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Abstract: This paper mainly discusses how to make good use of training time reasonably and effectively to let the students master the basic NC theory and practice knowledge. Combined with our school practice experience, the paper dicusses the role of NC simulation software and method of use NC simulation software in the NC practice.
关键词: 数控实训;工程实训;数控仿真软件;数控教学
Key words: NC practice;engineering practice;NC simulation software;NC teaching
中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)06-0032-02
0 引言
随着科学技术的发展和经济的市场化,高校人才培养的理念也发生了根本性的转变,着重强调素质教育。数控编程是一门对科学思维和实践操作能力要求很高的实训内容,如果仅仅通过单纯的理论教学和实践上机操作,容易使初学者感到抽象、难学,再加上学生知识结构、学习习惯等诸多不利因素[2],无法有效地利用工程实训的有限时间,掌握数控机床的编程和操作技能。在统观传统数控教学的优缺点的基础上,我们发现,引入数控仿真软件可以避免传统教学的缺点,让学生在数控实训有效的时间内,在数控机床数量有限和指导教师人数有限的条件下,通过理论教学、实践操作和仿真软件交互使用的这一教学方法,可以提高教学效果,促进学生学习的兴趣和动力,保证了教学的安全,取得了良好的教学效果。
1 传统数控教学特点
在传统的数控实训中,因为数控机床的数量有限,指导教师的人数也有限,导致一般是10-15人左右围聚在一台数控机床旁边,听老师讲解数控机床具体操作方法,导致大多数学生因无法看到数控机床具体操作面板,而无法认真听讲或者听课效果很差。由于数控机床属于昂贵设备,学校购买数控机床的数量有限,教师人数有限,指导学生单独上数控机床操作的时间受限,并且数控机床的错误操作容易引起安全事故的发生,因此,使用传统的数控教学方法进行的数控实训效果很差,学生无法在有限时间内达到高校数控实训的目的和要求。
2 数控仿真软件在数控实训中的应用
2.1 数控仿真软件 数控仿真是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术。该技术面向实际生产过程的机床仿真操作,加工过程三维动态的逼真再现,能使每一个学生,对数控加工建立感性认识,可以反复动手进行数控加工操作,有效解决了因数控设备昂贵和有一定危险性,很难做到每位学生“一人一机”的问题,在培养全面熟练掌握数控加工技术的实用型技能人才方面发挥显著作用[3]。数控仿真软件是应用计算机的编程和建模,将加工过程用二维图形或者三维图形的动态形式演示出来的软件,使在传统数控教学中,需要数控实验室或者实习工厂才能完成的大部分教学演示功能在虚拟软件环境中就能实现,使数控教学模式变得更加灵活、方便。
2.2 数控仿真软件在数控实训中的作用 数控仿真软件在数控实训中的使用,改变了传统的教学方式,对数控实训的效果有重要的影响,主要表现在以下几个方面。
