工程训练数控实践教学的设置及方法探索

王平芳，周继烈

工程训练是一门以实践教学为主的技术基础课程，高校工程训练中心的设置为在校的理工类学生提供了一个必不可少且意义独特的工程训练环境，并在一定程度上满足了现代化制造业领域对工程技术人员素质训练和培养的需求。由于国内的工程训练中心大都由金工中心过渡而来，相对于硬件设施条件的大幅提升，工程训练在课程设置、教学方法等实践教学软环境方面的建设和探索仍将是一个长期的过程。本文将以数控铣削训练为例，探索工程训练数控教学的设置及教学方法的运用和实践。

一、工程训练数控实践的设置与安排

我校工程训练课程面向学校多个工科类专业开设，为适应不同专业的培养目标和对工程训练的不同要求，我们选择不同的训练项目和组合模块，并制定了一个由简单到复杂、由基础到综合的循序渐进教学计划，以下以数控铣削训练为例，介绍基础训练、加强训练和综合训练的训练过程。

1.基础训练。基础训练模块面向所有的工科类学生，实习时间是三个课时，主要是了解数控加工工艺、编程及机床基本操作过程。其实习指导过程如图1所示。首先是导论课集中介绍，并布置编程作业；其次现场示范讲解，先检查学生的作业，解答学生的问题，然后对机床结构、原理、操作步骤、精度控制等方面进行详细介绍；最后由学生自己动手操作，掌握整个操作过程。通过基础训练，学生对现代制造技术内容有了比较直观的初步认识，并对机床的原理、结构、加工工艺过程都有了一定的了解。基础训练是我们为学生打开的通向现代化制造业领域的第一扇大门。

图1 基础训练模块实习流程

2.加强训练。机类学生根据其专业发展特点，除了完成基础训练模块的实习，还必须进入带有创新性质的加强实习。加强训练实习单个项目的实习时间为2-3天，数控铣削训练项目主要是在以计算机与数控机床为平台，实现CAD/CAM一体化教学。在实习中，充分考虑调动和发挥学生的主观能动性和参与意识，通过运用CAD/CAM技术，实现从造型到加工整个过程，充分运用学生的想象力和创造力，让学生体会到数控加工的先进性。其流程如图2所示。首先通过CIMAT RON软件对三维零件进行设计，设计的零件要求体现出自动编程零件的特点，比如有曲面特征；其次，根据设计的零件的几何特征，定义相关的加工参数，由计算机进行数据处理，并动态模拟显示加工路径，观察是否有干涉、撞刀等现象，选定合理参数，最终输出的NC代码程序并进行在线加工。加强训练过程中，学生运用CIMATRON软件，由计算机自动生成数控程序，省略掉繁琐的计算，迅速的制作出各种轮廓形状不规则的零件，解决了各种复杂零件的加工问题，完成了不可能的任务。该训练模块向学生充分展示了自动编程数控技术的科学性与先进性，使学生体会到先进制造技术在缩短生产周期，提高生产效率等方面的神奇作用和效果，激发了学生对现代制造技术奥秘的学习和探索热情。

图2 加强训练流程

3.综合训练。综合训练是我校在工程训练教学领域的又一次创新，综合训练项目的实习使学生进一步了解和熟悉机械制造工艺流程，提高综合运用知识的能力。例如LED台灯的设计与制作的实习项目就涉及了创意设计、材料选择、工艺安排、机械加工、电路调试、成品组装等设备制造各个环节。比如，台灯底座设计时除需要考虑到线路板、开关、插头、灯杠等与之有关的其它部件的安装位置、尺寸参数，还必须考虑底座的美观、重心、容量等问题。整个实习过程要求学生自己完成对产品的设计，自己编写程序，并亲自操作机床加工，直至产品制作完成，学生的创新思维能力、工程设计能力、分析和解决问题的能力、实践动手能力都能得到锻炼和提高。综合训练模块能够培养学生多学科结合的大工程理念，使学生将停留于概念上的工程认知理念上升到应用层次，使学生的科学探索的意识、方法和能力得到锻炼。

