数控机床是计算机在 《数控机床计算机编程及切削加工》实验教学的改革与实践

　　摘要：数控技术是非常重要的现代制造技术，以往的数控实验内容单一，不适应课程的发展和人才培养的需要。本文针对我校实验教学中的问题及教学条件，从实际出发，从实验内容的补充完善、实验步骤的规划、实验形式的多元化等方面提出了有针对性的改革方案和实践措施，并在多轮实际教学中进行了实践，达到了预期的实验教学改革目标。
　　关键词：数控机床；切削加工；实验教学；教学改革
　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0112-02
　　实验教学是工科专业教学培养体系中一个不可忽视的内容，是为大学生将来毕业后从事技术、教学或科研工作打下坚实基础的关键的环节[1]。长期以来，许多工科院校的工科专业都不同程度地存在着重课堂、轻实验的现象，造成的直接后果就是学生动手能力差，分析问题、解决问题的能力薄弱。目前，该问题已引起高等教育界乃至于全社会的高度重视。为此，许多高校大刀阔斧地进行人才培养模式的改革，加强实验教学环节，注重培养学生实践创新能力，已成为各高校教学研究探索的重要内容之一。我校自2006年以来，也加大了实验教学的改革力度，希望设计和开发既能反映各门理论学科的知识，又具有相互关联的系统的实验课程，以便更好地培养和提高学生的实践能力、综合能力和创新能力，树立工程意识，提高实践动手能力。数控加工是在传统机加工基础上发展起来的新型制造技术，并且已成为目前主流的高效、精密加工技术，其理论教学与实验课程已在各工科院校的机械类专业普遍开设，并日益受到重视[2-4]。我校的机械工程专业实验中心担负着机械工程专业本科生的实验教学任务，同样对数控实验给予了高度重视，并进行了积极的改革探索，已取得良好的实验教学效果。
　　一、原实验存在的问题和改革目标
　　原先设置的“数控加工编程”实验隶属于理论课程，实验内容简单，学生以观摩为主，缺少主动参与的机会，属于验证性实验，学生普遍积极性不高，甚至小部分学生只是迫于学时安排走走过场，达不到预期的教学效果。在此背景下，机械工程专业实验中心以大连交通大学2010版培养方案为指导，依托学校的现有实验条件，对原实验进行了大胆的改革，力求满足新版培养方案的要求和人才培养的需要。将之由隶属于理论课程的地位提升为独立的实验课，补充实验内容，优化实验方案，随之其实验性质也由验证性自然而然地上升为综合性，并更名为《数控机床计算机编程及切削加工》实验，该实验包含了“机械制造基础”、“机电传动控制”、“数控技术与编程”等专业基础课程的内容，并将设计、工艺、刀具、编程、数控、实际加工等知识有机结合在一起，能够真正体现“综合”的特点，力争达到既能让学生加深对相关课程内容的理解，又能够体会各门知识之间的交融贯通，同时锻炼和提高学生的动手能力的目的。
　　二、采用直观方式激发学生的学习兴趣
　　《数控机床计算机编程及切削加工》是一门理论与生产实际紧密联系的实验课，其目的就是让学生通过实验课，初步掌握一个待加工零件从图纸到产品成型的整个数控加工过程。整个实验过程中涉及到的专业知识很多，如《机械制图》、《机械制造》、《PRO/E造型设计》、《PRO/E数控加工》、《机械加工工艺学》及《加工中心的操作》等，尽管这些课程之前学生几乎都已经学过，但掌握的都是各门课程的独立的知识，如何在一个具体的实验过程中将这些知识内容综合运用，并完成一个完整的加工过程，对学生来说既是一个从未有过的尝试，也是一个具有相当难度的挑战。因此，要想达到既定的实验目标，就要求对实验课进行精心设计和悉心指导。在实验开始之初，指导教师给学生用PPT展示一些三轴、五轴数控加工复杂零件的实例，通过数控加工的VCR，一是让学生对数控加工有一个感性的认识，二是（也是更重要的）让学生对数控加工技术产生强烈的好奇心。很多学生提出：就我们所学的知识能做得到吗？当听到指导教师肯定的答复后，学生们脸上便会涌现出兴奋的神情，跃跃欲试，急于上手去取得“成就”，这样激发的兴趣为实验效果提供了切实的保障。
