本的内容后,可利用多媒体技术补充和总结,会起到良好的教学效果。
一、引言
职业技术教育的衔接不仅有文化基础课的衔接,专业基础课的衔接,还有专业核心课的衔接。职业技术教育不同层次的衔接主要是综合素质能力的衔接,中职毕业生在鉴定和认可的课程标准基础上,再通过高职教育教学与实训,得到了自身能力的提高和学习,实现了中职技能型为主的人才教育向高职技术性为主的人才教育之间的转化。这要依靠课程结构和教学内容的重新组合和创新,也有赖于整个教学全过程的整理优化和设计。本文对高职数控专业核心专业课《数控编程与加工项目化教程》课程与中职数控专业核心课程《数控车床编程与操作基本功》课程的教学衔接进行探讨。
二、数控专业中、高职培养目标的衔接
培养目标衔接是课程衔接的前提条件。培养目标是反映某类教育本质特征的重要方面。数控专业中、高职教育在培养目标上有许多共性,都具有特色鲜明的技术性和职业性,都注重学生职业能力或职业技能的培养与训练,注重学生专业理论知识应用能力、专业技术使用能力和职业技能运用能力的培养,但是两者毕竟是不同层次和不同类型的教育培养。
数控专业的中等职业教育是针对数控车床操作这一具体的职业岗位,以培养学生基本操作技能为主体,强调学生掌握数控车床基本操作和专业基本理论,达到初、中级数控车床操作工的培养目标。同时,围绕这一职业要求所必须具备的文化知识、思想品德和职业道德。数控专业高职教育具有面向数控技术这一职业,它高于数控专业中职教育培养的技术型、操作型人才规格,是以职业岗位的技能和知识为导向,以主要获取职业能力和提高整体素质为目标,通过对学生进行严格的教学和实训,培养具有大专以上知识理论水平、掌握成熟的数控技术理论和管理规范、毕业后能胜任本职业岗位的高等应用型人才。因此,数控专业中职教育为数控专业高职教育提供必要的学习准备和职业技能实训,数控专业高职教育是数控专业中职教育的延伸和提升,实现数控专业中、高职教育的合理衔接,即培养目标的衔接。
三、课程主线的确定
中职《数控车床编程与操作基本功》课程以职业岗位所需要的技能和知识为导向,课程的主要任务是培养学生以数控机床为对象,使学生较全面地了解数控车床的基本知识,掌握数控车削加工编程方法、掌握数控车床操作技能等。通过本课程的教学,使学生达到下列要求:
(1)了解数控系统的基本组成等基本知识;
(2)掌握数控车床的特点、工作原理等基本知识;
(3)掌握数控车床的机械结构特点等;
(4)掌握数控车床的手工编程方法和技巧等;
(5)掌握数控车床的基本操作和要点方法。
高职《数控编程与加工项目化教程》课程以职业岗位所需要的技术和知识为导向,课程的主要任务是培养学生具备数控机床操作加工、数控加工工艺分析与编程调试以及数控机床的选用、验收与维护的专业技能。通过本课程的教学,使学生达到下列要求:
(1)了解机械加工工艺过程的一些基本概念,了解机床夹具的组成及作用,掌握工件在夹具上定位分析,掌握工件夹紧的基本方法;了解常用刀具的种类,几何角度,耐用度和寿命,了解工件主要表面加工方法及加工方案;
(2)学会正确选择数控加工内容,掌握数控加工工艺分析方法,学会设计数控加工工艺路线,学会编写数控加工文件;
(3)了解数控刀具系统的种类及特点,掌握数控刀具的选用方法,了解数控机床附件的种类及其使用方法;
(4)了解数控机床坐标系、工作坐标系、附加坐标系及坐标系的原点等基本概念;掌握手工编程、自动编程及CAD/CAM编程原理和方法;
(5)掌握数控加工程序编制方法和步骤、学会进行数控编程的数值计算,掌握刀具补偿的基本概念,掌握手工编程技巧;
(6)掌握数控车床编程基本技巧;掌握数控铣床编程技巧;掌握数控加工中心编程技巧。