二、工程训练数控教学方法的运用与实践

为达到理想的工程训练教学效果，在科学配置课程的基础上，我们还要注重教学方法的运用。教学方法是表达教学内容的重要手段，只有灵活、适合自身特点的教学方法，才能更好地向学生表达教学内容，传授课堂知识。经过多年的探索与实践，我校工程训练中心教研人员总结了一些比较有成效的教学方法。以下对关联性对比、启发和引导、增加互动等教学方式方法做简单介绍希望能够抛砖引玉。

1.关联性对比。该教学方法旨在教学实践过程中，引导学生合理的对比各工种加工方法的特点。例如在讲解切削运动时，可以通过简单提问，引导学生对比数控车床和数控铣床的不同运动方式，得出数控车床的主运动是工件、进给运动是刀具，而数控铣床的主运动是刀具、进给运动是工件的移动的结论。这样的运动方式也决定了车床和铣床在加工范围上的区别，车床加工的是回转体类零件为主，铣床加工的是平面沟槽和成型表面为主。又例如，对于学习过CAD/CAM项目的学生，通过简单提问，引导学生对手工编程与自动编程进行对比，通过对比得出，虽然手工编程都可以用自动编程来完成，但一般用于三维零件和复杂曲率半径的编程。而且要编制出合理的程序，必须熟练掌握软件的运用和工艺知识。对于一些简单的二维轮廓零件的编程，还是手工编程比较方便，而且手工编程是自动编程的基础，只有掌握了数控指令才能读懂计算机编写的程序代码，手工编程是学生熟悉并掌握数控程序基本原理的一个重要途径。实践证明通过有机融合各工种实训内容，揭示各项目间的关联性，能够最大程度的突出本项目的知识特点，增强教学效果。

2.启发和引导。在教学实践过程中的一些关键教学点设置一些小问题，通过启发和引导，鼓励学生积极思考，并提出解决问题的办法。例如，为使学生了解刀补指令如何运用，并体会到刀补指令在机床操作中的重要作用，在零件加工好后，通过让学生再次测量尺寸，并与设计图纸进行对比，当发现误差问题后，引导学生对加工过程进行回顾和思考，并提出运用刀补指令保证精度方案。又例如，为使学生了解一些精度高的对刀方法，可以先要求学生进行手工对刀，手工对刀往往需要来回反复的调整，凭肉眼感觉来确定加工位置，有些学生就会提出：这样对刀是不是太复杂了，有没有简便、精度高的对刀方法。这时教学人员就可以引入介绍精度高的对刀方法，如对刀仪、激光对刀等方法。实践证明善于启发和引导，不仅有利于加深学生对教学内容的认识和理解，也对活跃课堂气氛起到一定的作用。

3.增加互动。在教学实践过程中，增加生动、活泼的教学互动环节，让学生参与其中。例如，在编程教学阶段，由于学生作业里编程的只是轮廓图形，为了使学生更深入了解编程内容，了解零件的精度控制，掌握刀补指令运用。老师对作业进一步提出要求。如图3所示为需编程的零件图，要求学生控制精度来编程，由于没介绍过刀补指令，学生一般都选用直接计算尺寸的方法来编程，如图4所示。如果零件需要多次操作控制精度，图形又比较复杂，这就需要多次计算刀路轨迹位置，多次修改程序，这种操作方法在加工上也是不可取的，这时老师就引入刀补指令，编程时按照图纸尺寸进行编程，可以用同一个程序对零件进行粗、精加工，如图5所示。简化了编程工作。由于是通过自己思考编程，当引入更简便可取的方法时，学生就轻松地掌握了编程内容。实践证明在教学过程中和学生进行真正的交流，增加互动，对学生的学习兴趣和教学质量的提高可以起到事半功倍的效果。

图3 零件图

图4 编程

图5 编程

工程训练已经成为工科类高等院校本科生进行工程素质教育和技能培训必不可少的实践性教学环节。在注重动手能力培养的前提下，合理规划教学计划和教学内容，让教学内容、教学方法随着社会的进步而不断的改进和完善，才能提高学生的创新能力。教师在教学实践中通过不断探索和总结经验，更新教学内容，才能获得满意的教学效果。

[1]陈咏华,李丽荣.工程训练实践教学研究与探索[J].实验技术与管理，2011，（3）.

[2]苑海燕.浅谈运用创造学的原理和方法指导工程训练的体会[J].金工研究，2008，（4）.

[3]王洪欣等.机械基础系列实验教学体系的构建[J].实验科学与技术，2010，（2）.