　　三、让学生参与的具体实验内容
　　为了充分体现理论与实践的紧密联系，在实验内容的安排上，选择了不同企业生产的多个实际产品，作为学生的实验操作对象，并要求该产品具有一定的难度，如某阀门厂生产的阀体、阀盖的模具等。做到在实验开始前，组内每个学生各自拥有不同结构形状、不同尺寸的工程样图，作为实验的原始依据。这样可以保证每个学生都有自己独立的实验部分，也就是保证了实验课的效果。下面就一个学生所作的一个完整实验为例进行简单说明。第一步：给出待加工的模具零件样图，分析零件图，了解零件的各部分的结构及尺寸。第二步：根据零件图用PRO/E进行三维实体造型设计。第三步：在PRO/E环境中，进行模具设计。第四步：编制加工程序进行模拟加工。第五步：利用实验中心的数控加工中心加工进行实际加工。包括：进行零件加工程序的传输；装卡毛坯，建立工件坐标系；启动机床，完成零件加工；检验零件的尺寸精度等。为节省篇幅，在此略去用分型面分割体积块三维图、模具爆炸图、仿真加工图和数控加工编码等。
　　四、《数控机床计算机编程及切削加工》实验课改革采用的多种教学形式
　　在实验内容进行改革的同时，在实验形式的改革上，专业实验中心也进行了有益的探索，如在实验中加入了开放式、远程式、模拟操作系统仿真加工等多种实验方式。由于实验内容丰富充实，并且有一定的难度，因此在实验课规定时间内，学生很难将实验内容全部完成，实验中心采取的方式就是在实验课之外的时间对学生开放实验室，以便学生有充分的时间和条件完成实验任务，既保证了实验课的质量，又有效地提高了实验室现有资源的利用率。同时，还采用远程教学方式，学生可以不必身临现场，将出现的问题直接在网上与实验教师进行沟通，并能够将加工程序直接传输到加工中心进行加工操作。另外，为了更好地指导每个学生进行实际操作，加工中心配置了四台HASS系统的模拟操作系统，在软件仿真加工的基础上，再进行加工中心的模拟操作，这样便可以在确保无误的情况下，由加工中心加工出自己设计的产品对象。
　　五、实验效果
　　在整个实验过程中，要求学生自己参与动手操作的内容繁多，如用PRO/E软件设计造型、制订生产加工工艺路线、选择合适的刀具、仿真加工、实际加工操作等，涉及到的知识面广、知识点多，对于没有实际工程背景的学生来说，的确是一个挑战。为完成实验任务，学生需要去回顾以往学过的各个知识点，并思考如何将之有机结合，以便解决实际遇到的问题。可以说，《数控机床计算机编程及切削加工》实验课已成为一门理论与实践相结合、动手与动脑相结合、发现问题与解决问题相结合的课程，有助于培养和提高学生的实践能力、综合能力和创新能力，不仅让学生产生一定的成就感和自信心，而且也让他们对自己所学的专业产生浓厚的兴趣和自豪感。正如有许多同学在实验报告中写到的那样，希望今后在机械工程及自动化专业上能有所作为。
　　参考文献：
　　[1]曾红，李卫民，李铁军.机械工程实验教学的改革与实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2008，10（5）：105-107，127.
　　[2]毛瑞卿，马西良.《数控加工工艺与编程》课程的教学实践与探索[J].科技资讯，2008，（35）：181.
　　[3]吕宜忠，宋英超.《数控加工与编程》课程教学改革探索[J].科技创新导报，2011，（22）.
　　[4]杨保成，苟建峰.《数控加工工艺与编程》教学技巧探讨[J].四川工程职业技术学院学报，2011，25（2）：83-86.
　　本论文工作得到了“2009年度辽宁省高等教育教学改革研究立项项目”和“2011年大连交通大学教学改革研究立项项目”的支持和资助，对此，表示衷心地感谢！