張明德

(重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400054)

數(shù)控技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)硬件、軟件、信息存儲(chǔ)與處理、通訊協(xié)議、自動(dòng)控制、檢測(cè)技術(shù)等為技術(shù)基礎(chǔ)，采用某種專用語(yǔ)言編寫(xiě)的程序?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化描述，利用計(jì)算機(jī)或者專用控制裝置的高速高效的信息處理能力實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。

一、數(shù)控技術(shù)及裝備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了巨大的變化，使得制造業(yè)的自動(dòng)化程度、生產(chǎn)與管理效率、加工制造精度與市場(chǎng)響應(yīng)能力都有了飛速的進(jìn)步。數(shù)控裝備在航空航天、汽車、能源、船舶、輕工、醫(yī)療等重要領(lǐng)域起著日益重要的作用。數(shù)控裝備輔以無(wú)人小車、自動(dòng)托盤(pán)交換系統(tǒng)、機(jī)器人等自動(dòng)物料傳輸系統(tǒng)以及信息管理系統(tǒng)構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等現(xiàn)代化先進(jìn)制造系統(tǒng)。鑒于數(shù)控機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位，國(guó)家正在實(shí)施“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)工程，該專項(xiàng)為現(xiàn)階段實(shí)施的十六個(gè)國(guó)家科技重大專項(xiàng)之一［1］。通過(guò)該重大專項(xiàng)的實(shí)施重點(diǎn)開(kāi)發(fā)航空航天、船舶、汽車制造、發(fā)電設(shè)備制造等領(lǐng)域的高檔數(shù)控機(jī)床，滿足國(guó)內(nèi)主要行業(yè)對(duì)制造裝備的基本需求。

數(shù)控裝備正朝著高速度、高效率、高精度、高可靠性、智能化和節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。航空、航天、能源等領(lǐng)域高、精、尖復(fù)雜產(chǎn)品的加工生產(chǎn)向現(xiàn)代制造工藝、裝備和系統(tǒng)的性能不斷提出挑戰(zhàn)。先進(jìn)制造技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)的結(jié)合在制造工藝、裝備和系統(tǒng)的規(guī)劃、操作、控制方面產(chǎn)生了重要影響。制造過(guò)程與制造裝備的智能化是將制造活動(dòng)中的信息感知與處理、知識(shí)表達(dá)與學(xué)習(xí)、智能決策與執(zhí)行的綜合交叉，裝備的智能化主要涉及工況感知與智能識(shí)別、性能預(yù)測(cè)與智能維護(hù)、智能規(guī)劃與編程、智能控制與伺服驅(qū)動(dòng)。例如在綜合考慮機(jī)床、工藝系統(tǒng)和零件材料等因素前提下的加工過(guò)程的自適應(yīng)控制、加工參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化，以運(yùn)動(dòng)軸負(fù)載特性自動(dòng)識(shí)別為基礎(chǔ)的智能伺服控制、各種誤差的在線精密測(cè)量與補(bǔ)償、裝備運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)控、診斷與維護(hù)等。以綠色、智能、超常、融合、服務(wù)為主要發(fā)展方向的中國(guó)制造業(yè)對(duì)于數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，為快速發(fā)展與進(jìn)步的數(shù)控裝備制造業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的人才亦是高等院校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)理所當(dāng)然的職責(zé)。

二、課程設(shè)置

(一)面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的課程體系設(shè)置

數(shù)控技術(shù)課程體系包括理論課程、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)以及綜合實(shí)踐，結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。課程體系的設(shè)置主要以數(shù)控機(jī)床操作涉及到的各個(gè)模塊為單元，在理論課程學(xué)習(xí)各項(xiàng)數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化各主要模塊，通過(guò)課程設(shè)計(jì)將各模塊串聯(lián)為一個(gè)系統(tǒng)。理論課程以數(shù)控機(jī)床的主要組成部分及數(shù)控機(jī)床使用、維護(hù)為主線組織教學(xué)，主要講授:數(shù)控加工工藝、車銑鉆數(shù)控加工編程、數(shù)控機(jī)床典型機(jī)械結(jié)構(gòu)、CNC插補(bǔ)控制原理、典型CNC控制系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床PLC程序設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［2］。數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要講授數(shù)控機(jī)床控制設(shè)計(jì)的一般步驟和方法，為數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)課程主要為學(xué)生提供加工編程軟件使用和加工仿真訓(xùn)練，初步分子系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字控制的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)課程主要提供VERICUT仿真加工實(shí)驗(yàn)、MasterCAM編程實(shí)驗(yàn)、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、交流伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)、基于運(yùn)動(dòng)控制卡的十字滑臺(tái)控制實(shí)驗(yàn)。數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)以數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)為對(duì)象鞏固理論課程的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。數(shù)控加工綜合實(shí)踐主要培養(yǎng)結(jié)合加工實(shí)際的編程能力以及數(shù)控機(jī)床操作能力，包括車削加工模擬及實(shí)作、銑削加工模擬及實(shí)作。

