方喜峰　張勝文　朱成順

摘要針對目前高校在數(shù)控加工技術(shù)研究生課程教學(xué)中存在的問題，本文以CDIO教育理念為指導(dǎo)，充分利用數(shù)控加工技術(shù)課程特點(diǎn)，結(jié)合我校的具體情況，培養(yǎng)研究生的科研能力、工程能力、自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)交流能力，探索了一條較為切實(shí)可行的數(shù)控加工技術(shù)課外項(xiàng)目和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)CDIO教學(xué)方案，實(shí)踐證明，該模式獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞數(shù)控加工技術(shù)CDIO研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案

0 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是按照《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出的高等教育重大戰(zhàn)略性改革計(jì)劃，對高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，調(diào)整人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動(dòng)教育教學(xué)改革，增強(qiáng)畢業(yè)生就業(yè)能力都具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。①②為了積極應(yīng)對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全國高等教育改革形勢提出的挑戰(zhàn)，抓住發(fā)展機(jī)遇，強(qiáng)化、加快內(nèi)涵建設(shè)，我校已正式啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”建設(shè)實(shí)施工作。

眾所周知，在工科院校機(jī)械類或近機(jī)械類專業(yè)中，現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化類專業(yè)的專業(yè)課，它是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它以數(shù)控機(jī)床為對象，研究數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理、組成及其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生具有一定的機(jī)械加工工藝分析和數(shù)控編程的能力，并掌握對典型數(shù)控機(jī)床的基本操作技能，對今后從事數(shù)控加工和研究工作奠定一定的基礎(chǔ)。我校機(jī)械工程學(xué)科依托江蘇省船舶先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和江蘇省級機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，面向船舶制造業(yè)、緊密跟蹤學(xué)科前沿，圍繞復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造、先進(jìn)制造工藝技術(shù)與裝備、船舶機(jī)電設(shè)備與系統(tǒng)的協(xié)同控制等領(lǐng)域開展深入而有特色的研究工作，形成了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用預(yù)先研究和工程化應(yīng)用及產(chǎn)品開發(fā)有機(jī)結(jié)合的科研體系。

1 數(shù)控加工技術(shù)CDIO實(shí)訓(xùn)方案

數(shù)控加工技術(shù)是工科院校機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)課，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，其主要教學(xué)目的在于使學(xué)生獲得常用機(jī)械工程材料的基本理論、熱處理工藝和性能特點(diǎn)等知識，能夠合理選用工程材料，正確制定加工工藝路線，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合分析和解決實(shí)際問題的能力。本課程在內(nèi)容方面?zhèn)戎赜诨A(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論以及基本分析方法的講授，在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面應(yīng)著重?cái)?shù)控加工技能的基本訓(xùn)練。通過課堂授課、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外項(xiàng)目等多層次教學(xué)訓(xùn)練，綜合培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德、工程素質(zhì)和社會(huì)責(zé)任，包括團(tuán)隊(duì)協(xié)作觀念、職業(yè)道德規(guī)范等；科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、講求實(shí)效的工程觀點(diǎn)、綜合分析的系統(tǒng)思維等和社會(huì)義務(wù)責(zé)任心、環(huán)保節(jié)能意識、積極端正的進(jìn)取心等。為了更加確切地了解用人單位對數(shù)控加工技術(shù)人才在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用，特別是數(shù)控加工、數(shù)控編程等方面的能力要求以及如何建設(shè)數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)基地，課題組成員為此進(jìn)行了廣泛的社會(huì)調(diào)查，我們走訪了滬東重機(jī)股份有限公司、重慶齒輪箱有限責(zé)任公司、滬東中華造船集團(tuán)公司、江南造船集團(tuán)公司、河南柴油機(jī)重工有限公司、安慶中船柴油機(jī)有限公司、武漢船用機(jī)械有限公司和鎮(zhèn)江中船設(shè)備有限公司等工礦企業(yè)，了解了作為數(shù)控機(jī)床使用企業(yè)對人才能力的需求情況以及學(xué)校如何組織數(shù)控加工技術(shù)CDIO教學(xué)。綜合調(diào)研結(jié)果，我們認(rèn)為數(shù)控加工技術(shù)課程CDIO教學(xué)應(yīng)分階段按層次進(jìn)行，采用循序漸進(jìn)、逐步提高的方案。以適應(yīng)社會(huì)需求為目標(biāo)，數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)明確界定知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的關(guān)系，這樣才能做到有的放矢，體現(xiàn)出數(shù)控行業(yè)特色、專業(yè)內(nèi)涵和符合社會(huì)企業(yè)需求的數(shù)控專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。③④

2 數(shù)控加工技術(shù)CDIO課外項(xiàng)目和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)施