①数控仿真软件可以模拟真实数控机床加工,使数控实训教学变得生动形象,易于理解学习。数控仿真软件提供了多种数控仿真系统,可以全面仿真加工的整个过程,学生可以多方位了解数控机床结构,通过仿真软件的模拟加工,掌握实际数控机床的操作方法。②数控仿真软件提供了学习数控机床操作的安全平台,避免了数控机床操作时易于发生的安全隐患。在使用数控仿真软件进行加工时,所有的加工都是在虚拟环境中进行,不会因为学生的错误操作引起人身安全问题,也不会损坏机床。③数控仿真软件的使用可以节省教学设备的投资,减少材料的消耗。如果按照传统的方法来进行数控实训,学生在操作的过程中要消耗大量的材料,并且集中实训期间,连续40天,每天都有学生参加数控实训,数控机床的保养和维护无法满足需要,如果一台机器运转不良,将会导致整个数控实训受到严重阻碍。在数控实训中如果引入数控仿真软件,可以避免机器长期运转得不到维护的问题,也可以减少原材料的消耗。仿真软件一般都是绿色软件,不用安装,只要有一台普通的电脑,就可以安装使用。学生可以在机房练习,也可以在自己的电脑上练习,节约了学生学习的时间,提高了学习的效率。④仿真软件可以激发学生学习数控编程和数控机床操作的动力。学生在使用数控仿真软件中,可以通过直观形象的加工过程,增加学习数控机床和编程操作的动力,激发学生的自信心,挖掘学生的内在潜力。
2.3 数控实训中要把数控软件和传统教学相结合
2.3.1 传统数控实训方法 在以往的数控实训中,我们的数控实训开展方法是,教师在课堂上讲解数控编程的基本方法,要求学生学完数控编程之后提交一个手工编程的程序。学生在数控车间学习数控机床的原理和操作方法,这一项要求学生能够用给定的程序完成一个简单零件的加工操作。传统的数控教学方法在执行过程中,学生感觉学习枯燥、单调;在编写数控程序提交给教师中,增大了教师的工作量;在机床操作实训中,学生因为对刀失误或者忘记关舱门等失误,导致安全问题频出,教学的效果不是很理想。我校工程训练中心在数控实训中根据传统教学方法的不足,经过认真分析问题原因,参照兄弟院校成功的经验,多次修改我校数控实训的教学方法,并根据本校学生实训的特点,把传统的数控教学方法和仿真软件进行结合,使得学生在短期的数控实训中,快速掌握数控编程的基本原理和数控机床的基本操作,取得了良好的教学
效果。
2.3.2 仿真软件和传统教学有效结合的教学流程 针对学生实训时都是集中实训,数控实训的时间一般是2天。在这个前提下,学生开始学习数控机床的基础理论知识,内容主要包括学生实训所要用到的数控机床的编程方法。通过数控编程理论知识的学习,要求学生掌握自己将要使用的数控机床的数控编程方法。学生在学习期间有不明白的地方,可以找老师咨询,也可以自己查阅我们编写的《机械制造技术实践》中关于数控编程部分的内容。在学生掌握了基本的编程方法之后,学生开始在数控车间学习机床操作,实训教师会给学生讲解数控机床的面板和操作方法,主要讲解如何对刀,学生在教师的指导下,练习对刀。因为对刀是数控加工中非常重要的一部分内容,所以要求每个学生都在机床上练习如何对刀。
经过前面的学习,学生已经具备编写数控编程软件的能力和数控机床的基本操作能力,很多学生因为看到仿真软件可以快速加工出零件,对数控仿真软件操作产生了兴趣,已经开始想自己设计加工零件了。这时,教师对学生加以引导,让学生观看以往同学设计的零件图样,启发学生自主设计零件图样,激发学生的创造力。学生在模拟仿真加工后,可以提交自己仿真加工完成的作品给老师,教师可以对学生作品评分,并挑选部分设计加工得比较好的零件,组织学生在数控车间里使用数控机床进行实际加工。
2.3.3 教学效果 在把仿真软件和传统的数控教学相结合进行数控实训后,我校的数控实训避免了以往数控实训中出现的问题,数控仿真软件本身的优势极大地调动了学生学习数控编程的积极性,在每次实训中,学生都很积极主动地设计和加工,独立完成数控实训的要求。针对我校集中实训的特点和要求,教学效果明显提高。
3 总结
虽然仿真软件有很多优点,但是也有一些不足之处,比如,学生在选择工艺参数时都很随意;学生多次错误操作导致软件系统出现问题;学生的安全意识降低等等。我校数控实训把数控仿真软件和数控实训结合在一起,还处于尝试阶段,该教学方法改善了传统数控教学的弊病,提高了数控实训的教学效果。在实训中,我们要努力扬长避短,发挥数控仿真软件的优势,有效合理地把数控仿真软件和数控实训结合起来,提高数控实训的教学质量。
参考文献:
[1]王彦章.数控仿真软件在数控教学中的应用[J].科技创新导报,2011(15).
