《数控原理与系统》的课程实践教学模式

郝文莉

摘 要：《数控原理与系统》作为数控技术专业的一门专业课程，与学生后续课程的学习与教学质量息息相关。主要针对《数控原理与系统》的课程教学改革制订了实践教学模式，建立了实践平台，重编了教材并设计了综合性实验，以促进教学质量的提高。

关键词：数控原理与系统；课程实践；教学模式；实验课程

中图分类号：TG659-4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.134

数控机床作为一种现代化的机械加工设备，融合了当今许多最先进的技术，广泛应用于生产中。而高校开设《数控原理与系统》课程的目的就是让学生掌握数控机床的工作原理，部分高校还将重点偏向于实践教学，实现理论与实践的高度统一，便于学生快速掌握知识。

1 《数控原理与系统》课程概述

《数控原理与系统》课程主要讲解数控系统的基本概念和分类，并介绍了现代数控系统的发展趋势。待学生掌握基础知识后，则开始介绍数控系统的刀具补偿原理与插补原理、数控系统软、硬件结构，并简要介绍数控机床伺服驱动系统的驱动与控制、目前常用数控系统的结构和工作原理等。

2 开展课程实践教学的必要性

课程实践教学是一种全新的教学方式，其基础学习方式是实践性学习，具有很强的研究性、实践性和生活性。对于《数控原理与系统》课程来说，该课程的理论性较强，尤其与工程实践密切相关，大部分学生在教学中会产生烦闷和枯燥等不良情绪，不会将所学专业知识与市场数控系统联系起来，从而造成理论与实践严重脱节，因此有必要开展课程实践教学，除了能提高学生的实践动手能力和创新能力外，最重要的是与高校培养高级数控工程应用型人才的目标一致。

3 课程实践教学模式探析

3.1 建立实践教学平台

《数控原理与系统》课程教学用的实验装置在市场上还并不多见，大部分高校为完成数控原理部分的实验，都采用了单片机。但不太直观的汇编语言编程让学生在为数不多的实验课上验证编程数控原理难度很大，降低了实验效果。针对上述现象，高校可研制开发实验装置，例如某高校在1999年研制出基于PC总线而采用上下位机实现的系统实验平台及相应的数控原理，其中，下位机小型铣床的控制和信息的转发，并采用C语言处理人机界面和实验功能的计算。学生还能利用该自制教仪较容易地完成教学大纲制订的实验任务。但近年来随着计算机技术的发展，相应地也带动了计算机内部的改变，其中，变化最大的就是PC总线的升级，以往商用机中使用的PC总线逐渐减少，目前较为流行的Windows环境兼容性较差，主要是因为其是DOS环境下开发的实验软件。图1为某高校建立的实验平台，它是基于P C I总线通用接口卡，在计算机内部插入一块通用型PCI接口卡PCI-7483后经功率驱动的单元控制小型实验铣床。

在VC++6.0环境下，计算机可实现各功能模块、人机交互及处理数控系统内部数据，最终结果为子程序方式经调用PCI卡自带的动态链接库直接传输给PCI-7483，之后经功率驱动后

对小型实验铣床的相应部件进行控制。PCI-7483接口卡的硬件资源有16路开关量输入通道、12位16路A/D转换通道、3路定时中断/光隔脉冲计数器及8位4路D/A转换通道等。上述硬件资源基本可以满足数控原理教学内容中关于数控机床开关量和模拟量的控制要求，它在被控对象与计算机二者之间形成一种交换作用。机床操作面板指实验操作台外还包括机床内部一些主要状态的显示，主要目的在于方便学生在实验过程中能直观地观察系统运行结果。上述实验操作台主要由面板1和面板2组成，其中，1多用于工作方式设置、主轴控制、手动控制、电源开关、手摇脉冲发生器输入及紧急停控；2主要用于将坐标轴位置信息和其他开关状态准确地显示出来。其中，开关量控制在一定程度上能实现接口卡面板开关信息和机床本体的传输与控制。

图1 实验平台示意图

3.2 基于实践设备建立立体化教材

当前《数控原理与系统》教学采用的教材理论内容占据了70%左右，再加上理论内容与学校实践设备根本不相符。所以要组织有经验的教师根据教学目标和教学模块化的思想重新编写教材，将陈旧、无实用价值和计算复杂的内容删掉，强调数控原理及系统的新工艺、新技术、新知识结合实际操作，从而体现教材的前瞻性和先进性，促进一体化教学的实现。此外，在编写实践指导书时，应参照教材的内容设置，结合现有数控设备资源及理论设计相对应的实验项目。主要教学内容包括硬件、系统连接、数控系统进给参数的设置、刀具补偿原理、坐标轴的参考点、进给系统控制特性的调整、主轴齿轮变速与主轴准停等。实践指导书的编制建立在理论与实践相对应的基础上，目的在于让学生通透了解理论知识后将其用于分析和解决与数控系统及技术有关的现实问题，实现学与用的高度结合。

3.3 综合性实验课程设计

一般只有在完成理论教学后才会开展数控原理与系统的综合性实验，促使学生进一步了解数控系统的组成，掌握课程的基本内容和系统的控制原理。还可通过调试与设计掌握各种功能的实现方法，培养其工程意识和系统意识。虽然常规实验课题和综合性实验课题是相同的，但二者有不一样的难度要求与侧重点。对于后者，教师只需准确下达设计任务，由学生自己查阅资料文献，制订方案，选择、设计、调试程序模块并分析最终结果即可。大部分学生在看到自己得出的结果后都会萌生一种强烈的成就感，为后续系统操作实习增添信心。一般数控系统操作实习包括点位数控系统、开环数控系统的驱动与控制、数控加工程序的译码与诊断、刀具半径补偿计算、数控机床主轴控制、数控系统位置环设计、数控机床开关量信号处理和数据采样法插补连续数控系统。

4 结束语

综上所述，《数控原理与系统》的课程实践教学模式集中在建立实践教学平台、基于实践设备建立立体化教材及综合性实验课程设计方面，让学生在实践中实现学与用的高度结合，准确用于与数控系统及与技术有关的现实问题中，提高教学质量。

参考文献

[1]孟书云，高世平，李宏胜，等.数控原理实验教学平台的设计与开发[J].中国现代教育装备，2011（01）：67-69.

[2]张亚萍.《机床数控原理与系统》课程教学改革探讨[J].泰州职业技术学院学报，2011（02）：41-43，60.

〔编辑：王霞〕