仿真教学与实践操作相结合的数控加工教学模式探讨

沈 羽，王西建

（河南质量工程职业学院 机电工程系，河南 平顶山 467000）

0 引言

针对“中国制造2025”，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部曾联合印发了《制造业人才发展规划指南》，其中最引人注目的是“制造业十大重点领域人才需求预测”。预测到2025年，高档数控机床和机器人人才缺口将达到450万人。《指南》强调“健全多层次多类型人才培养体系”，强调要“推进制造业人才供给结构改革”、“精准对接重点领域人才需求”，“教学内容上围绕先进制造业所需的关键能力和素质”。现代制造业对人才的要求不断提升，促使我国职业学校要不断更新培养模式，不断提升数控技术人才的综合能力与素质。在数控加工人才培养实践教学中，引用企业生产的典型零件作为项目教学内容，合理进行教学过程设计，在数控加工仿真系统中验证项目的可操作性，通过数控机床操作完成项目任务的加工验证。这种采用数控加工仿真教学与数控机床实战操作相结合教学模式，能提高数控加工教学效果，增加实践教学的安全性，提升学生工程实践技能，达到提高数控加工人才培养质量的目的。

1 数控技术教学模式现状

1.1 软硬件配套不足

一些学校财政经费投入少，设备陈旧、数控机床设备有限、且数控系统单一，难以满足人才培养的多样化要求。数控设备少，一次性参加实训的学生人数较多，在这种情况下，人均机床设备占有率低，学生独立操作机床的机会变少。另外设备数量少，数控系统单一、版本低，与企业的先进数控系统相差较大。学生只能了解学校现有数控系统的相关知识，造成学生知识面狭窄，走上工作岗位后难以适应企业要求。

1.2 师资力量薄弱

数控加工机床操作对实训指导教师教学能力要求较高。一般数控加工专业的老师较少，而且都比较年轻，其中相当一部分是大学毕业后就直接到职业院校任教的，在大学阶段没有系统性的受过数控加工方面知识的训练，从未到企业从事数控技术工作，对企业的生产组织方式、生产流程和加工工艺，企业岗位人员的能力需求，机床操作规范、机床故障诊断与维修、零部件质量控制与检测等方面的具体要求不了解，缺乏在数控加工生产第一线的实践经验。短时间内难以满足数控加工实训对实训指导教师教学能力的高要求，无法给予学生更多更好的职业能力方面的指导。

1.3 教学方法陈旧

数控加工技术是现代先进制造技术重要的组成部分，具有很强的实践性。在教学过程中应以提高学生的职业实践能力和职业素养为宗旨，并以培养数控行业、企业所需要的高技能型人才为目标。目前的状况是有些学校教学理论过多，实训内容过少；有些学校数控加工课程教学仍采用传统的课堂讲解和多媒体课件演示等教学方法、教学手段进行实践教学。教师将要实践内容、操作方法和注意事项，机械的通过黑板或多媒体课件讲给学生，使得实训教学成了纸上谈兵；有些学校虽然购置了数控加工仿真软件，能借助机械CAD/CAM软件进行辅助教学，但是又过于注重仿真教学功能，忽略或简化了数控机床实践操作这一重要环节，教学方法与现代先进制造企业的生产过程相违背，学生学习效率低下。

2 仿真教学与实战操作相结合的教学模式

2.1 仿真教学与项目实战相结合的必要性

2.1.1 数控加工仿真教学的必要性

仿真教学能灵活的仿真各种真实情况，设定各种事故及极限运行状态，为学生提供了充分动手的机会，具有高度的安全性。能节省学校开支，减轻教师的负担，调动学生感觉，运动和思维，发挥学习主动性，开拓想象空间，反复试验自行设计的实验方案并进行验证自动评价，增强学生的自信心和成就感，提高学习效率。

学习数控加工技术，机床实践操作过程是必不可少的。数控机床属高技术产品，价格昂贵，直接在数控机床上进行操作练习，容易因为不规范操作，程序错误等导致设备损坏，设备损坏后维修周期长，耽误实训教学过程进展，并且实训费用较高。同时好多学校受条件限制，实训室管理不到位，机床设备台套数不足，实训指导教师数量紧缺，实践场所面积小，因此采用数控加工仿真系统进行部分实践教学环节是十分必要的。采用数控加工仿真系统有效地解决了人均机床占有率低，降低实习成本、减少昂贵的设备投入的问题。数控加工仿真系统结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体开发，真实感强，具有目前各种主流的数控系统和操作面板，效果逼真。学生可以在计算机机上模拟操作机床，能在短时间内掌握各种系统的数控车、数控铣及加工中心等操作，能进行手动编程和导入程序仿真加工，使学生达到近似实物操作训练的目的，大大减少昂贵的设备投入。

