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数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的技术底层平台,它是提升产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段,也是国防现代化的重要战略保证。随着机电一体化技术的发展,数控机床的使用正越来越普遍,而数控机床的使用和维护都需要专门的技术人员来进行,因而需要大批懂得数控编程和数控机床加工的工程技术人员。
数控机床教学包括数控加工过程中有关工艺分析、数值计算、基本编程功能指令等,数控编程是一门对学生科学思维要求很强的专业技术基础课,这当中数控编程特别重要,其中的数值计算牵涉到学生的数学知识,特别是基点计算,计算量大、复杂,对中等职业学校学生来说有些困难,必须要有一种简便、明了的方法才行。经过较长时间的摸索、研究,将有关常用基点计算归纳为十分简捷的数值计算方法。教学实践证明,这些方法学生能很快掌握,且计算过程迅速准确,出错率低。
基点是指各几何元素间的联结点。而直线与圆弧是构成零件轮廓的最基本的几何元素。与直线或圆相关的基点计算,包括直线与直线相交、直线与圆相交或相切、圆与圆相交或相切,以上基点计算通常均需采用联立方程求解的方法完成,而作为二次曲线的圆方程,联立求解则过程甚繁。改进的方法是,若能利用几何元素间的三角函数关系,则可避免求解联立方程。为了确定几何元素间的三角关系,学生必须先正确作图,处理过程很繁。这样就产生了以下要说明的简便计算方法,学生用计算器即可迅速完成计算。类型分别介绍如下:
类型1.直线与圆相切求切点坐标
相对于“±”符号前点坐标位置确定的。所有计算均假设水平轴为轴且向右为正,垂直轴为y轴且向上为正。后面各类型计算中,正、负号判断与此方法全同,故不再说明。
类型2.直线与圆相交求交点坐标
类型3.两圆相交求交点坐标
对于哪一点计算。
有关数值计算方面,还包括非圆曲线节点计算与列表曲线节点计算,通常只能采用计算机辅助计算完成或直接使用自动编程软件。随着数控机床的发展和信息集成的需要,从单机CAD/CAM到FMC、FMS以及CIMS,无不对数控机床起着基石的作用,特别是CAM的使用,将使数控机床的技术更上一个台阶。我们在熟悉了数控机床的单机使用后,MASTER CAM软件的使用可使我们对数控机床的应用有一个质的飞跃。
数控编程在数控机床学习中较为重点,数控编程实践性很强,除了让学生掌握一些数控编程代码(语言)外,要通过实际操作来加强感性认识。它也牵涉到其它相关专业知识,如数控机床的组成、特点、工作原理、代码、加工工艺、测量技术、编程知识及机械制图知识等。学生首先应能看懂图纸,会根据图纸分析出零件的特点及技术要求。更重要的是制定加工工艺,如果加工工艺不正确,加工出的工件误差会增大,甚至会报废,所以要注意培养学生在这方面的能力。
要重视让学生学习普通机床操作并掌握加工工艺。因为普通机床的加工是数控机床加工的基础,普通机床工艺技能的掌握对数控技术的掌握有很大的促进和帮助作用。笔者在教学实践中就深有体会:凡是普通车工技能掌握好的学生,在数控加工的编程和操作中会有明显的优势。比如在数控车床上加工螺纹,加工时一些具体的工艺问题、技术技巧问题,目前研制的数控系统还没有“考虑”得那么细致,也不可能面面俱到,这此问题可通过加工人员在编程中处理解决。加工人员在编程时,必须把自己的一些加工经验融会到加工程序中去,才能比较妥善地、合理地解决这系列的问题。如果对普通机床操科不好的学生,直接到数控机床上车削螺纹,就会因为经验不足而出现很大的问题。因此要重视传统金工的基本技能训练。过分重视数控编程操科与理论而忽视传统金工实习的做法是不科学的,将会直接影响数控加工专业学生的综合能力。
在掌握零件加工工艺后,熟悉数控编程指令的基础上,可先让学生自己制定加工步骤,然后找出几个典型,进行讨论、分析,让学生提出优点及不足,然后教师再综合这个方案的优点提出一个合理的加工步骤。这种方法效果很好,能培养学生的思维能力及分析问题、解决问题的能力。同时也能加深学生对这个工艺的正确理解。教师指导学生装夹工件,指明欲加工的内容和将要使用的刀具,用单步运行的方式逐段运行程序,可收到事半功倍的效果。
参考文献:
[1] 姜家吉,严烈.MASTER CAM从入门到精通[M].北京:电子工业出版社,1993.3.
