王平芳，周繼烈

工程訓(xùn)練是一門(mén)以實(shí)踐教學(xué)為主的技術(shù)基礎(chǔ)課程，高校工程訓(xùn)練中心的設(shè)置為在校的理工類學(xué)生提供了一個(gè)必不可少且意義獨(dú)特的工程訓(xùn)練環(huán)境，并在一定程度上滿足了現(xiàn)代化制造業(yè)領(lǐng)域?qū)こ碳夹g(shù)人員素質(zhì)訓(xùn)練和培養(yǎng)的需求。由于國(guó)內(nèi)的工程訓(xùn)練中心大都由金工中心過(guò)渡而來(lái)，相對(duì)于硬件設(shè)施條件的大幅提升，工程訓(xùn)練在課程設(shè)置、教學(xué)方法等實(shí)踐教學(xué)軟環(huán)境方面的建設(shè)和探索仍將是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。本文將以數(shù)控銑削訓(xùn)練為例，探索工程訓(xùn)練數(shù)控教學(xué)的設(shè)置及教學(xué)方法的運(yùn)用和實(shí)踐。

一、工程訓(xùn)練數(shù)控實(shí)踐的設(shè)置與安排

我校工程訓(xùn)練課程面向?qū)W校多個(gè)工科類專業(yè)開(kāi)設(shè)，為適應(yīng)不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和對(duì)工程訓(xùn)練的不同要求，我們選擇不同的訓(xùn)練項(xiàng)目和組合模塊，并制定了一個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的循序漸進(jìn)教學(xué)計(jì)劃，以下以數(shù)控銑削訓(xùn)練為例，介紹基礎(chǔ)訓(xùn)練、加強(qiáng)訓(xùn)練和綜合訓(xùn)練的訓(xùn)練過(guò)程。

1.基礎(chǔ)訓(xùn)練?；A(chǔ)訓(xùn)練模塊面向所有的工科類學(xué)生，實(shí)習(xí)時(shí)間是三個(gè)課時(shí)，主要是了解數(shù)控加工工藝、編程及機(jī)床基本操作過(guò)程。其實(shí)習(xí)指導(dǎo)過(guò)程如圖1所示。首先是導(dǎo)論課集中介紹，并布置編程作業(yè)；其次現(xiàn)場(chǎng)示范講解，先檢查學(xué)生的作業(yè)，解答學(xué)生的問(wèn)題，然后對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、原理、操作步驟、精度控制等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹；最后由學(xué)生自己動(dòng)手操作，掌握整個(gè)操作過(guò)程。通過(guò)基礎(chǔ)訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)內(nèi)容有了比較直觀的初步認(rèn)識(shí)，并對(duì)機(jī)床的原理、結(jié)構(gòu)、加工工藝過(guò)程都有了一定的了解。基礎(chǔ)訓(xùn)練是我們?yōu)閷W(xué)生打開(kāi)的通向現(xiàn)代化制造業(yè)領(lǐng)域的第一扇大門(mén)。

圖1 基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊實(shí)習(xí)流程

2.加強(qiáng)訓(xùn)練。機(jī)類學(xué)生根據(jù)其專業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，除了完成基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊的實(shí)習(xí)，還必須進(jìn)入帶有創(chuàng)新性質(zhì)的加強(qiáng)實(shí)習(xí)。加強(qiáng)訓(xùn)練實(shí)習(xí)單個(gè)項(xiàng)目的實(shí)習(xí)時(shí)間為2-3天，數(shù)控銑削訓(xùn)練項(xiàng)目主要是在以計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化教學(xué)。在實(shí)習(xí)中，充分考慮調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和參與意識(shí)，通過(guò)運(yùn)用CAD/CAM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從造型到加工整個(gè)過(guò)程，充分運(yùn)用學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)控加工的先進(jìn)性。其流程如圖2所示。首先通過(guò)CIMAT RON軟件對(duì)三維零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的零件要求體現(xiàn)出自動(dòng)編程零件的特點(diǎn)，比如有曲面特征；其次，根據(jù)設(shè)計(jì)的零件的幾何特征，定義相關(guān)的加工參數(shù)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并動(dòng)態(tài)模擬顯示加工路徑，觀察是否有干涉、撞刀等現(xiàn)象，選定合理參數(shù)，最終輸出的NC代碼程序并進(jìn)行在線加工。加強(qiáng)訓(xùn)練過(guò)程中，學(xué)生運(yùn)用CIMATRON軟件，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成數(shù)控程序，省略掉繁瑣的計(jì)算，迅速的制作出各種輪廓形狀不規(guī)則的零件，解決了各種復(fù)雜零件的加工問(wèn)題，完成了不可能的任務(wù)。該訓(xùn)練模塊向?qū)W生充分展示了自動(dòng)編程數(shù)控技術(shù)的科學(xué)性與先進(jìn)性，使學(xué)生體會(huì)到先進(jìn)制造技術(shù)在縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率等方面的神奇作用和效果，激發(fā)了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)奧秘的學(xué)習(xí)和探索熱情。