(二)面向項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)組織方式

教師在教學(xué)過(guò)程中采用以“項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式的設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)提出明確的要求，并適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)［3］。

1.項(xiàng)目任務(wù)的布置

根據(jù)不同教學(xué)模塊的主要教學(xué)內(nèi)容和難點(diǎn)，提出恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)并事先向?qū)W生公布具體要求。任務(wù)選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)注意難度適中、學(xué)生容易切入，同時(shí)便于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

2.知識(shí)準(zhǔn)備

教師在教學(xué)過(guò)程中，要向?qū)W生講授涉及到該模塊的新知識(shí)和新方法，指出該模塊的關(guān)鍵問(wèn)題和難點(diǎn)，并提供必要的資料或者提供查詢相關(guān)資料的方法，引導(dǎo)學(xué)生理解項(xiàng)目任務(wù)。

3.學(xué)生提出方案

經(jīng)過(guò)學(xué)生充分的思考與討論，結(jié)合具體的項(xiàng)目任務(wù)要求和現(xiàn)有的技術(shù)條件，制定切實(shí)可行的實(shí)施方案。

4.任務(wù)實(shí)施

學(xué)生根據(jù)擬定的實(shí)施方案，查找相關(guān)資料和手冊(cè)，最終完成項(xiàng)目任務(wù)。

5.教師課堂點(diǎn)評(píng)

隨機(jī)抽取某位或者某組同學(xué)完成任務(wù)的情況，并指定學(xué)生公開(kāi)解釋方案及其實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題，教師在此過(guò)程中做出分析與點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生明確自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。教師課堂點(diǎn)評(píng)的過(guò)程，能夠提高學(xué)生對(duì)任務(wù)的認(rèn)識(shí)水平，深化自己對(duì)知識(shí)的理解。

三、重視MasterCAM、Vericut等模擬仿真軟件在數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)的教學(xué)過(guò)程較為抽象，學(xué)生借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。面對(duì)日益增加的學(xué)生數(shù)量和有限的數(shù)控機(jī)床這一現(xiàn)狀，教師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，開(kāi)拓教學(xué)思路。利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，借助仿真加工技術(shù)和相關(guān)軟件，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程聯(lián)系和模擬仿真。學(xué)生通過(guò)演示可以非常直觀地觀察到程序運(yùn)行結(jié)果，有利于提高學(xué)生動(dòng)手能力同時(shí)有效減少數(shù)控機(jī)床硬件投入［4］。

MasterCAM是一款集成了CAD/CAM兩大功能的軟件系統(tǒng)，把2D/3D幾何造型、曲面設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、刀路軌跡模擬等功能于一體。VERICUT采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，驗(yàn)證和檢驗(yàn)CNC程序可能存在的碰撞、干涉、過(guò)切、欠切、切削參數(shù)不合理等問(wèn)題，能夠精確模擬仿真各類數(shù)控機(jī)床和主流數(shù)控系統(tǒng)，提供仿真加工后產(chǎn)生的結(jié)果參數(shù)、輸出過(guò)程測(cè)量草圖和表格，以及特征尺寸和公差，能對(duì)設(shè)計(jì)模型和VERICUT模擬后的制造模型進(jìn)行比較。用戶可以構(gòu)建自己的數(shù)控機(jī)床，有利于學(xué)生加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的理解和機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)數(shù)控技術(shù)課程來(lái)說(shuō)，按照理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐訓(xùn)練相結(jié)合的思路設(shè)置模塊式的教學(xué)內(nèi)容，按照項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式組織教學(xué)工作，教學(xué)工作中注重采用專業(yè)CAM軟件以及加工模擬仿真軟件，能夠明顯提高教學(xué)效果。

［1］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).中國(guó)機(jī)械工程技術(shù)路線圖［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版，2011:8.

［2］ 鄧嫄媛.數(shù)控技術(shù)教學(xué)體系建設(shè)初探［J］.成都大學(xué)學(xué)報(bào):教育科學(xué)版，2008(4):45.

［3］ 葉邦彥，劉建萍，張承忠，等.面向數(shù)控技術(shù)課程的創(chuàng)新教學(xué)模式研究［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2010(11):140.

［4］ 劉有余，許德章.本科“數(shù)控技術(shù)”精品課程建設(shè)實(shí)踐探索［J］.山西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(11):54.

(責(zé)任編輯 周江川)