現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。通過課外項(xiàng)目和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐使學(xué)生掌握插補(bǔ)原理、數(shù)控加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割的編程與加工方法等，使學(xué)生具有直接針對數(shù)控機(jī)床編程與加工、測試和維護(hù)的能力。培養(yǎng)學(xué)生從理論課程向工程實(shí)踐課程轉(zhuǎn)換的過渡性環(huán)節(jié)，具有增強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械技術(shù)工作的適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)造能力的作用。本課外項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)面向機(jī)械類專業(yè)學(xué)生開設(shè)，在深化現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)課程的基本知識、基本理論、基本方法基礎(chǔ)上，通過課外項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)、數(shù)控加工仿真軟件等現(xiàn)代制造方法解決機(jī)械工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及自主創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的良好習(xí)慣。以下針對我校研究生課程——現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)課程CDIO部分教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容展開分析和討論。

2.1 數(shù)控編程與加工仿真實(shí)驗(yàn)

通過本課外項(xiàng)目和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解或掌握數(shù)控機(jī)床的數(shù)控編程及其仿真使用方法?？稍谟?jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下可以動(dòng)態(tài)地分析、觀察數(shù)控工藝的完備性、程序的正確性。了解后置程序主要功能分析包括機(jī)床選擇模塊、機(jī)床回零、安裝零件、NC程序?qū)?、運(yùn)行軌跡檢查、裝刀具、對刀和卸刀、參數(shù)設(shè)置等功能。以船用柴油機(jī)關(guān)鍵件CAD/CAPP/CAM集成實(shí)驗(yàn)為例，船用柴油機(jī)關(guān)鍵件CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)根據(jù)某企業(yè)用戶提供的零件模型，對零件模型特征信息提取與重構(gòu)，特征工藝推理及排序，并能生成特征刀具軌跡以及對應(yīng)刀具軌跡的NC代碼，最終對生成的NC代碼按照加工要求進(jìn)行拼接。⑤

2.2 Vericut加工工藝系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解或掌握Vericut加工工藝系統(tǒng)仿真軟件的使用，通過如船用柴油機(jī)關(guān)鍵件典型零件數(shù)控加工實(shí)例的實(shí)施，將課內(nèi)學(xué)習(xí)的數(shù)控工藝知識綜合起來，對不同的工藝內(nèi)容要了解的不同的實(shí)施步驟和采取方法。產(chǎn)品的實(shí)際加工環(huán)境包括數(shù)控加工設(shè)備、工裝夾具及其加工刀具等，因此在虛擬加工環(huán)境中需要建立相應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備模型、夾具模型、刀具模型及工件模型，使得Vericut虛擬加工環(huán)境能夠依據(jù)用戶輸入的NC代碼、工藝參數(shù)和刀具模型給出有關(guān)工件變化、刀具狀況、加工效率等信息，為進(jìn)行產(chǎn)品的可制造性評價(jià)和優(yōu)化打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

在數(shù)控加工技術(shù)CDIO項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)過程中，整個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)實(shí)施過程主要包括編程、仿真、切削加工、撰寫報(bào)告和演示答辯等環(huán)節(jié)，以學(xué)生為主體，教師起引導(dǎo)答疑作用，要求學(xué)生按進(jìn)度完成各環(huán)節(jié)任務(wù)；項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)組織采用個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的方式，其中團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目實(shí)踐的成員之間必須有明確的分工與合作，禁止以逸待勞現(xiàn)象；項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)完成后，要求提交項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告、數(shù)控程序源文件及仿真、加工的關(guān)鍵草稿紙等。評定方式根據(jù)項(xiàng)目實(shí)踐表現(xiàn)、項(xiàng)目完成情況、項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告質(zhì)量、演示答辯水平等方面綜合考慮。通過數(shù)控加工技術(shù)CDIO項(xiàng)目的研究，制定了切實(shí)可行的數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)方案，探討了數(shù)控加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容和層次的劃分，提供了制造工程實(shí)踐環(huán)境，在實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中起到了重要的作用。數(shù)控加工技術(shù)CDIO項(xiàng)目實(shí)施近一年多來，研究生反映效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目的。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作之中，小組成員要進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)交流，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)分享，拓展所學(xué)知識，從而培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

①王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究,2009(9):86-87.

②江帆,張春良,王一軍等.機(jī)械專業(yè)CDIO 培養(yǎng)模式探索[J].裝備制造技術(shù),2010(6):192-194.

③方喜峰,張勝文.數(shù)控技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)方案探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005(6):90-92,103.

④王愛玲,李夢群,馮裕強(qiáng)編著.數(shù)控加工理論與實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

⑤張瑞國.基于GT與KBE的智能編程系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].江蘇科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009.