综上所述,中职《数控车床编程与操作基本功》课程主线强调基本知识和具有运用、操作数控车床的能力,这是以动作技能为主、有一定心智技能的能力。高职《数控编程与加工项目化教程》课程主线强调基本知识和具有操作数控机床编程操作熟练的能力,这是以技术应用为主的能力,如分析、判断、编程计算和计算机辅助技术应用等技术。
四、课程知识点的衔接
中职《数控车床编程与操作基本功》与高职《数控编程与加工项目化教程》是数控专业的一门核心主干课。中职与高职层次课程知识点具体如下:
中职一共分七个项目二十三个任务:
项目一:数控车床的基本认识。任务一:数控车床的认识;任务二:数控车削加工工艺;任务三:数控车床中的坐标系。
项目二:轴类零件的车削。任务一:外圆的车削;任务二:阶梯轴的车削;任务三:锥面工件的车削;任务四:圆弧工件的车削;任务五:复杂轴类工件的车削。
项目三:槽类工件的车削。任务一:浅槽的车削;任务二:深槽的车削;任务三:V型槽的车削;任务四:圆弧槽的车削;任务五:复杂槽的车削。
项目四:编制螺纹的车削。任务一:连续螺纹的车削;任务二:三角形外圆螺纹的车削;任务三:梯形螺纹的车削。
项目五:盘类工件的车削。任务一:简单盘类工件的车削;任务二:复杂盘类工件的车削。
项目六:套类工件的加工。任务一:简单套筒类工件加工;任务二:复杂套筒类工件加工。
项目七:综合工件的加工。任务一:复杂轴类工件的加工;任务二:配合件的加工;任务三:批量生产。
高职一共分三个工作模块十一个项目:
工作模块一:数控车削编程与加工。项目一:手动车削定位销;项目二:数控车削锥轴;项目三:数控车削球头螺杆;项目四:数控车削轴套;项目五:数控车削球头联轴节;项目六:数控车削椭圆轴。
工作模块二:数控铣削编程与加工。项目一:数控铣削U形槽板;项目二:数控铣削六方模板;项目三:数控铣削凹半球曲面。
工作模块三:数控加工中心编程与加工。项目一:加工孔板;项目二:加工座板。
五、教学方法的衔接
中职《数控车床编程与操作基本功》课程中已经学习的基本内容,特别是数控车床编程的相关内容,在高职《数控编程与加工项目化教程》课程中可以根据具体内容省略、精讲或拓宽加深,如数控车削椭圆轴用宏程序编程加工。其次,数控铣床和加工中心的教学是中职教学的一个延伸和提高,另外,高职针对《数控编程与加工项目化教程》的课程专门设置了2周数控车床实训、2周数控铣床和加工中心实训,这样既在理论学习的基础上,更加强化了动手操作能力和职业素养能力,培养了学生的职业性、专业性、技能性,并且以职业资格证书考核学生技能,如中级、高级数控车工和中级、高级数控铣工等,提升了学生职业素养和技术水平,为其提供了很好的就业前景。
数控专业核心专业课高职《数控编程与加工项目化教程》与中职《数控车床编程与操作基本功》的教学衔接,是核心专业课教学衔接的核心内容之一。本着以培养目标的所需能力和知识,以教学主线为主,教学内容项目化教学,相关知识点也是由浅入深、由简单到复杂、从基础到提高、最后到提升的有机结合,以及在课程实践教学中以技能训练为主过渡到以技术应用为主的综合实训。
要实现中、高职“数控编程”课程的合理衔接,我们要认真分析中、高职课程的现状,依赖多种衔接模式和教学配合,合理开发职业教育数控编程课程的培养目标和教学大纲、合理地进行教材选用,从而提高数控专业核心课程的教学质量,为培养优秀人才提供更好的台阶。
参考文献:
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南京大学出版社,2012.
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社,2006.