关键词:高职院校;数控机床安装与调试;教学改革;课程教学
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2015)07-0067-04
近年来,随着我国数控设备的不断普及,数控机床安装与维修人员的短缺成为企业发展的瓶颈,严重制约我国数控机床产业的发展。“数控机床安装与调试”这门课程旨在培养学生对数控机床的安装调试能力,是机床操作、机电设备维修等技术人员必须掌握的岗位核心能力。因此,该课程在数控设备应用与维护专业的专业课程体系中处于核心地位。
一、以专业岗位能力为培养要求,明确教学目标
数控设备应用与维护专业学生主要从事数控机床操作、数控加工工艺与编程、数控机床安装与调试、数控机床故障诊断与维修等工作。要胜任上述工作,必须具备机床操作和工装装调、工艺编制、程序编程、机床机械结构安装调整、机床电气安装调试、数控系统安装调试、机床故障排除和维修等能力。为满足数控设备应用与维护专业岗位及岗位群的能力培养需要,将该专业原有课程进行了重新构建。“数控机床安装与调试”课程开设在第三学期,共计64学时,4学分。
根据岗位能力要求,该课程以典型数控机床为对象,以培养学生专业、方法、社会这三个方面的能力为目标,如表1所示。
二、构建“以工作过程为导向、职业岗位能力为核心”的课程体系
(一)校企合作,基于工作过程的项目式教学
我院数控设备应用与维护专业是江苏省特色专业,我院也是无锡市开放共享的数控设备维护维修实训基地。定位上强调“高起点、高目标”,建设上必须“多渠道、特色鲜明”。校企合作是高职院校培养高素质技能型人才的重要模式。我院主动了解本地区和区域内各大企事业单位的用人需求,积极主动地与企事业单位沟通协商,先后与南通科技投资有限公司、无锡市海鸿精工机械制造有限公司等多家单位深入合作。根据企业急需的职业岗位知识和技能,制定切合培养目标的教学计划和开课计划,并与企业共同组织实施教学,对学生进行定向培养。本课程基于“工作过程为导向”,以“数控机床安装调试工艺”为主线构建课程内容,内容由南通科技集团技术人员、专家及全体教师共同参与制定,完全按照数控机床生产企业的生产工艺流程来组织安排,课程的授课顺序就是数控机床的生产工艺过程。
(二)以“岗位能力”为本,以“必需、够用”为度
数控机床是典型的机电一体化产品,设备种类多、安装与调试涉及的知识面广、技能要求高,具有综合性、复杂性的特点。依据数控机床装调维修工国家职业标准及数控设备应用与维护专业培养目标,通过对企业调研,参照专家描述,听取同行意见,结合支撑岗位能力的知识点,来确定本课程的教学内容。同时,摒弃传统的、过多的理论讲授,以符合实际应用为目的,以“必需、够用”为度。教学内容设计是循序渐进的过程,尊重学生的认知规律,增强教学内容的针对性与实用性。
根据以上两个原则,将课程的教学内容划分为三个模块,如表2所示。
作为我国职业教育的成功经验,模块化教学能够在最短的时间、以最有效的方法使学生掌握某项技能。课程三大教学模块按如下方式进行组织与安排。
模块一:数控机床机械安装调试。此部分教学将以加工中心机械安装方法为主要讲授重点。按照数控机床厂的装配工艺流程,依次分解为导轨的安装调试,轴承座的安装调试,滚珠丝杠安装与检验,床鞍与床身,工作台与床鞍的装配与检验,立柱与铣头装配,立柱与床身精度校正,加工中心精度检验等项目。目的是使学生掌握数控机床的装配工艺及调试方法。
此模块是本课程的一个重、难点。重点在于机械安装调试,对机床的精度起着重要、直接的影响,而且机械安装调试是学生毕业后主要从事的工作之一。难点在于难以真实复原生产企业完整的装配工艺流程,部分项目实施起来难度较大。比如,项目4由于床鞍、工作台等部件相对比较重,需要专用起吊装置。同时,按照南通科技集团加工中心的实际组装情况,2至3位熟练装配工通常需要10天左右的时间完成一台加工中心的装配。在24个课时内完成整台加工中心机械部分安装调试的教学内容是非常困难的。因此,在这个模块中,需选取部分具备操作性和可行性的项目作为考核重点。其他内容主要以传授安装、调试方法为主,并配以仿真教学软件,动态演示装配过程,模拟仿真安装流程,帮助学生理解。