[2] 廖效果,朱启述.数字控制机床.武汉:华中理工大学出版社,1992. 5.
[3] 王贵明.数控机床实验指导书.浙江工业大学,1997.4.
一、存在的问题
对与实训的学生而言,在短时间内要掌握基本的编程和操作的技能是有一定难度的,在数控机床的实训期间,存在的问题首先就是技校学生的基础差,在进入技工教育学习之前,学生都是停留在初中或高中书本知识的学习上,对于理工类,尤其是机械专业真正要求动手的练习接触甚少。
首先,就是学生是参差不齐的。在实训期间,进行的统一的大班教学,由于学生的接收程度的差异,接收速度的不同,所以教师在进行教学的时候不能统筹兼顾到每个学生的情况,导致学生的接受不明朗,在进行实时操练的时候出现一系列的问题,不能达到预期的实践的目的。
其次,就是现今学生大都缺乏创新思维,在实训的时候以接受老师的教学为主,没有自己的思考。老师教学是从最简单的面板操作开始,每个步骤都板书在黑板上,学生就笔记逐句的模仿来编写程序,没有搞懂原理,也没有自己的理解,这样会在短时间内忘掉,达不到教学的目的。还有就是教学以应试教育为主,在教师的教育过程中,都是以学生最后能够得到的分数为主要的目的,并且学生能够考试及格就好了,并不考虑其背后所要求的创新能力。
二、针对于问题的教学方案的改革措施
1.采用“一分三”的教学方法
由于一个班级学生的人数较多,在教学过程中造成了老师不能很好地掌握每个同学的接受程度,所以可以将学生分为三部分:第一部分由理论编程的老师带领,在教室进行小班的编程教学,使每个同学有机会向老师提问,在老师在黑板上写下了例题的编程的答案时,不是一味地去抄袭,而是理解。让每一个学生自己编一个程序,甚至让学生自己设计图纸自己编程,然后单独指导他们进行程序的修改,并在此过程中得到学生独立的创新能力的锻炼。第二部分进行计算机辅助编程的学习,熟悉各个编程指令代表的是什么含义,如G54、G01、G02等,在进行编程时所需要注意的操作规则,采用实体教学的方法,使学生形象地接收各个书上抽象的知识点。在这部分教学中,提起了学生的兴趣,对于初次接触到数控机器的学生来说这无疑一个很好的机会,所以他们都会很认真地学习,并且是小班的教学所以每个学生都有机会在老师的指导下亲自操作机器,了解操作的要领,并熟练地掌握。第三部分进行的是机床的操作,机床的操作包括选刀、装刀、对刀、加工等操作,这些都是有一定的技术性要求,并且都带有一定的危险性的。在手动对刀的时候,刀具和工具的位置的要求一定要对准,并且是在对好刀之后才开始进行自动加工,所以对的位置要准,否则会有危险发生。在三个部分中,这个部分要求的动手能力是最强的,在这个部分学生的高度参与都将使得他们对于数控机床的工作原理有着很好的理解,并学习到掌握到以后的工作中所需要的最基本的操作要求。
2.采用先慢后快的教学速度
针对于不同层次的学生的存在,以及学生是第一次接触到数控和机械。在有了一定的识图基础的学习之后,学生对于各种视图有了一定的了解,但在一开始接触到零件的加工的时候还需要老师从最基本的知识和操作开始给他们教学。数控机床可谓是机床中的高端机械,在此之前可以适当地普及普通机床的知识。在一开始的入门知识教授好了之后,可以适当地提高教学速度,针对于第一点的分组教学,可以考虑到将接受能力强的学生安排在一个组,将接受能力稍弱的学生安排在另一个组。在教学时主要先将接受快的组带动起来,再让这组同学辅助老师带动其他组同学一起学习。这样可以充分的资源优化配置,可以在快组中多进行知识的拓展和创新能力的培养,而对于稍慢的组则注重基础的扎实,这样快慢相结合,先慢后快的教学方案有利于针对于实际情况的分析,因人而异地施教。
3.注意应试和素质教育的结合,着重于学生的创新能力培养