仿真教学是具有综合作用的教育手段，在很大程度上可以弥补实训客观条件的不足，给练习者提供近似真实的训练环境，从而替代或补充传统的实验教学手段，节约很多训练时间和经费。

2.1.2 仿真教学与实战操作相结合的必要性

尽管数控仿真实践教学具有毋庸置疑的优势，但它也存在一些不容忽视的缺陷。学生只是在仿真环境中实践，难以对数控设备的具体操作有真实了解，缺少真实感知。在车间现实数控机床操作中，存在大量不确定性因素。但是数控加工仿真系统中预先设定了大量假设因素，机床、工件、刀具、量具处于一种假设的理想状态，设定工艺系统满足刚性要求，未能考虑工艺系统振动、工件材质变化等引起的加工质量变化等因素，导致仿真系统难以全面反映数控机床操作具体真实过程。另外在数控机床实际操作中存在危险隐患，仿真教学中往往存在任意操作现象，数控加工仿真系统没有危险预警系统，学生仿真练习时也没有任何危险。运用数控仿真系统，可能会降低学生的安全意识。

数控机床实践操作是数控加工人才培养必不可少的一个重要环节，通过机床操作，学生能够熟悉了解数控机床的结构组成及工作原理，掌握待加工零件的装夹、定位、加工路线设置及加工参数调校等实际操作工艺，排除机床电气及机械方面的一般性故障。熟练操作数控机床，为走上工作岗位打下良好的基础。

2.2 仿真教学与项目实战相结合的教学模式的具体实现

2.2.1 教学项目的确定

根据数控加工实训课的教学内容，结合高职学生的学习特点，实施“项目式教学”的可行性高，组织起来也相对比较容易，有利于充分调动学生的学习积极性，有效地培养学生团队协作等能力。采用“项目式教学”可以将零件数控编程与操作技能融于具体项目之中，使学生在完成项目的过程中逐步具备典型及复杂零件的编程与加工能力，实现职业教育提高学生就业能力的目标。

为了激发学生学习兴趣，提高学生对所学专业的认识，数控加工实践教学直接引用企业生产典型零件作为项目化教学内容，以理论与实践知识实用、够用为原则，循序渐进，由浅入深。项目化教学内容确定后，应对每一个项目提出具体的实施方案、教学要求和应该达到的教学目标，并严格执行。

2.2.2 教学任务的实施

数控加工项目化教学过程分以下几个步骤：

（1）布置阶段。教师布置任务，引导学生分析任务，明确素质目标、知识目标、技能目标。

（2）计划阶段。学生分组工作，制定工作计划，制定数控加工工艺过程。

（3）实施阶段。在仿真加工阶段，选择合适的加工用量，采用手动编程或借助CAM软件自动编程，选择机床类别、机床系统、定义毛坯、装夹毛坯、夹具、选择合适的刀具，在数控加工仿真系统仿真加工，对加工工艺过程、数控加工程序的正确性进行验证；在机床实践加工阶段，将仿真加工阶段检验无误的程序，用计算机接口或存储介质将数控程序输入机床数控系统，进行实际操作加工。学生正确选择毛坯，装夹工件，装夹合适刀具，试运行程序，检查刀具运行轨迹，正确操作机床，运行程序试加工，再次验证工艺的合理性与程序的正确性。

在仿真教学和机床实践时，指导教师先进行规范操作演示，讲明操作要点与注意事项。学生观看演示后根据计划完成自己的任务，整个过程中，指导教师要认真巡视、经常检查、及时指导，发现问题及时纠正。

（4）检查阶段。学生自行或互相检查实训过程、加工结果。根据加工结果，进行程序、工艺优化设计与改进。

（5）教学效果的评价与反馈。指导教师对学生在数控加工实训整个过程进行点评，对加工出的工件质量进行评价，指出优点和不足，对于学生在实训过程中出现的错误要给予及时纠正，通过每一次技能训练，使学生对自己所掌握的理论知识及实践技能有所认识、有所提高。指导教师要虚心听取学生反馈意见，对实训内容、实训方法等不足之处及时改进。

3 结语

采用数控加工仿真教学与数控机床实战操作相结合的教学模式，合理设计实训教学项目，拓展实训教学内容广度和深度，提升实战化教学质量和水平，提高数控加工教学效果，增加了实践教学的安全性，大大提升了学生工程实践技能，提高了数控加工人才培养质量。