[3] 郭仁生.高中职“机械基础”课程的教学衔接研究[J].
数控加工专业的实习,离不开普通机床的实习,所以数控加工专业的实习主要分普通机床实习和数控编程与操作实习两大内容。根据笔者十几年的教学经验,下面分析一下这两部分专业技能的实习内容,希望能给大家带来帮助。
一、普通机床实习
1.重视安全文明生产
安全文明生产对于机械制造行业来说是一项重要的教学管理及企业的生产教育管理项目。对于刚进入校门的学生而言,机械制造行业是一个全新的专业。实习教师虽然每次实习都强调安全文明生产的重要性,但由于学生没有深入到企业生产,没有彻底认识到安全文明生产对于生产加工的重要性。这就需要生产实习教师反复强调,甚至在每节实习课中都要强调需要注意的安全事项,再用多媒体教学,把企业中出现的伤亡事故的典型案例播放给学生。教师或企业生产管理者更应该加工安全生产的管理,作为实习生产的首要工作,让学生养成文明生产实习的好习惯。
2.正确理解机床的工作原理,让学生能熟练操作机床
学生在操作机床之前,要通过老师的讲授、操作演示等教学环节,深刻理解普通机床的组成、机床工作原理、机床的日常维护及保养。教师要做到学生不认识的手柄不要乱动,学生不知道的问题要当时解决。这既是对机床的正确操作的管理,也是对学生人身安全的管理。教师通过演示让学生充分认识和理解机床的各项功能及要求,然后安排学生练习机床的操作。一般前期操作只让学生学会变速、调挡及手柄进刀、退刀的练习,不装夹工件、不安装刀具,更不能进行切削加工。通过这一系列的实习教学,学生们对机床的工作原理有一个初步的认识后,就要反复操作练习。
3.认识刀具组成及几何角度
在机械行业中有这样一句俗语“三分刀具、七分技术”,说明要想加工出合格的零件,除了熟练操作机床,掌握必要的加工技术,还要掌握一定的刀具方面的专业技能。以900硬质合金车刀为例。首先让学生理解硬质合金刀具的特点。硬质合金刀具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,但有韧性差、不能承受较大冲击力等特点。其次是车刀的组成,由刀柄、刀头组成。刀柄是刀具上夹持或车刀的夹持部分;刀头是焊接刀片的部分,由它形成了车刀切削刃的切削部分。其中刀头又由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖组成,即“三面、两刃、一尖”。最后是分析车刀的六个基本几何角度,车刀的几何角度主要由六个基本几何角度组成,即前角、主后角、副后角、主偏角、副偏角、刃倾角。这六个角如何测量,在什么平面内测量,每个几何角度在切削加工时都起到什么作用,都是需要让学生必须掌握的内容。这部分知识是教学内容的重点、难点。
4.刀具的刃磨
学生通过前面对刀具知识点的掌握,就可以进行刀具的刃磨练习。首先要学会选择砂轮的种类。目前,学校或企业生产中常用的砂轮材料有两种,碳化硅和氧化铝砂轮。要让学生了解刃磨刀具不同部位,选择不同的砂轮。要让学生在磨刀之前,了解刀具的几何角度在刀具的什么位置。教师通过演示,对整个磨刀过程的每一个细节,一一讲解。学生练习刃磨刀具需要一个长期的练习过程,切不可急于求成。
5.量具的使用和保养
在机械加工中,常用的量具就是游标卡尺和千分尺。学生不仅要学会正确地测量和识读数值,更重要的是学会爱护和保养所使用的量具。其他量具的使用,在后面实习课题需要使用时再讲授。以上都是普通机床实习最基本实习内容。完成前面的课题内容后,就可以进行有针对性的课题实习训练了。
6.课题训练
以普通车床为例,实习的课题经常有端面、外圆柱面、内圆柱面、锥形面、特形面、螺纹等基本课题的内容。每个实习的课题一般包括以下几项教学步骤:课题中出现的零件轮廓的名词、概念、特点,刀具的刃磨要求,刀具的安装,工件的安装,加工方法,测量方法,注意事项,废品分析等课题内容。这个教学环节是运用所有的综合技能加工合格零件的一个过程,要引导学生能根据图样,独立制定加工工艺,在切削加工中灵活运用切削用量的三要素,保证加工工件符合尺寸精度、表面粗糙度、形位公差等方面的要求。