在21世纪,最主要的就是创新。而教师营造良好的学习氛围,以充分鼓励和信任的态度支持学生们新奇的想法,激发他们的创作热情,使他们多思多问,敢于质疑。可以在教学过程中,采用启发式、关联式、讨论式、逆向式等教学方法,再用好的语言进行教学。在编写程序的时候,可以给学生一个想象的空间,不给定零件的具体形状,而只是大概的功用,让学生自己设计零件的形状,然后再自己编程,交由教师审核,看是否有可行性,并加以指正。在编程课上可以让老师写一个程序,而后让学生就这个程序画出零件的形状,而后让同学进行实地操作,加工出自己设计的零件和老师编程的零件,观察其准确性,而后进行综合评价。
关于应试教育,在这个大的时代背景下是不可避免的。但是,素质教育应该占据主体地位,在创新性的培养过程中就是素质教育的要求,但是应试教育又在其中得以实行,所以对于数控机床的实训教学可以采用二者结合,以创新思维培养为主的教育方式。
三、总结
数控机床在机械加工中占据的地位使得技校学生的实训教学应该要充分给以重视,而又针对于现行的教学方案所带有的固有缺陷充分地认识并进行改革。在教学背景下,着重于素质教育,能够看到教学中的学生的现状和彼此之间的差异,而后采用分组教学,教学时先慢后快,充分利用资源。教师在教学过程中给学生足够的空间来思考,提出问题,真正地掌握数控机床的操作技巧。
参考文献:
\[1\]项目教学法在《数控车床操作与编程》教学中的应用.科技创新导报,2009,(14).
\[2\]项目教学法在数控车床编程与技术加工中的应用.新课程研究(职业教育),2011,(3).
\[3\]基于数控对刀的项目教学法研究.中国科技纵横,2009,(12).
【基金项目】本文系浙江省高等职业教育研究会项目“资源节约型数控实训基地建设思路与设计”(编号:浙高职[2015]10号)的研究成果。
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2017)26-0048-02
机械制造业是国民经济的支柱产业,关系到一个国家的综合国力,现代制造业正在发生巨大变化,我国有着巨大的市场潜力和劳动力资源,并日益成为全世界机械制造业中心,数控技术应用在这种形势下当大有可为。作为浙江省乃至全国领先的制造业大区,杭州市萧山区工业经济总量一直占杭州市的1/3左右。随着传统制造业制约因素不断增加,如何打造工业“升级版”成为摆在萧山这个工业大区面前的现实问题。面对转型“阵痛”,萧山区委、区政府提出,将把萧山区建成国际制造业基地,走新型工业化道路,这些新形势对技术技能型、知识技能型、复合技能型等新型的各类人才在数量与质量上提出了新的要求。我院位于萧山大江东地区,和区域内许多制造企业有着良好的合作关系,在机械加工和制造业面临挑战同时,也给我院数控技术人才培养提供了不可多得的发展机遇。
一、现状分析
在数控技术人才培养过程中,主要通过创新教学环境,扩大校内外实训室和实训基地建设,完善实训设备数量和教学质量,突出技能训练在教学中的重要作用,重视教学环境与企业实际生产相对接。因此基于生产型普通机床、数控机床构建数控实训基地已经成为业内的广泛共识,生产型机床优势是与工业接轨,刚性强,性能可靠,效率高。构建模拟化工厂式的实训基地,适于实习、实训,便于就业。
但是生产型机床劣势是场地占用大、设备昂贵、耗电耗材多、设备封闭。许多院学校现状是以下几个方面:①投资大,许多学校买不起足够数量的设备;②运行费用高,买得起但用不起;③安全隐患大,学校承受的压力大;④资源浪费严重。
如何在资金投入不足的情况下培养出高素质的数控人才,解决数控机床数目不足、场地不足、运行费用不足,是我们需要解决的问题。
二、资源节约型数控实训基地建设构想
在资源节约型数控实训基地建设思路上,前人主要以日常建设和管理时节约材料、降低实训成本为主,而我们的设想是以下两点:(1)引入小型数控机床;(2)引入小型普通机床。通过小型机床与工业机床的优化组合,可以在同样的资金投入下确保设备台套数成倍增加,在同样的实训场所可以放入更多的实训机床。将小型机床引进教室,构建立体化教室,能够大大提高实训时间和学生学习兴趣。