模块二:数控机床电气电路分析与检测。此部分教学主要以数控维修实验台为基础,现场进行数控机床电气分析与检测。该模块划分为3个项目,项目1为主电路分析,项目2为控制电路分析,项目3为电路连接检测。目的是使学生能够正确识读数控机床电气线路原理图,并进行通电前的检测。
模块三:SIEMENS 840D数控系统调试。利用数控维修实验室数控维修实验台和西门子实验室的实验台进行数控系统调试。分为3个项目,项目1为数控系统硬件连接,项目2为基础功能安装调试,项目3为数控机床功能优化。目的是使学生掌握SIEMENS 840D数控系统硬件连接关系及软、硬件和调试过程。
三、改革教学方法和手段,发挥学生主体作用,提高教学质量和效率
(一)理实一体化,发挥学生的主体作用
将多媒体教学设备和数控机床同置一室,将专业理论课与实训教学环节在教学内容上重新分解、整合,教学被安排在实训室中进行。师生双方共同完成某一个项目、任务,在这一过程中充分发挥学生的主体作用。
1.仿真教学
课程采用Onesoft虚拟数控机床培训系统,使学生能够从任意角度观察数控机床的安装及拆卸过程,这样既给初学者提供了逼真的模拟操作环境,又可避免因误操作造成数控机床的损坏。该软件同时可以让学生全面了解数控机床电路的原理及故障维护。
2.校内实训
数控维修实训室现有学院自主研制的SIEMENS 802S数控车床实验台和FANUC 0i Mate C数控铣床实验台等数控设备,主要进行数控机床电气控制系统认识、电气硬件连接、PLC调试、机床和系统参数设置等操作和训练。
西门子数控实训室是学院与西门子(中国)公司合作共建的实训室,也是西门子公司在无锡的数控培训基地。实训室配有SINUMERIK 801、SINUMERIK 802S、SINUMERIK 802C、SINUMERIK 802D、SINUM-
ERIK 810D、SINUMERIK 840D系列数控系统的实验实训教学平台,主要可进行数控系统各部件的电气连接、数控系统各部分参数设定、PLC初始化、安装、调试等操作与训练。
(二)采用五步教学法,充分体现学生为学习主体
以模块一中的项目2(轴承座的安装调试)为例说明五步教学法的实施过程。
1.明确任务
教师引入案例:某台加工中心Y轴在运动过程中出现声音异常,初步判断是Y轴前端轴承座安装存在问题,分析出现该问题的原因和可能对机床造成的损坏。通过案例引导学生思考如何正确安装轴承座。学生通过教师的讲解,学习有关轴承座安装调试的专业知识,并以小组为单位,采用分组讨论、查阅相关资料等形式,研究方案、制定实施计划。这一环节应鼓励所有学生参与其中,并让学生单独完成。
2.示范讲解
在任务实施之前,教师应对每组学生制定的计划进行检查,发现严重错误应及时指导学生修改。同时,教师应在每组实施之前,对轴承座安装过程及调试方法可能出现的问题或危险性较大的环节,应重点提醒学生。如有必要,还应进行示范演示。
3.学生实施
学生分组按照制定的计划实施任务,教师在巡回检查过程中,若发现问题,应先让学生自己解决,使其在解决问题的过程中得到锻炼和提高,同时增强他们的自信心与成就感。
4.学生自检
学生以小组为单位进行演练,学生根据“学生自检表”在小组内部进行完善,修改操作中的不足之处,完成自我检查。同时,每组应该派出一名学生代表进行自评。通过自我梳理,及时发现本组的不足,学习其他组好的思路和做法。这个过程是自我总结和相互学习的过程。
5.教师总结
最后,教师对本次任务进行综合、全面的总结,并对每名学生在本次任务中的表现进行考核评分。
通过五步教学法,可以极大调动学生的学习兴趣,充分体现“以任务为主线、以学生为主体、以教师为主导”的教学模式。
(三)校企合作,为学生提供实践场所
