阶梯式数控加工教学载体初步设想

2013-10-14赵亚楠佟永祥孙赫雄

中国现代教育装备 2013年7期

赵亚楠唐明佟永祥孙赫雄高明

哈尔滨工程大学黑龙江哈尔滨 150001

在高校研究型大学、精英教育及国家卓越工程师培养计划的大背景下，用于培养学生工程实践能力的工程实践课程将传统金工实习课程“学习工艺知识，提高动手能力”的目标与任务，提升为定位于学校人才培养目标下的大学生 “大工程意识和工程综合素质”的工程训练课程。而数控加工技术在冷加工技术发展中成为未来的主流方向，因此数控加工训练单元课程在工程实践课程中占有重要地位。通过数控加工训练使学生了解数控技术的发展情况，学习数控加工工艺知识及基本的操作技能，使学生了解数控加工相对于其他传统加工方式，如普通车、铣的不同特点及优缺点，让学生掌握2W-H，即What(数控加工是什么？与其他普通机床的差别)，When(什么时候采取数控加工方式？加工范围、优缺点及成本意识)，How(如何用？不是使用机床，而是用到数控加工方式时要注意哪些工艺设计问题)。这些教学目标的实现应由科学、优化的教学过程及恰当的教学载体承载。

教学载体是贮存、携带教学信息的载体，是教师针对一定的教学目标，在相应的教学策略指导下为传递教学内容而设计编制的组合形式和形态。数控加工训练教学载体应符合数控训练教学目标的设定，承载数控加工训练基本知识、基本技能，能够培养学生基本的工程素质。对教学资源、教学过程进行研究，对教学载体进行多元化、梯度化设计，可以使学生循序渐进掌握理论知识、基本工艺知识，使学生在训练中体会团队协作及创新思想，加深学生对数控训练工艺知识的印象。

1 工程实践之数控加工教学载体研究情况

目前，国内各高校工程训练中心对工程实践课程进行了多方面的研究。对数控加工教学模式、过程亦有相关研究，一些高校训练中心及高职高专院校提出以任务驱动教学法、项目教学方式等在数控训练中应用以加强学生实践能力的培养。

贵州师范大学游明琳在《模块化教学载体在数控加工技术教育中的应用》中提出以“国际象棋”为产品实物进行教学设计。

清华大学教育研究院在《以项目为基础的教学方法对提高大学生工程实践自我效能的影响研究》中认为项目教学法有助于提高大学生工程实践自我效能，但对具体的项目或项目指标、特点无详细说明。另外其他高校也做了相关探索。

数控单元训练课程目前训练载体相对单一、训练内容固化，学生专业性、差异性在训练中得不到体现，且教学过程、教学载体、考核承载的工艺性不够强，因此要对教学载体进行研究与设计，使其符合课程培养目标。

2 教学载体设计原则

在训练课程中，学生客体存在较大的差异：参加实践训练的学生分为机类、近机类及电类等不同专业，不同专业的学生对教学内容及训练难度要求不同，如机类学生比其他类专业学生教学深度、难度更大一些；而同一专业同一批学生在接受相同教学内容、相同训练任务时也存在很大的差异，造成了部分学生“吃不饱”。因此，教学载体的设计要体现以下几个原则。

(1)满足不同专业学生的差异化需求：对机类，近机类、电类的训练载体进行不同难度、不同工艺要求的设计。(2)教学载体要由浅入深，符合学生认知规律，以便学生尽快掌握。(3)教学载体多元化设计。(4)教学载体能够加强学生为主体、教师为主导的地位，培养激发学生自主创新意识。(5)教学载体能使教学资源充分利用、优化教学资源。

3 数控加工技术特点及工艺内容

数控加工技术作为先进制造技术的主流方向，与传统的机械加工方式有很大区别。分析数控加工的主要特点及可能在教学中得到解决、体现的途径见表1。

表1

受实践教学时间、教学条件及学生对象限制，重点选择以下几项可实现的典型内容作为教学载体设计内容。

(1)复杂型面加工：如复杂曲面。(2)加工精度高，表面粗糙度好，一致性好。(3)效率高、一次装夹，多工序加工。(4)变螺距螺纹加工。

此外，数控加工基本的工艺内容，如工序的划分、加工顺序的安排、数控加工工序与普通工序的衔接、刀具走刀路线、进退刀路线、定位与夹紧、数控加工专用技术文件的编写等，可以将其中部分内容渗透到教学与训练中，如刀具走刀路线、进退刀路线及数控加工技术文件的编写等；而对于复杂的内容，如数控加工工序与普通工序的衔接、相同零件在数控加工与普通加工方式上的异同，则需做更深入的教学载体设计与研究。

4 教学载体设计的初步想法

按上述分析，拟初步设计的教学载体按训练难易度、工艺内容复杂程序进行阶梯化处理，即分为简单工件(训练件)的工艺训练与复合工件(考核件)的工艺训练。

训练件以外轮廓加工为主，目的是使学生了解不同的刀具及其加工范围与方法，使学生能快速理解、掌握基本数控加工工艺及编程指令。训练件程序由教师提供，学生分组输入进行模拟与加工。训练件主要包括：阶梯轴、锥面、球面、端面、螺纹(含变螺距螺纹)、切槽与工件的切断加工等。同一零件，采用不同的编程方法、不同的进给路线，使学生在体会中学习。这一阶段学生无需编程，但在其实践训练时，会对程序内容、机床基本操作、整个加工工艺流程有初步的了解与掌握，为后续复合工件的训练奠定基础。

复合工件作为考核件训练，主要有以下几种设想。

(1)复杂型面的外轮廓加工及切槽切断训练，如葫芦、子弹、手柄、酒杯、花瓶、保龄球等。体现数控机床加工复杂型面的能力及在一次装夹完成外轮廓加工及自动切断等多工序加工的特点。在加工中可采用主轴恒线速功能，体现数控机床主轴在加工过程中可随工件直径大小即时变速功能，使工件表面粗糙度趋于一致。(2)加工与普通车削训练相同的考核件，目的是以对比方式，让学生了解相同零件数控加工与普通加工方式的差别，哪些工件或部位适于数控加工及对比表面粗糙度及机床加工精度等。(3)设计小型装配体或组装体载体，使小组成员每个人完成其中部分内容，最后整合成整体。除了体现上述教学内容，还可培养学生团队协作能力，增加训练趣味性，达到培养目标。(4)学生自主创新、寻找实践训练素材，使其以个人或小组形式以发现问题、分析问题及解决问题的思路完成训练载体的加工。