圖2 加強(qiáng)訓(xùn)練流程

3.綜合訓(xùn)練。綜合訓(xùn)練是我校在工程訓(xùn)練教學(xué)領(lǐng)域的又一次創(chuàng)新，綜合訓(xùn)練項(xiàng)目的實(shí)習(xí)使學(xué)生進(jìn)一步了解和熟悉機(jī)械制造工藝流程，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。例如LED臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作的實(shí)習(xí)項(xiàng)目就涉及了創(chuàng)意設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝安排、機(jī)械加工、電路調(diào)試、成品組裝等設(shè)備制造各個(gè)環(huán)節(jié)。比如，臺(tái)燈底座設(shè)計(jì)時(shí)除需要考慮到線路板、開(kāi)關(guān)、插頭、燈杠等與之有關(guān)的其它部件的安裝位置、尺寸參數(shù)，還必須考慮底座的美觀、重心、容量等問(wèn)題。整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程要求學(xué)生自己完成對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，自己編寫(xiě)程序，并親自操作機(jī)床加工，直至產(chǎn)品制作完成，學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、工程設(shè)計(jì)能力、分析和解決問(wèn)題的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力都能得到鍛煉和提高。綜合訓(xùn)練模塊能夠培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科結(jié)合的大工程理念，使學(xué)生將停留于概念上的工程認(rèn)知理念上升到應(yīng)用層次，使學(xué)生的科學(xué)探索的意識(shí)、方法和能力得到鍛煉。

二、工程訓(xùn)練數(shù)控教學(xué)方法的運(yùn)用與實(shí)踐

為達(dá)到理想的工程訓(xùn)練教學(xué)效果，在科學(xué)配置課程的基礎(chǔ)上，我們還要注重教學(xué)方法的運(yùn)用。教學(xué)方法是表達(dá)教學(xué)內(nèi)容的重要手段，只有靈活、適合自身特點(diǎn)的教學(xué)方法，才能更好地向?qū)W生表達(dá)教學(xué)內(nèi)容，傳授課堂知識(shí)。經(jīng)過(guò)多年的探索與實(shí)踐，我校工程訓(xùn)練中心教研人員總結(jié)了一些比較有成效的教學(xué)方法。以下對(duì)關(guān)聯(lián)性對(duì)比、啟發(fā)和引導(dǎo)、增加互動(dòng)等教學(xué)方式方法做簡(jiǎn)單介紹希望能夠拋磚引玉。

1.關(guān)聯(lián)性對(duì)比。該教學(xué)方法旨在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生合理的對(duì)比各工種加工方法的特點(diǎn)。例如在講解切削運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比數(shù)控車床和數(shù)控銑床的不同運(yùn)動(dòng)方式，得出數(shù)控車床的主運(yùn)動(dòng)是工件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具，而數(shù)控銑床的主運(yùn)動(dòng)是刀具、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是工件的移動(dòng)的結(jié)論。這樣的運(yùn)動(dòng)方式也決定了車床和銑床在加工范圍上的區(qū)別，車床加工的是回轉(zhuǎn)體類零件為主，銑床加工的是平面溝槽和成型表面為主。又例如，對(duì)于學(xué)習(xí)過(guò)CAD/CAM項(xiàng)目的學(xué)生，通過(guò)簡(jiǎn)單提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)手工編程與自動(dòng)編程進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比得出，雖然手工編程都可以用自動(dòng)編程來(lái)完成，但一般用于三維零件和復(fù)雜曲率半徑的編程。而且要編制出合理的程序，必須熟練掌握軟件的運(yùn)用和工藝知識(shí)。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的二維輪廓零件的編程，還是手工編程比較方便，而且手工編程是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，只有掌握了數(shù)控指令才能讀懂計(jì)算機(jī)編寫(xiě)的程序代碼，手工編程是學(xué)生熟悉并掌握數(shù)控程序基本原理的一個(gè)重要途徑。實(shí)踐證明通過(guò)有機(jī)融合各工種實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，揭示各項(xiàng)目間的關(guān)聯(lián)性，能夠最大程度的突出本項(xiàng)目的知識(shí)特點(diǎn)，增強(qiáng)教學(xué)效果。