南通科技投资集团股份有限公司前身为成立于1956年的南通机床厂,2006年12月由南通市政府实施重组成为国资控股的上市公司。南通科技是国内生产铣床、立式加工中心的重点骨干企业,设计年产数控机床20亿元的生产能力。该公司与我院已有多年合作,主要为学生提供机械、电气装配,系统调试,精度检测等项目的实习。学生在企业师傅的指导下实现轮岗实操培训,熟悉一线相应岗位的实际操作流程与要求,同时熟悉企业环境,感受企业文化。在这过程中,学生的知识得到了运用,能力得到了锻炼,部分优秀学生在实习期间与实习单位达成了就业意向,实现了学校、企业的“双赢”。
(四)在合作中提升学生的职业素养
针对学生具有较强的沟通、交流能力和表现欲望等特点,该课程同时采用团队学习法。学生完成任务是以小组讨论、协作操作和小组自查形式进行,每个小组5至6人。在协助完成任务的过程中,学生能够发挥各自的认知能力,相互帮助、相互提示和分工合作。学生是学习者也是指导者,角色互换,以最优结果完成任务,全面提升学生的职业素养。
四、打破传统考核方式,以项目考核为基础,体现过程性考核
考核方式在一定程度上对学生的学习起到督促作用,合理的考核方式可以使学生变被动学习为主动学习。全课程共安排6个项目进行分别考核。下页表3为项目考核1评分标准,考核包括基本操作、现场考核、装配图的绘制、方案制定、项目总结和思考与练习六个部分。这六个部分涵盖了项目完成的全部过程,充分体现了过程性考核。其中,基本操作涉及轴承座安装调试的每个步骤,并配以相应的考核要求及分值。现场考核主要反映学生在操作过程中的安全文明、设备使用、工量具使用等情况。
五、改革成果及努力方向
(一)改革成果
在教学方法手段上,采用理论实践一体化、五步教学法、校企合作、团队学习法等多种形式。改变过去传统教学模式,学生在做中学、学中做,充分发挥学生的主体地位,极大提高他们学习的主动性和积极性。
以工作过程为导向的课程开发使学生在学校学习的内容与企业工作过程中所需的知识和技能一致,毕业后学生完全能够胜任企业的具体工作,实现了学校与企业的“零距离”接触。毕业生走向工作岗位后,能在较短时间内适应工作岗位的需求。
(二)努力方向
由于设备数量、课时的限制,不能较好地发挥学生的动手能力,今后应重视设备资金的投入。与此同时,以小组为单位共同完成任务,容易出现“两极分化”的现象,少数学生存在依赖心理。如何进一步完善、优化考核方式也需要在教学实践中不断探索。
参考文献:
[1]姜大源.当代世界职业教育发展趋势研究[M].北京:电子工业出版社,2012.
[2]姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究―理论、实践与创新[M].北京:清华大学出版社,2007.
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根据课程的定位和专业人才培养目标,紧扣当地南通科技投资集团、南通柴油机厂等大中型企业对数控机床装调与维修等工作岗位要求,按照“行动导向理论”和将工作流程课程化的改革方向制定课程改革思路,确定了本课程设计的职业定位、职业能力和工作过程等三个前提。其中职业能力为基于数控设备装配与调试、维护维修职业的能力。工作过程为基于数控设备装配调试、维护维修典型岗位工作任务的课程内容设置。从软件和硬件两大方面对课程进行建设。软件建设方面主要是加强课程小组执教水平和能力建设,通过教学理念培训、到企业进行技能培训等方式提高教师队伍水平,同时让企业工程技术人员担任课程实施小组的成员,共同进行课程设计、组织、实施课程教学,联合开发项目化教材、实训报告与指导书和课程网站建设等;硬件建设方面主要是进行课程实训条件建设,包括校内数控机床装配、调试实训室建设与完善以及校外实训基地建设。
二、项目化教学内容的安排