以上是普通机床的主要实习内容。三年制的学生一般要求实习一年半左右的时间,普通机床实习基础很关键,如果普通机床没有掌握好,就谈不到数控编程的实习。因为数控编程的加工过程全部是利用普通机床实习掌握的技能进行编程加工的,虽然数控加工本身有自己的加工特点,但绝大部分都是普通机床实结的专业技能,由指令代码形式去控制自动加工的。
二、数控编程与操作
数控实习一般是先学习必要的理论编程知识,掌握编程后再进行数控机床操作加工实习。
1.数控编程
首先要让学生学习数控工艺,理解数控加工与普通加工的联系与区别,掌握数控加工工艺的一般过程。其次是学习数控编程。一般数控编程主要学习的数控系统有国产“华中”“广数”、日本“法那克”、德国“西门子”等系统。但无论哪一种数控系统,都有通用数控编程指令和该系统中的特有功能的数控循环指令。实习教学重点放在通用数控编程指令部分,到后期学习数控编程有针对性地学习一种或两数控系统中的特定指令功能即可。其实只要一种数控系统编程掌握的夯实,学生到参加工作岗位后,根据机床说明书的编程格式,很快就能胜任其他数控系统的操作,因为数控编程只是一种指令代码代表不同的功能而已。有条件的学校或企业,可以采用数控仿真软件进行数控编程和仿真加工过程教学。数控仿真软件在实习教学中体现了非常实用的优点:操作安全,降低事故率,数控仿真软件使用逼真,适合实习教学环节。在数控仿真软件使用过程中,不会产生任何实际性的事故,但学生必须学会查找原因,经过反复的编程与操作练习,最终都能在数控仿真软件中编出正确的程序以及加工出合格的零件。这是在实际的数控设备加工过程不可代替的教学环节。
2.操作加工
数控机床的操作加工主要是进行对刀、输入程序、校正程序、自动循环加工、刀补值的修调等内容。数控机床价格一般较昂贵,所以必须谨慎操作数控机床,强调安全,提出加工安全文明生产的要求。通过教师的讲解、演示、总结后,让学生逐步掌握数控操作加工的过程。但必须先把数控编程的内容让学生掌握好,最好是先在数控仿真软件上进行编程与仿真操作加工没有问题后,再进行数控机床的操作加工。
中图分类号:G424 文献标识码:A
数控加工工艺与编程课程是一门专业课程,通过学习本门课程,使学生能应用数控加工工艺编写数控程序。同时,掌握数控机床的操作,并且具有对其它种类数控机床的了解和使用能力。根据以上的要求,从以下几个方面对教材、教学手段、数控模拟仿真教学、实践教学和辅导等方面谈一谈我们的做法。
1 数控加工工艺与编程课程的准备
为了在数控加工工艺与编程教学中取得较好的教学效果,在教材选择、教学手段、数控仿真教学、实践教学和辅导等方面做了许多准备工作。
1.1 授课对象
开设数控加工工艺与编程是机电一体化和数控技术专业的高职班的学生,上课时间安排在第五学期,在学生学过本专业的专业基础课程和部分专业课程之后开设的。
1.2 教材
在教材选择上不强调统一使用一种版本,作法是在选用参考书基本内容的基础上,从工程实际出发,以应用型为主导,加强实际应用部分的讲解和训练。
1.3 教学手段
在数控加工工艺的教学过程中,主要是把机械加工工艺的基本知识和数控加工工艺的相同之处和不同点作比较,使学生充分了解数控加工工艺的特点。制作数控加工工艺的CAI教学课件、工装夹具、刀具与工艺参数的选择以及加工过程等用动画片的方法演示。结合课程内容,在授课开始和教学过程中插播数控加工的教学光盘。从感性上了解所学的内容,了解数控加工的全过程。
教学手段主要有多媒体教学课件,计算机辅助编程软件,计算机数控模拟仿真加工软件和数控加工教学光盘等。通过以上教学手段,使学生更容易掌握数控编程的每一个环节。
1.4 辅导与考核
