劉聞宇

摘要：本文從闡述一體化教學(xué)的含義入手，指出中職院校傳統(tǒng)教授《數(shù)控加工》和《CAD/CAM》這2門課程存在的一些現(xiàn)狀，認(rèn)識到機(jī)械加工專業(yè)核心課程《數(shù)控加工》采用一體化教學(xué)勢在必行。為了提高教學(xué)質(zhì)量，因此，將CAD/CAM軟件和《數(shù)控加工》結(jié)合起來，采用一體化教學(xué)模式，更能解決學(xué)生理論知識和實踐技能的脫節(jié)問題，從而達(dá)到更好地學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：一體化；CAD/CAM；數(shù)控加工

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.106

隨著我國職業(yè)技工院校教育教學(xué)改革的不斷深入，對數(shù)控技術(shù)的教學(xué)要求也越來越高，CAD/CAM軟件在數(shù)控一體化教學(xué)中，把數(shù)控的編程與加工整合起來，起承上啟下的重要作用，既對教師課堂教學(xué)有所幫助，提高了教師教學(xué)水平，又對學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)有促進(jìn)作用，有助于學(xué)校對數(shù)控技術(shù)的教學(xué)革新。

1一體化教學(xué)的興起

為更好地辦好職業(yè)教育，2009年起，國家人社部在廣州、北京等地的191所院校進(jìn)行一體化教學(xué)改革試點。試點得出，一體化的教學(xué)模式能更好地促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)的學(xué)生得到了家長、企業(yè)的一致認(rèn)可。是促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力、動手能力的提高，加快推進(jìn)學(xué)院的產(chǎn)教融合的務(wù)實舉措。

2一體化教學(xué)的含義

一體化教學(xué)是以企業(yè)工作方式為依據(jù)，在分析職業(yè)技工院校學(xué)生的特征后，以培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合職業(yè)能力為目標(biāo)，制定合理有效的一體化課程標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用如學(xué)習(xí)通、鹿客等高新教學(xué)手段，充分利用一體化教學(xué)資源與教學(xué)場地，以企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)為學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。

3《數(shù)控加工》實踐課的教學(xué)現(xiàn)狀

《數(shù)控加工》是中職院校機(jī)械加工專業(yè)的核心實踐課。在講授《數(shù)控加工》課程時，教師不僅僅需要在課堂上為學(xué)生傳授與數(shù)控有關(guān)的理論知識，同時還需要讓學(xué)生上機(jī)床實際操作，鍛煉實際操作能力。以此通過理論和實踐相結(jié)合的方式使學(xué)生對數(shù)控編程與加工有更深入的了解。但由于理論編程太過于抽象，學(xué)生在編程時，無法直觀的感受編程的對與錯，學(xué)生編輯完程序后，輸入程序較慢、也容易出錯，從而影響了教學(xué)的進(jìn)度與效果，長時間的學(xué)習(xí)讓學(xué)生容易產(chǎn)生疲倦感，反而打消學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。同時，一般職業(yè)學(xué)校會采用單獨開設(shè)《CAD和CAM應(yīng)用》課程，讓學(xué)生在課堂上繪圖，生成刀具加工軌跡并根據(jù)操作系統(tǒng)生成數(shù)控加工程序，但無法把加工程序應(yīng)用到實際加工中，沒有實踐應(yīng)用。由于理論學(xué)習(xí)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)連接不夠理想，往往表現(xiàn)為學(xué)生對自己編輯出來的程序，腦袋中沒有形成車刀運(yùn)行的刀路軌跡，對加工時車刀運(yùn)行的位置不知道是否正確。甚至有些學(xué)生一直到走入實習(xí)崗位，也只會加工不會編程，最終學(xué)生畢業(yè)后無法獲得良好的就業(yè)崗位?；谝陨蠁栴}，《數(shù)控加工》采用一體化教學(xué)模式勢在必行，而將《CAD/CAM應(yīng)用》教學(xué)融入《數(shù)控加工》一體化教學(xué)中，更能有效提升整體的教學(xué)質(zhì)量。

4《CAD/CAM數(shù)控技術(shù)》一體化的意義與作用

制造業(yè)是立國之本，是興國之器，是強(qiáng)國之基。機(jī)械制造的蓬勃發(fā)展，帶動了相關(guān)軟件的飛速進(jìn)步，基于制造加工的輔助設(shè)計加工軟件CAD/CAM技術(shù)也在日趨成熟，手工編程已經(jīng)無法滿足車加工中心、五軸加工等復(fù)雜的編程要求，應(yīng)用CAD/CAM軟件生成加工程序代碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工編程已成為一種必然趨勢。從近幾年的加工制造發(fā)展來看，高、精、尖已經(jīng)成為機(jī)械加工的一種基本要求，把CAD/CAM軟件教學(xué)融入數(shù)控一體化教學(xué)中，在教育教學(xué)中充分發(fā)揮作用，已是大勢所趨。