三、资源节约型数控实训基地思路与设计
1. 实训基地设计
目前,我们的数控理实一体化教室一般是将教室放在数控机床、普通机床实训室边上,或者直接将教室置于实训室内。在学习过程中,一般是先进行理论部分的讲解,再到机床上进行教师的示范操作与学生的实际操作与加工。这种教学模式存在几个问题,一是在进行理论部分讲解时仍然是脱离机床,对于我们的高职学生来说,有些时候理论讲解时间过长,内容过于枯燥和抽象,他们的注意力大都仍然喜欢集中在操作示范上;二是在操作示范的时候一个老师示范,几十多个学生要观看,真正能观察到的只有靠近教师的几位学生,所以对于大部分同学来说比较能集中注意力的观察学习也容易缺失,那么有时候老师会进行分批或者多次示范,导致教学效率低下;三是设备少,一个班的学生需要分组轮流进行,根据实际设备数量多少,每组至少四五人以上,一般操作过程中两人会互相监督与学习,剩下的同学就会闲着,导致学习效率低下;四是从整个教学内容上来说,有些项目并不需要很大的生产设备,比如初始的设备面板操作、入门的简易零件加工、与前面零件有对比工艺内容不大的零件加工等,会造成教学效率低和实际材料消耗的浪费。
因此,如何高效地开展教学做一体化的数控类专业课程改革,有效解决教学效率低、材料消耗大、场地占用大,教学效果差等问题,是我们建设资源节约型数控实训基地的目的。我们的设计是,将小型数控机床、普通机床引进教室构建立体化教室,微型或小型数控机床体型小但仍然具有金属件包括钢件的加工能力,但每台设备的费用比工业机床低几倍,因此可以在同样的投入下购置更多数量的数控机床。用小型机床形成专业的理实一体化教室,学生和老师都在微型或小型数控机床前进行理论知识的讲解,老师和学生可以随时地亲密接触机床,能有效并长期地吸引学生的注意力;同时注重生产实际,与原有的拥有工业机床的实训车间相结合,进行相应的项目操作。大致的实训室方案如图1所示。
2. 实训教学改革
在此资源下,我们可以采取以下措施。
(1)在机械制造基础专业课程中引入普通小型机床,大大提高对基础知识的掌握。在数控编程、工艺训练、机床加工、机床机械结构装配等内容中全部融入“实操”;大大提高全体学生的实训时间。
(2)能比较有条件的从原理验证、工艺训练、加工实训等多角度开展训练。
(3)在数控类课程教学中提高学生的学习兴趣。可以提高实训时间、减少理论教学时间;进行相关教学项目改革,提高项目的趣味性。
(4)进行多学科的融合发展,使学生在较短的时间内掌握足够的理论知识和较高的技能
3. 预期效果
我们希望通过建设资源节约型数控实训基地,能够实现以下效果。
(1)提高数控设备的数量,丰富设备类型;减少学生空闲时间,提高教学效率
(2)减少材料的消耗,大大降低实训成本
(3)结合资源节约型数控实训基地,开发新的的教学做一体化教学资源,注重专业知识、专业技能和职业素质培养,开展丰富的、趣味性很强的实训项目。
参考文献:
一、课堂教学和实习教学分开的弊端
一是理论和实习教学不在同一场所,教学课题在时间上很难同步,出现教学内容脱节、学生早学易忘等现象;二是理论和实习教师不由一人担任,学生不能将理论和设备的操作过程紧密有机结合,教学质量及教学效果差;三是理论教学方式单一,造成学生难学、难懂,甚至厌学;四是课程实践性强,理论教学时不能进行示范性操作指导,也不能动手演示。例如,理论教师在黑板上讲授车刀的对刀方法和程序子菜单时,学生就很难接受和理解;五是理论教学和实习教学的数控操作系统不统一。
二、一体化教学的必要性