数控加工工艺与数控编程是实践环节较强的课程,在课堂教学和辅导课中,引导学生自主完成数控程序的编制。考核方法采用理论考试和计算机数控仿真加工两种方式。理论考试为基础知识。数控程序编制考试,根据题目编写加工程序,通过计算机数控模拟仿真加工出工件。这样可以全面地考核学生对数控加工工艺和数控编程的掌握情况。
2 教学方法
数控加工工艺与数控编程课程中,数控加工工艺方面的知识,要求学生应具有一定实践方面的知识和综合运用能力,对这些知识的学习和复习,采用集中讲解要点和分散于后续的数控编程的课程中学习两种作法。如刀具材料和刀具选择的内容放在计算机数控仿真加工中学习,通过选择刀具选项,根据工件的加工要求,刀具与工件的相对运动关系和刀具在机床中的安装位置选择刀具,根据加工工件的材料选择刀具的材料,根据机床,工件的材料、尺寸和刀具等选择切削加工参数。
另一方面,是数控编程,这部分内容对初学者是不容易掌握的,数控程序编制的内容看似容易,但编写出符合加IT艺要求的数控程序,仍然需要时间和数控编程知识的积累,需要认真讲解和示范。
2.1 教学设计
(1)在授课过程中围绕基本知识点的讲解,采用课件的形式可以做到动静结合,将知识点的学习和欣赏现代数控加工结合起来,使学生对这门课程产生浓厚的兴趣、丰富的想象空间和强烈的求识欲望。从教学中学生的反映和教师的教学体会看,很多学生开始是很想把这门课程学好的。但是往往在听过几次课之后,信心就有所动摇,甚至认为不能学会所学内容。怎样解决这一问题呢?怎样使学生能轻松学好这门课程呢?这样就提出了一个问题,怎样能使所教的内容为学生接受,教师在准备讲课内容时,不能一味追求知识点的讲解,而应该把学生对课程内容的理解和掌握放在第一位,特别是在开始讲解数控编程的时候,常用的基本指令和数控编程格式,不要认为简单就一带而过,而应该把数控编程的基础内容讲解透彻,使教学节奏和学生的接受能力相结合。同时,采取课堂互动教学和与学生交谈,指定对象的内容提问,课堂随时小测验等方法。了解学生对所学内容的接受和掌握情况,以此为根据来确定教学进度。
(2)通过实践教学和计算机模拟仿真数控加工仿真,增强学生的感性认识。通过数控仿真加工,测量各部分的尺寸,使学生对数控编程,数控程序调试和数控加工的全过程有所了解。之后在教师的指导下,让学生自己编写简单的数控加工程序,用计算机数控仿真加工并检测所加工的工件的各部位尺寸,验证所编的数控加工程序。通过简单工件的数控编程,会增强学生对数控编程的认识和学好数控编程的信心。
(3)回到课堂教学,对数控指令和数控程序作进一步介绍,就会使学生轻松地跟上讲课的节奏,对后续教学大有好处。在黑板上讲解数控程序,能使学生跟上编写程序的思路,把一个数控指令和使用时的注意事项讲清楚,在学会了一种指令和注意事项后,就能达到理解数控指令和基本应用规则的能力,学会解决问题的方法。
(4)在介绍数控指令时,注意不要把数控指令一下子都介绍给学生,这样效果不好。集中将几个基本的数控指令,一个一个地都搞清楚之后,剩下的数控指令就容易掌握了。
2.2 教学过程的重复
数控程序的编制,数控指令与数控程序段编写中应注意的细节,对初学编写数控程序的学生还是较难掌握的。因此,在这部分的教学中,采用了三步式教学方法。
(1)课堂教学,把要介绍的基本内容,通过课件,观看光盘和录像,讲解等形式,从整体数控加工开始,即观看数控机床加工工件开始,到分散精讲数控指令、数控程序格式和数控程序段的其他相关内容结束。
(2)完整数控加工程序的编制。学生编写用基本数控指令组成的数控加工程序。经计算机数控仿真加工,检验所加工的工件。可加深学生对数控程序整体的了解。
(3)总结学生所编制的数控程序。从以下几个层面分析一个完整的数控程序:①程序层次分明;②内容正确;③工序安排和各项工艺参数选择合理。
在计算机数控仿真过程中还可以了解到学生对刀具的选择情况。在此基础上,可以进一步介绍简化程序指令与使用方法。如单一循环指令和多重循环指令的内容,讨论加工误差的影响因素和其它的内容。如刀具半径补偿,刀具磨耗补偿,坐标系和机床使用与操作方面等内容,使学生了解和掌握数控程序编写的内容和编制方法。