4.1提高數(shù)控技術(shù)的編程能力

在數(shù)控一體化教學(xué)時應(yīng)用CAD/CAM軟件，可以把學(xué)生編輯的加工程序生成刀具軌跡，學(xué)生學(xué)習(xí)編程更加直觀，從而大幅度提高學(xué)生編程的正確性。學(xué)生可以對零件進(jìn)行繪圖，根據(jù)自己的加工工藝生成加工程序，由計算機(jī)編程代替手工編程，提高學(xué)生整體的編程速度和正確率。學(xué)生還可以把編輯的數(shù)控加工程序在CAD/CAM軟件上進(jìn)行模擬加工零件，觀察整個零件的加工過程，進(jìn)而在檢查整個零件的加工工藝是否合理，隨時修改不合理的加工參數(shù)。特別是對于學(xué)校學(xué)生而言，學(xué)校有FANUC、廣數(shù)，華中等多種數(shù)控操作系統(tǒng)，對剛剛學(xué)編程的學(xué)生而言，系統(tǒng)不同指令有些許不同，特別容易混淆，而CAD/CAM軟件可以根據(jù)不同的數(shù)控操作系統(tǒng)，生成相對應(yīng)得加工程序。對于教師來說，因為可以直觀的觀察學(xué)生的刀具加工軌跡，所以大大提升了教師檢查學(xué)生程序的速度，以往必須在課后一點一點檢查的程序，能在課堂上就全部檢查完畢，并有針對的進(jìn)行教學(xué)。

4.2提高數(shù)控技術(shù)的實際加工能力

數(shù)控技術(shù)僅僅是一門理論課還是一門實踐課，沒有實踐加工一切都是紙上談兵，學(xué)生只有通過數(shù)控的實踐加工才能真真正正地掌握這門學(xué)科。在數(shù)控一體化教學(xué)中，不僅要求學(xué)生學(xué)會編程還要學(xué)生學(xué)會零件加工。在課堂上在確定了零件的加工步驟、刀具的規(guī)格以及加工時切削參數(shù)等具體信息，確定一個零件的完整加工過工藝后，應(yīng)用CAD/CAM軟件學(xué)生能快速地在計算機(jī)中生成刀具軌跡，并在軟件中仿真加工一遍，在確認(rèn)無誤后，根據(jù)所使用的機(jī)床生成相對應(yīng)的G代碼程序。通過軟件把G代碼程序直接傳輸入機(jī)床中，學(xué)生完成對刀操作建立工件坐標(biāo)系，完成零件的加工。整個教學(xué)過程中，學(xué)生不需要手動輸入程序，把輸入程序的時間節(jié)省下來，鍛煉自身的零件加工能力，同時也減少了應(yīng)學(xué)生輸入程序失誤，導(dǎo)致的機(jī)床安全事故。

4.3推進(jìn)數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)改革

在數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)中，教師以企業(yè)實際加工任務(wù)為載體，采用一體化教學(xué)六步靈活教學(xué)，如第一步，學(xué)生獲取加工任務(wù)。第二步，學(xué)生分析零件圖紙，在CAD軟件中繪制圖形。第三步，把圖形在CAM中進(jìn)行分析，在老師的引導(dǎo)下確定加工工藝。第四部，利用CAM軟件完成程序的編制。第五步，完成零件的首件加工，優(yōu)化加工參數(shù)，并加工出合格的產(chǎn)品。第六步，檢查與評價，總結(jié)所思所得。依托CAD/CAM軟件，既擺脫了教師上面寫學(xué)生下面記那種枯燥無味的理論課堂，又?jǐn)[脫了傳統(tǒng)的一群學(xué)生圍著機(jī)床看教師操作的學(xué)習(xí)方式。利用CAD/CAM軟件，學(xué)生按企業(yè)生產(chǎn)加工模式，完成零件的加工生產(chǎn)，強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動手能力，學(xué)校的實訓(xùn)室朝著實訓(xùn)工廠邁進(jìn)，學(xué)校與企業(yè)零距離對接，實現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)即就業(yè)。