一体化教学是由同一位教师承担,在教学场地、教学内容、专业理论教学与实践技能训练上融为一体,更好地将理论与实训有机的结合起来,提高教学效果。例如,在讲授编程指令(G00、G03、M03、F50与F200差别等)时,边演示边讲授,学生一目了然,很快就掌握了常用的编程指令。因此,理论实习操作一体化是必要的,是目前提高学生技能的必然趋势。
三、一体化教学的可行性
一体化教学对教师提出了更新更高的要求,教师必须是双师型。在目前的情况下,大多数学校都创造了条件,具有一定的可行性:一是我校对数控设备投入较大,配备了数控车床、加工中心、线切割、数控铣床,在设备的数量和实习工位上基本可以满足教学需要。二是经过引进和培养,拥有了一批数控专职教师,在师资力量上符合要求,可以胜任一体化教学。
四、一体化教学重点环节安排
1.理论与实习时间安排
在一体化教师比较紧张的情况下,可由一位教师任2个班级二门专业课程,但应该安排2个班级同时实习,1个班级进行普通车床实习,另1个班级进行数控车床实习,解决教学时间上的矛盾。
2.《车工工艺学》和普通车床教学安排
(1)要求学生理论联系实际,掌握一定的普通车床操作技能,基本达到中级车工水平,积累了刀具刃磨、切削用量及操作技能等方面的经验,为数控实习奠定基础。
(2)一体化教学重点:车削入门及基本原理,车床操作、刀具的角度与刃磨、工件的校正和测量练习,车削外圆、端面、阶台和钻孔,普通机床一级保养,切断和车沟槽,车削圆锥面,钻、镗、铰圆柱(锥)形,复合作业,车削螺纹。
3.《数控车床编程与操作》与数控实习教学安排
(1)一体化教学要求:数控仿真教学软件讲授编程方法与技能,掌握西门子、广州数控等数控车床操作系统,重点是掌握华中世纪星、法那克操作系统、编程指令和操作方法,能独立编程并完成较复杂零件的加工。
(2)一体化教学重点:数控加工原理和基本知识,数控机床结构讲解与见习、各系统对刀原理,编程指令讲解与实训,各系统面板的熟悉,对刀方法及一般轴类、套类、盘类零件的编程加工(实训操作)。
关键词: 数控机床 一体化教学 实践与研究
一、引言
随着机电一体化技术的发展,数控机床的应用已经日趋普及,现代装备制造业普遍采用数控技术。随着数控机床的大量使用,社会急需大量掌握现代数控机床编程、操作、维修的技能型人才。数控机床是数控专业一项非常重要的课程,这门课主要培养学生的动手能力,而现有的教材很难贴近学生在生产实践中的需求。实行一体化教学可以充分利用现代教育技术,将理论、实习、实验等教学内容一体化设置,讲授、听课与实习操作等教学形式一体化实施,教室、实验室与实习场地等教学条件一体化配置,知识、技能与素质等职业要求一体化训练,从而很好地解决生产与教学相互不关惯的问题。
我校从2002年起开设数控专业,当初设备极其简陋,随着新校区的建设,我们添置机械设备,特别是数控机床,现在有数控车床5台、数控加工中心1台、数控铣床2台、数控线切割1台、电火花加工机床1台及相关模具。这已不能满足当前的需要社会科技的发展越来越快,校企合作的趋势越来越显得重要,而现在的教学模式已不能满足当前的需要,所以需要建立一种与企业相适应的教学方式方法。
二、一体化教学方法
一体化教学是学习借鉴德国双元制、国际劳工组织MES等教学模式,结合中国职业能力建设的实际,形成的具有中国特色教育教学模式。探究性学习、合作学习、建构主义等学习理论是一体化教学模式的理论基础,一体化教学模式是探究性学习、合作学习、建构主义等学习理论在教育教学实践中的具体运用,是国外职业教育本土化的结晶。
具体来说,一体化教学是一种融知识传授、能力培养、素质教育于一体的全新教学模式。以“能力本位”为指导,将理论教学与实习训练有机结合在一起,理论实践一体化教学法,该教学法打破了理论课、实验课和实训课的界限,将课程的理论教学、实践教学,生产、技术服务融于一体,教学环节相对集中,由同一教师主讲,教学场所直接安排在实训车间,师生双方边教、边学、边做,理论和实践交替进行,直观和抽象交错出现,没有固定的先实践后理论或先理论后实践,而是“理中有实,实中有理”。突出学生动手能力和专业技能的培养,充分调动和激发学生的学习兴趣。在教学内容上,将理论知识与实习训练合二为一、组成新的模块进行教学。