(4)集中实习。一般为两周时间。集中实习可以加深对所学数控编程和数控机床操作的掌握。此阶段分为两步:①计算机数控仿真加工。可以先从数控车削加工仿真学起,在掌握了数控车削加工编程和仿真加工之后,数控铣削加工,数控加工中心加工以及各种电加工方法的加工仿真就更容易学了。数控仿真可以检验和调试数控程序,又可以学会数控机床的操作。②数控机床操作。仿真加工与在真实数控机床上加工,在操作者的感受上是有很大差别的,需要多次示范,重点是要做好手动操作机床的练习,特别是手摇操作和进给倍率转换过程的练习,做好试切对刀操作。在这一教学过程中要特别强调机床操作上的安全。
3 结束语
数控加工工艺与编程教学方法的变革,受益于数控教学软件,计算机数控仿真软件和各种数控机床的投入。有了这些教学媒体和教学设施。如何引导学生把所学的知识综合的应用于数控加工工艺的拟定,加工参数的选择和操作数控机床上。对于初次接触这方面内容的学生仍然是一个难点,要使学生学好这门课程应以基础知识,基本数控指令和数控车床的基本操作为主要讲授内容,有一个好的开端,才能实现学会一点通晓整体的目的。在教学过程中要及时找出和发现的问题,了解学生对所学内容的掌握情况,要经常与学生沟通,要善于总结,掌握课程的教学规律,采取切实可行的教学方式使学生在这门课程的学习中达到熟练应用的能力。这方面还有许多工作要做,在促进教学水平的提高方面仍需要进一步讨论。
参考文献
一、提高教师队伍的责任心
指导教师都应该带有一种很强的责任感,尽职尽责地指导学生参加实习,而且要自始至终地,容不得半点松懈。同时,教师的所作所为、敬业精神也会影响到学生的实习态度,以至于直接影响到学生的学习效果。例如在学生操作机床时,教师要做到不离现场,而且还要来回反复巡看学生的操作过程,发现问题要及时指出并进行讲解更正。
二、加强实践环节
数控技术是现代先进制造技术的主要组成部分,实践性强,因此,在教学中结合专业特点采用的是理论和实践紧密结合的方法,以典型的数控设备―――数控机床为主,围绕数控加工的过程控制开展教学与实践。
2.1理论教学的实践性
在理论教学中,介绍数控机床的基本概念、原理、计算和设计方法,着重阐述计算机数控系统的硬件和软件结构、进给伺服系统、检测装置、数控加工程序的手工编制和计算机辅助数控加工编程等内容。以数控机床为主线,根据加工过程中数控系统内部信息流处理过程展开阐述、由浅入深、循序渐进,理论密切联系实际,并注重机电结合和系统理念,反映当今世界机床数控系统技术的发展前沿。对数控技术的几个重要内容、核心技术和最新技术成果作较为系统、深入的叙述。例如,在讲解手工编程和自动编程的教学内容中,着重强调以下几个方面:(1)引出编制程序的基本功能指令,它是数控机床自动加工工件的基础。首先,讲授数控机床的五大功能指令的作用;其次,介绍每个指令的含义,要求学生能牢记并能正确理解和应用。只有掌握了这些指令的区别与联系,才能选用符合加工要求的指令。例如,在加工中途工件尺寸的检验或排屑,合适的指令只能是MOO和M01。(2)介绍编制加工程序的格式。目前,常用的数控系统有FANUC系统和SIEMENS系统,这两种数控系统程序的格式框架基本相同,但也有一些区别。针对我校的实际数控系统,要求学生熟练掌握FANUC系统和SIEMENS系统的程序格式。(3)通过大量编制程序的练习,达到熟悉编程的方法和步骤,提高程序编制的准确率。当然,对于其他的理论教学内容,比如插补原理、刀补原理、速度控制原理等,尽可能的注意理论教学的实践性。在进行了理论课程的学习后,如果直接通过实际操作来验证程序的实用性,在学生没有实践经验的前提下,应该说是非常危险的。因为,虽然在实习老师的指导下操作机床,但因缺乏经验,熟练程度欠佳,可能会有不正确的操作,造成刀具和机床损坏。因此,在实习环节之前增加数控加工仿真系统的学习和练习对更好的掌握这门技术非常必要的。
2.2实际操作训