5《CAD/CAM數(shù)控技術(shù)》一體化的有效應(yīng)用

對于如何有效地把CAD/CAM應(yīng)用到數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)中，從人才培養(yǎng)方案上來說，首先學(xué)生應(yīng)該能利用CAD/CAM軟件對零件進(jìn)行建模，在掌握手工編程的基礎(chǔ)上，使用CAD/CAM軟件生成數(shù)控加工程序，完成加工項目。如學(xué)校制定的人才培養(yǎng)方案，分別將《機(jī)械制圖》《CAD制圖》放在第一學(xué)期和第二學(xué)期學(xué)習(xí)，就是為第三學(xué)期學(xué)生能在數(shù)控加工學(xué)習(xí)中熟悉的運(yùn)用CAD/CAM軟件打基礎(chǔ)。在對教學(xué)內(nèi)容的選擇上，根據(jù)企業(yè)調(diào)研，以企業(yè)的實際加工任務(wù)為加工項目，以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)綜合能力出發(fā)點，制定一體化教材，讓學(xué)生在學(xué)校有限的時間里對數(shù)控加工的各個技能和知識點進(jìn)行掌握。在教學(xué)方法上，常采用“翻轉(zhuǎn)課堂”，教師通過微課等教學(xué)手段，使學(xué)生在課前就通過電腦或手機(jī)模擬仿真，完成程序或工藝的編寫，課中，學(xué)生討論問題并展示結(jié)論，師生合作探究解決問題，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與溝通協(xié)作能力。

接下來，筆者將以數(shù)控車一體化中項目二銷軸加工為例，對整個教學(xué)過程進(jìn)行介紹。學(xué)生基礎(chǔ)情況：具備基本的識圖繪圖能力，具有一年的車工操作經(jīng)驗，完成了數(shù)控車項目一臺階軸的加工，對于G71、G01指令有一定的運(yùn)用能力。結(jié)合以上學(xué)情，整個加工項目按照企業(yè)零件加工流程：獲取任務(wù)及分析、任務(wù)計劃、任務(wù)實施、驗收評價設(shè)計共8個教學(xué)任務(wù)，每次任務(wù)以課前、課中、課后為主線，合理確定教學(xué)活動，流程如圖所示。其中獲取任務(wù)、任務(wù)分析、檢測與評價不包含CAD/CAM內(nèi)容，這里不做具體介紹。

第一步：分析圖紙環(huán)節(jié)。學(xué)生通過小組討論提取銷軸零件圖上的尺寸要求、技術(shù)要求等相關(guān)信息，并提出所遇難題，教師對各個技術(shù)環(huán)節(jié)和學(xué)生進(jìn)行探討，得出結(jié)果。然后教師布置繪圖要求，講解繪圖指令、方法，學(xué)生通過CAD軟件繪制銷軸零件圖。學(xué)生通過企業(yè)的典型性加工零件的繪制與教師對項目涉及的教學(xué)內(nèi)容與技術(shù)要求進(jìn)行說明，讓學(xué)生在零件加工之前就有一個大概的認(rèn)識。本節(jié)課主要的目的是學(xué)生掌握CAD軟件對零件進(jìn)行二維工程圖紙的繪制。

第二步：編制工藝環(huán)節(jié)。課前教師通過學(xué)習(xí)通平臺自學(xué)任務(wù)：根據(jù)銷軸的零件圖編制加工工藝路線。學(xué)生根據(jù)上節(jié)課在CAD軟件繪制的零件圖，試寫出加工工藝路線，并在CAD軟件上模擬繪制刀路，檢查加工路線與裝夾位置是否合理，如圖1所示。課中，兩組學(xué)生匯報課前制定的加工工藝路線，教師參與學(xué)生討論，引導(dǎo)學(xué)生確定工件的加工工藝。通過小組討論，小組匯報形式，學(xué)生確定工具卡與刀具卡。在課堂上利用CAD軟件模擬錯誤刀路進(jìn)行示范，讓學(xué)生清楚地知道自己為什么錯，不斷強(qiáng)化知識，使他們形成正確思維模式。利用CAD/CAM軟件，學(xué)生可以直接繪制加工刀路并進(jìn)行工藝分析，學(xué)生通過討論與教師引導(dǎo)，可以制定合理的工藝規(guī)程。既提高了學(xué)生的溝通表達(dá)能力又提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，為今后學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

第三步：編制程序環(huán)節(jié)。課前教師上傳手機(jī)模擬仿真（CAM）：G71/G94加工銷軸左端30°錐度和外圓加工微課視頻，學(xué)生預(yù)習(xí)G71/G94加工錐度的指令格式，如圖2所示。學(xué)生觀看微課視頻，了解G71/G94格式和含義。課中，教師抽簽選擇兩組對G71/G94加工錐度的學(xué)習(xí)所得進(jìn)行匯報，學(xué)生通過CAM軟件，匯報手工編程時出現(xiàn)的問題，以及模擬加工時出現(xiàn)的問題，直觀展示零件的整個加工過程。學(xué)生小組討論匯報小組G71/G94仿真存在的問題，學(xué)生派代表對匯報中出現(xiàn)的問題難題，進(jìn)行點評與提問，教師在旁引導(dǎo)，解答疑難問題，學(xué)生教師的幫助下加工程序編輯，并在CAM中演示。通過CAD/CAM軟件，實現(xiàn)刀具軌跡的自動生成以及零件的模擬加工，可以在實際加工前，發(fā)現(xiàn)零件加工時可能出現(xiàn)的一些潛在問題，針對這些問題教師可以提前和學(xué)生進(jìn)行講解、分析，讓錯誤解決在萌芽階段，減少實際加工時的安全事故。