2.啟發(fā)和引導(dǎo)。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中的一些關(guān)鍵教學(xué)點(diǎn)設(shè)置一些小問(wèn)題，通過(guò)啟發(fā)和引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，并提出解決問(wèn)題的辦法。例如，為使學(xué)生了解刀補(bǔ)指令如何運(yùn)用，并體會(huì)到刀補(bǔ)指令在機(jī)床操作中的重要作用，在零件加工好后，通過(guò)讓學(xué)生再次測(cè)量尺寸，并與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)誤差問(wèn)題后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行回顧和思考，并提出運(yùn)用刀補(bǔ)指令保證精度方案。又例如，為使學(xué)生了解一些精度高的對(duì)刀方法，可以先要求學(xué)生進(jìn)行手工對(duì)刀，手工對(duì)刀往往需要來(lái)回反復(fù)的調(diào)整，憑肉眼感覺(jué)來(lái)確定加工位置，有些學(xué)生就會(huì)提出：這樣對(duì)刀是不是太復(fù)雜了，有沒(méi)有簡(jiǎn)便、精度高的對(duì)刀方法。這時(shí)教學(xué)人員就可以引入介紹精度高的對(duì)刀方法，如對(duì)刀儀、激光對(duì)刀等方法。實(shí)踐證明善于啟發(fā)和引導(dǎo)，不僅有利于加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和理解，也對(duì)活躍課堂氣氛起到一定的作用。

3.增加互動(dòng)。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，增加生動(dòng)、活潑的教學(xué)互動(dòng)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與其中。例如，在編程教學(xué)階段，由于學(xué)生作業(yè)里編程的只是輪廓圖形，為了使學(xué)生更深入了解編程內(nèi)容，了解零件的精度控制，掌握刀補(bǔ)指令運(yùn)用。老師對(duì)作業(yè)進(jìn)一步提出要求。如圖3所示為需編程的零件圖，要求學(xué)生控制精度來(lái)編程，由于沒(méi)介紹過(guò)刀補(bǔ)指令，學(xué)生一般都選用直接計(jì)算尺寸的方法來(lái)編程，如圖4所示。如果零件需要多次操作控制精度，圖形又比較復(fù)雜，這就需要多次計(jì)算刀路軌跡位置，多次修改程序，這種操作方法在加工上也是不可取的，這時(shí)老師就引入刀補(bǔ)指令，編程時(shí)按照?qǐng)D紙尺寸進(jìn)行編程，可以用同一個(gè)程序?qū)α慵M(jìn)行粗、精加工，如圖5所示。簡(jiǎn)化了編程工作。由于是通過(guò)自己思考編程，當(dāng)引入更簡(jiǎn)便可取的方法時(shí)，學(xué)生就輕松地掌握了編程內(nèi)容。實(shí)踐證明在教學(xué)過(guò)程中和學(xué)生進(jìn)行真正的交流，增加互動(dòng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量的提高可以起到事半功倍的效果。

圖3 零件圖

圖4 編程

圖5 編程

工程訓(xùn)練已經(jīng)成為工科類高等院校本科生進(jìn)行工程素質(zhì)教育和技能培訓(xùn)必不可少的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。在注重動(dòng)手能力培養(yǎng)的前提下，合理規(guī)劃教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容，讓教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法隨著社會(huì)的進(jìn)步而不斷的改進(jìn)和完善，才能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。教師在教學(xué)實(shí)踐中通過(guò)不斷探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更新教學(xué)內(nèi)容，才能獲得滿意的教學(xué)效果。

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