练有了前两个环节,使学生较好的掌握了编程方法,通过仿真验证了程序的准确性,接下来的实践环节,就是让学生在实习教师的指导下动手加工零件。
目前,数控机床给机械制造业带来了巨大的变化。数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术,计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技术敏捷制造和智能制造等,都是建立在数控技术之上。数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率的必不可少的物质手段,也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。新世纪机械制造业的竞争,其实就是数控技术的竞争。基于数控技术在机械制造业的重要性,学校陆续在机械类专业开设了数控课程但由于教学条件的限制,许多只能讲授理论知识,而不能理论联系实践。既不能培养学生的实际应用能力,如数控编程能力、数控机床的操作能力及系统的维护能力,也不能培养学生数控技术的开发能力。这样培养出来的学生毕业后走上工作岗位就不能独立完成在数控技术的应用的任务。因此,如何改善和提高数控技术课程的实验环境,使学生能学有所练、学用结合,是数控技术教学工作面临的一个非常大的难题。
综上所述,数控技术课程是一门实践性很强的课程,离开实践,就谈不上素质,实践是知识转化并升华为素质的根本条件。要想达到理想的教学和实践效果,仅在课堂上实施全方位的教学是不够的,还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的数控设备价格的因素,我们选定了一种能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的MasterCAM软件。利用该系统,我们做了如下工作:
一、利用MasterCAM进行手工编程,并进行程序校验
数控程序的手工编制是计算机自动数控编程的墓础,应用计算机进行数控加工自动编程最终也还要经过后置处理转换成NC程序代码。作为数控技术人才,不仅是数控技术的应用者,更应该是数控技术的开发者。因此要使学生知其然并知其所以然,手动编程是学生熟悉并掌握NC程序基本原理的一个重要途径。但数控指令枯燥、不易记忆,编写的程序又不能得到实现,学生学习的兴趣不高,也得不到应有的实际动手的训练。同时对同一零件编程,学生编写的程序会有多种,老师批改作业、检查学生掌握情况也十分困难。这一难题在MasterCAM系统中就迎刃而解了:只要将NC代码输入该系统,通过加工轨迹校验,NC程序的结果就非常直观地仿真出来了。
二、设置工艺参数,定义零件加工工艺
利用MasterCAM系统中的CAD绘图建模功能绘制生成三维零件模型,或利用该系统提供的数据接口将在其它CAD系统中做好的零件模型,然后综合运用所学过的如《机制工艺》、《金属切削机床》等课程的相关知识,选择合适的加工工艺方法,安排零件的加工工序,确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后,该系统便自动计算出机加工余量,并动态显示出和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码,省去了人为编制NC程序的烦恼。这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来,使学生觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥,在数控技术课程中达到了融汇贯通,并在计算机上变得生动、形象起来,巩固了学生的加工工艺方面的知识,强化了利用Mastercam系统数控教学的效果。
三、利用MasterCAM系统,对计算机计算的刀具轨迹进行模拟仿真