第四步：首件加工環(huán)節(jié)。課前教師通過微課講解一夾一頂裝夾與調(diào)試的操作方法，課中學(xué)生通過微課與教師的現(xiàn)場講解，校正尾座，在電腦CAD/CAM軟件中輸入已編好的加工程序，觀察刀具軌跡，校驗程序輸入是否正確，再上傳至數(shù)控裝置中，試完成加工零件的加工，并送教師檢查。在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中，對于越復(fù)雜的零件，編輯的數(shù)控加工程序也越多，導(dǎo)致學(xué)生在把程序輸入數(shù)控機(jī)床時，不僅輸入效率低，而且輸入時常常出錯，如經(jīng)常有學(xué)生在輸入指令時忘記輸入負(fù)號或者數(shù)值多輸、少輸0的情況，使得學(xué)生的零件加工錯誤或在加工時發(fā)生撞到現(xiàn)象。而使用CAD/CAM軟件，不僅可有效提高學(xué)生輸入程序的速度，還能檢查輸入的程序的正確性，減少、杜絕因程序輸入錯誤而導(dǎo)致的加工問題。

第五步：參數(shù)調(diào)整環(huán)節(jié)。課前學(xué)生觀看微課，回答切削用量與加工效率的關(guān)系并微信群進(jìn)行討論交流，總結(jié)首件加工時的問題。課中，學(xué)生派代表發(fā)言，切削參數(shù)與加工效率的關(guān)系，教師進(jìn)行點評總結(jié)。在確定切削參數(shù)與零件的加工質(zhì)量與加工時間都有關(guān)系后，學(xué)生通過查表與上機(jī)操作反復(fù)調(diào)試，給出最優(yōu)的加工參數(shù)，并使用CAD/CAM軟件生成程序，完成第二次零件的加工。同樣的加工零件，同樣的加工軌跡，因加工參數(shù)的不同，學(xué)生加工產(chǎn)品的時間與加工質(zhì)量也不同。加工參數(shù)（切削速度、背吃刀量、進(jìn)給量）每改動其中任何一個，學(xué)生都需要對編輯的程序進(jìn)行調(diào)整，并在數(shù)控操作面板上進(jìn)行修改后進(jìn)行試加工。對于一個完整零件最起碼10以上的加工參數(shù)來說，這樣的參數(shù)調(diào)整效率太低，無法滿足教學(xué)需要，而利用CAD/CAM軟件，可以隨機(jī)修改切削參數(shù)，并上傳至數(shù)控裝置中進(jìn)行試加工，與前者相比能極大地提高教學(xué)效果和學(xué)生的加工效率。

第六步：批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)。課前教師發(fā)布企業(yè)生產(chǎn)軸類零件視頻，學(xué)生討論與自己單件生成的不同。課中教師引入批量生產(chǎn)加工工藝——工序分散加工原則，學(xué)生按企業(yè)生產(chǎn)要求重新制定加工工藝。明確本次批量生產(chǎn)采用軟爪加工，觀看“實配法”車制軟爪視頻，掌握軟爪的制作方法。學(xué)生模擬企業(yè)生產(chǎn)加工模式，完成首件加工并送檢。為更好地服務(wù)我省“三高四新”戰(zhàn)略，按照校企合作的辦學(xué)模式，對接企業(yè)生產(chǎn)加工案例，模擬企業(yè)工作過程，利用CAD/CAM軟件完成零件的加工。

數(shù)控一體化不僅包含數(shù)控加工的相關(guān)知識進(jìn)行講解，還穿插了機(jī)械制圖、機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)床夾具等相關(guān)知識，并依托于CAD/CAM軟件進(jìn)行授課，“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育教學(xué)原則，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高教師教學(xué)效果。為學(xué)生日后考取車工四級等級證奠定了基礎(chǔ)，并提升學(xué)生了適應(yīng)企業(yè)崗位的能力。

6總結(jié)

世界技能大賽是職業(yè)教育的風(fēng)向標(biāo)，從最近幾屆的大賽來看，能夠使用CAD/CAM軟件建模和自動編程已經(jīng)是對數(shù)控加工技術(shù)人員最基本的要求。職業(yè)技工院校應(yīng)緊跟時代的步伐，完成本校的一體化教育教學(xué)改革，提高數(shù)控技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的個人素質(zhì)，為社會培養(yǎng)一批又一批能快速適應(yīng)企業(yè)的人才。

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