数控技术课程教学模式研究

张明德

(重庆理工大学机械工程学院，重庆 400054)

数控技术是指以计算机硬件、软件、信息存储与处理、通讯协议、自动控制、检测技术等为技术基础，采用某种专用语言编写的程序对生产过程进行数字化描述，利用计算机或者专用控制装置的高速高效的信息处理能力实现生产过程的自动化控制。

一、数控技术及装备在国民经济中的重要地位

数控技术的发展与应用为传统制造业带来了巨大的变化，使得制造业的自动化程度、生产与管理效率、加工制造精度与市场响应能力都有了飞速的进步。数控装备在航空航天、汽车、能源、船舶、轻工、医疗等重要领域起着日益重要的作用。数控装备辅以无人小车、自动托盘交换系统、机器人等自动物料传输系统以及信息管理系统构成柔性制造系统、计算机集成制造系统等现代化先进制造系统。鉴于数控机床在国民经济中的重要地位，国家正在实施“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项工程，该专项为现阶段实施的十六个国家科技重大专项之一［1］。通过该重大专项的实施重点开发航空航天、船舶、汽车制造、发电设备制造等领域的高档数控机床，满足国内主要行业对制造装备的基本需求。

数控装备正朝着高速度、高效率、高精度、高可靠性、智能化和节能环保的方向发展。航空、航天、能源等领域高、精、尖复杂产品的加工生产向现代制造工艺、装备和系统的性能不断提出挑战。先进制造技术与数字控制技术的结合在制造工艺、装备和系统的规划、操作、控制方面产生了重要影响。制造过程与制造装备的智能化是将制造活动中的信息感知与处理、知识表达与学习、智能决策与执行的综合交叉，装备的智能化主要涉及工况感知与智能识别、性能预测与智能维护、智能规划与编程、智能控制与伺服驱动。例如在综合考虑机床、工艺系统和零件材料等因素前提下的加工过程的自适应控制、加工参数的自动优化，以运动轴负载特性自动识别为基础的智能伺服控制、各种误差的在线精密测量与补偿、装备运行状态的智能监控、诊断与维护等。以绿色、智能、超常、融合、服务为主要发展方向的中国制造业对于数控技术提出了更高的要求，为快速发展与进步的数控装备制造业培养高素质的人才亦是高等院校机械设计制造及其自动化专业理所当然的职责。

二、课程设置

(一)面向实践能力培养的课程体系设置

数控技术课程体系包括理论课程、实验课程、课程设计以及综合实践，结构体系如图1所示。课程体系的设置主要以数控机床操作涉及到的各个模块为单元，在理论课程学习各项数控技术的基础上，以实验强化各主要模块，通过课程设计将各模块串联为一个系统。理论课程以数控机床的主要组成部分及数控机床使用、维护为主线组织教学，主要讲授:数控加工工艺、车铣钻数控加工编程、数控机床典型机械结构、CNC插补控制原理、典型CNC控制系统、数控机床伺服系统、数控机床检测系统、数控机床PLC程序设计、数控机床控制系统设计［2］。数控机床控制系统设计主要讲授数控机床控制设计的一般步骤和方法，为数控技术课程设计打下理论基础。实验课程主要为学生提供加工编程软件使用和加工仿真训练，初步分子系统培养学生对数字控制的认识。实验课程主要提供VERICUT仿真加工实验、MasterCAM编程实验、步进电机控制实验、交流伺服电机控制实验、基于运动控制卡的十字滑台控制实验。数控技术课程设计以数控机床控制系统为对象巩固理论课程的学习成果，培养学生的工程应用能力。数控加工综合实践主要培养结合加工实际的编程能力以及数控机床操作能力，包括车削加工模拟及实作、铣削加工模拟及实作。

(二)面向项目任务驱动的教学组织方式

教师在教学过程中采用以“项目任务驱动”教学模式的设计教学过程，强化学生的主动学习、激发学生的学习积极性和主动性，并对学生的学习提出明确的要求，并适时进行引导［3］。

1.项目任务的布置

根据不同教学模块的主要教学内容和难点，提出恰当的任务并事先向学生公布具体要求。任务选择时应当注意难度适中、学生容易切入，同时便于激发学生的学习积极性，注重培养学生解决问题的能力。

2.知识准备

教师在教学过程中，要向学生讲授涉及到该模块的新知识和新方法，指出该模块的关键问题和难点，并提供必要的资料或者提供查询相关资料的方法，引导学生理解项目任务。

3.学生提出方案

经过学生充分的思考与讨论，结合具体的项目任务要求和现有的技术条件，制定切实可行的实施方案。

4.任务实施

学生根据拟定的实施方案，查找相关资料和手册，最终完成项目任务。

5.教师课堂点评

随机抽取某位或者某组同学完成任务的情况，并指定学生公开解释方案及其实施过程中遇到的问题，教师在此过程中做出分析与点评，让学生明确自己的优点和不足。教师课堂点评的过程，能够提高学生对任务的认识水平，深化自己对知识的理解。

三、重视MasterCAM、Vericut等模拟仿真软件在数控技术课程教学中的应用

数控技术的教学过程较为抽象，学生借助虚拟现实技术可以加深对相关知识的认识和理解。面对日益增加的学生数量和有限的数控机床这一现状，教师需要转变教学理念，开拓教学思路。利用计算机虚拟现实技术，借助仿真加工技术和相关软件，在计算机上进行编程联系和模拟仿真。学生通过演示可以非常直观地观察到程序运行结果，有利于提高学生动手能力同时有效减少数控机床硬件投入［4］。

MasterCAM是一款集成了CAD/CAM两大功能的软件系统，把2D/3D几何造型、曲面设计、数控编程、刀路轨迹模拟等功能于一体。VERICUT采用虚拟现实技术，验证和检验CNC程序可能存在的碰撞、干涉、过切、欠切、切削参数不合理等问题，能够精确模拟仿真各类数控机床和主流数控系统，提供仿真加工后产生的结果参数、输出过程测量草图和表格，以及特征尺寸和公差，能对设计模型和VERICUT模拟后的制造模型进行比较。用户可以构建自己的数控机床，有利于学生加强对数控机床结构的理解和机床运动关系的分析。

四、结束语

对数控技术课程来说，按照理论学习与实践训练相结合的思路设置模块式的教学内容，按照项目任务驱动的方式组织教学工作，教学工作中注重采用专业CAM软件以及加工模拟仿真软件，能够明显提高教学效果。

［1］ 中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图［M］.北京:中国科学技术出版，2011:8.

［2］ 邓嫄媛.数控技术教学体系建设初探［J］.成都大学学报:教育科学版，2008(4):45.

［3］ 叶邦彦，刘建萍，张承忠，等.面向数控技术课程的创新教学模式研究［J］.现代教育技术，2010(11):140.

［4］ 刘有余，许德章.本科“数控技术”精品课程建设实践探索［J］.山西广播电视大学学报，2011(11):54.

(责任编辑 周江川)