MasterCAM特有的模拟仿真功能,可以进行三维动态仿真加工,每个学生都有模拟加工的机会,省时间、省材料、省投人。在仿真过程中,刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工,学生可以直观地掌握数控加工的过程,判断刀具轨迹的连续性、合理性,是否存在刀具干涉、撞刀等情况,计算机计算是否正确,加深了学生对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。通过对照加工后的结果,学生明白了不同的刀位轨迹,其加工结果有很大的差异实质上,加工刀具轨迹定义的合理与否,与学生对零件加工工艺知识掌握的熟练程度有密切的关系。学生可以发挥自己的创造性和综合能力,对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹,实现虚拟设汁与虚拟加工。
四、利用MasterCAM系统将刀具轨迹转换成数控加工程序,通过计算机机床接口传送,并控制数控机床进行实际加工
前面所做的工作均是在计算机上进行的,学生还很难将NC程序和实际的加工联系起来,总的理解是停留在理论知识上,感性认识不足,实际应用能力的训练环节很不够。因此在条件允许的情况下,让学生将零件的NC程序通过数据接口传至数控机床,控制机床进行加工。在这个过程中,NC程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用。作为数控技术人才,应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识,并得到相应的动手能力的训练.
数控实验室的功能应该是多方面的,可以进行科研项目研究,提高教师自身的业务水平,同时为生产科研服务,并积极开展对外技术培训和技术服务,以及承接加工任务等,从中获得一定的经济效益,用以改善实验室的条件、促进正常的教学科研活动。
参考文献
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以《数控车编程》的理论教学为例,学习内容较为抽象多数学生在学习过程中都像是在听天书,学不懂学不会造成恶性循环使很多学生放弃学习这门课程,而《数控车编程》这门课却是数控专业中极为重要的课程,传统的课堂教学模式很难解决之一问题,使很多老师与学生都极为苦恼。我校为解决之一难题使学生学的懂学的会,于2005年建立了数控仿真实训室有效的解决了之一难题,在课程计划中可以安排课堂教学30%实验教学70%,在课堂教学上采用多媒体教学方式应用数控仿真软件一边讲解一边应用仿真软件演示操作,在教学中可以应用数控仿真软件讲解控制面板及各功能按键的意义和使用方法,消除学生对数控机床的陌生感,通过软件可以演示上件、换件、对刀一系列的操作过程使教师可以很好的讲解在操作过程中的注意事项这样也为实训操作打下了基础,学生在学习过程中有时很难理解指令对刀具的控制,数控仿真软件带有的显示刀具轨迹功功能可以形成刀具加工轨迹使学生很明了的看到指令对刀具的控制,有助于学生学习把抽象的问题直观化。
在理论教学的实验环节,学生进入数控仿真实验室应用数控仿真软件,按照老师给定的图纸进行编程然后输入到仿真软件中进行仿真加工,让学生自己动手操作在这期间学生不但可以跟为熟练的使用数控操作面板,同时对数控加工过程如对刀、换刀、上件、换件等实际加工内容有了较为深刻的认识。应用数控仿真软件自己编辑程序加工工件可以加深学生对编程指令和编程方法的认识,在这过程中发现问题老师及时帮助解决。实验环节不同于实训教学,学生一系列的操作都是在电脑上面完成不像机床操作那样危险性较高,学生可以大胆尝试激发学习兴趣开拓思路,学生应用仿真软件加工出工件,使他们产生成就感消除学生学习编程课的畏惧情绪使他们更好的学习《数控车编程》课程,有效的解决课程抽象难懂的问题,使更多的学生学的懂学的会。