三、一体化教学的流程
一体化教学应当按照一定的操作程序进行,尽管专业和学科的不同,在操作细节方面存在着一定的差异,但总体上具有一定的共性,即具备基本通用的操作流程。一般的,一体化教学应遵循以下流程进行。
1.课前准备
一体化教学的课前准备至关重要,涉及到教学的顺利开展,并影响教学任务的完成,是区别于传统的学科教学的关键。课前准备包括以下几个方面。
(1)在开课前一个月要编制出科学合理的教学执行标准,经教学管理部门研究,报请主管教学的校领导及有关部门批准后付诸实施。
(2)根据班级学生数、实训场地及设备设施情况,由一体化教师确定教学组织形式。
(3)在开课前两周,由一体化任课老师制定出符合实际的材料、工具等需求计划,提前报批,并将教学所需材料、工量具等在开课前准备完毕。
(4)一体化教学组要按执行课题标准,在开课前一周编制出课题化教案。
2.课业传授
一体化教学的知识及技能传授,是将理论和实践融为一体的学知长技过程。因此,在教学过程中,教师应始终保持“理论与实践一体化”的思维,始终遵循“讲练结合”原则,在教学方法、手段的选择上必须兼顾理论知识和实践操作的有机统一,注重强化技能、技巧的形成。对于每一次课,都要遵循以下教学环节。
(1)组织教学。一体化教学是在一体化教室进行的,与传统学科教学相比,具有空间大、松散性、随机性等特点。因此,在教学过程中,按照课堂化标准组织教学尤其重要。没有良好的环境和纪律,教学就不能顺利地进行,教学任务也很难完成。组织教学分为课前组织教学、课中组织教学,以及课程结束后组织教学。总之,组织教学必须贯穿于一体化教学过程的始终。
(2)入门指导。每一个课题或子课题开始授课时,教师根据教学标准和课题化教案的要求对学生进行指导。在这个环节中,教师不仅要引导学生运用知识指导实践,而且要讲解操作要领和操作要求。其内容包括:检查复习、讲解新课、范例演示、操作训练等部分。
(3)巡回指导。巡回指导是教师在对课题讲解与示范的基础上,对学生练习巩固知识、实做训练过程的有计划、有目的、有针对性地全面检查和指导,通过指导,使学生的技术水平不断提高。一体化教学的实训阶段应特别重视巡回指导,这一阶段主要任务是检查指导学生的操作姿势和操作方法,安全文明生产及作品质量。
(4)课程收束。课程收束一般也称为结束指导。是课题结束或一日课程结束时,教师对学生学习或训练过程中各方面的表现进行定量或定性的评价指导,也是课题小结或一体化教学的阶段性总结。
3.综合训练
进行综合训练时,有时对典型工件的工艺分析要讲得多一些,不做演示操作或只做关键部分的演示;对独立操作训练,一般是启发学生自编工艺,自己研究探讨应注意的问题,再由教师重点点拨即可。
一体化教学课业传授的三个环节,紧密联系,相辅相成。教师应当根据课题的具体特点,合理设计每一教学环节,遵从教学规律,努力提高教学质量。
四、结语
一体化教学的方法使教学效果和教学的综合能力有了明显的提高,也使课堂教学更加丰富,既突出操作技能实训,又符合学生实际特点。由于讲授内容针对性强,学生可以一边学习,一边进行实习操作,增强了学生对教学内容的理解和记忆,又能让教师在教学的过程中及时发现问题,并能及时灵活地加以解决。
同时,一体化教学对教师也提出了更高的要求,既要有一定的理论知识,又要有熟练的操作技能,提高了教师的综合能力,在很大的程度上促进了学校加强“双师型”教师的培养,逐步完善了实习工位与设备的配备。
参考文献:
[1]王蓓.一体化教学模式探讨.西北职教,2008.4.
[2]蔡林.一体化教学方法在数控专业教学中的应用.今日科苑,2009.16.