教学内容结合实际岗位需求与国家职业资格标准,以FANUC系统的数控车床和加工中心为对象,以“装配、调试、检测、维修”为主线,以技能训练为中心,以具体的工作任务为载体,采用项目化的方式将五大项目十六项任务有机的统一结合起来。任务的设计依据由简单到复杂,由单一技能到综合技能原则。在每项任务中设置了学习目标,任务分析,必备知识,课后思考与任务,知识拓展等环节。编写了项目化教学教材以及对应的教案、课件、实验指导书和实训报告,并进行课程网站建设,提供给学生自主学习与交流互动的平台
三、项目化教学实施
项目化的整个教学过程中,教师起的作用是资讯的提供者、学习的引导者和指导者,始终要以学生为主体。每个任务都按“任务告知、任务的引入、分析讨论、知识讲解、行动演示、分组训练、交流评估”七个步骤顺序执行。每个任务开始前,教师给学生下发工作单,告知学生任务的目标和要求,学生在课后根据工作单完成执行任务前的准备工作。教师引入相关任务并进行学生分组讨论后,教师分析任务并对相关知识进行讲解。学生通过观摩教师的操作示范,以小组为单位,通过角色扮演,共同完成指定的任务,并予以说明和展示。最后教师要对各小组完成任务的情况进行点评,并进行总结。每项任务考核过程中,除了具备任务完成的效果与质量的考核项,还设置了考核学生软技能的项目,旨在通过考核,引导学生形成安全操作规范意识,学会应用知识,锻炼学生的团结协作能力,培养学生的职业素质。
四、项目化教学手段
1.采用引导方式教学
传统的灌输式教学,学生学习积极性不高,学习能力受到抑制,影响学习效果。教学的主体是学生,要给学生营造解决某个项目任务的氛围与情境,引导学生思考引起机床某个故障可能的因素有哪些,再引导对其中的部分因素是否能排除等,最终使得学生找到故障的原因并解决。
2.重视学生的动手实践操作能力
该课程的前续课程有数控机床及应用等课程,学生虽然对数控机床的结构与运行原理有了一定的认识与了解,但动手能力还很欠缺。因此,可提供一些专门供拆装的机床机械结构,如主轴,工作台,丝杆等,让学生在实验时间和实训周动手拆装体验,掌握机械结构装调维修中的关键与注意环节。
3.采用仿真软件教学
让学生亲自实践机床设备的维护是必不可少的,但受到实验室开放时间,场地等情况的制约,时刻动手实践真实设备也不现实。为了解决这一问题并使理论课堂教学内容直观、生动形象,在课程教学中引入仿真软件,在软件仿真环境中执行数控机床装配、调试、维修中的各项工作任务,既提高了学生参与的积极性,更便于教学互动。另外学生在课后可随时随地使用仿真软件练习,更有利于学生数控机床维修理论与实践知识的掌握。
4.采用团队学习法
以小组为单位共同协作完成任务。在接到工作单后,学生发挥各自的认知能力,相互帮助、分工合作,通过搜集资料,小组讨论、进行执行任务前的工作准备,并制定初步的解决方案和行动步骤。
5.采用角色扮演
学生扮演维修人员,教师扮演维修主管人员或设备使用人员下达或提交维修任务,学生根据工作单进行技术准备,进入设置好故障的模拟现场,观察和确认故障现象,分析故障原因,制定维修方案,此时教师转换为技术支持者,审核维修方案,学生按照批准的维修方案查找故障原因、排除故障、清理现场,最后填写维修工作记录。
五、实训基地的建设
实训基地为课程项目化顺利实施提供了有力的保障。本课程使用的校内实训室主要有数控实训中心、数控机床维修实验室和CAD/CAM仿真机房等。数控实训中心具有多台XH714加工中心,XK5032数控铣床、线切割机床和高速数控雕刻机等。数控机床维修实训室提供了多台供拆装的CK6132数控车床,多台西门子802C数控车床维修综合实验台、发那科0i-M数控铣床维修综合实验台和西门子802Dsl加工中心维修综合实验台等。CAD/CAM仿真机房的计算机安装了数控机床维修仿真软件。校外实训基地南通科技投资集团股份有限公司等主要产品有摇臂立卧式加工中心、数控铣床、数控车床和龙门加工中心等。这些产品涵盖了课程教学所需的数控机床典型机械部件装调和维修、数控机床电气控制系统的装调和维修、数控机床整机调试和数控机床常见故障诊断和恢复等内容,为课程的实践教学提供了真实的工程实践场所。
【关键词】高职院校 数控设备故障诊断与维修 教学方法
【中图分类号】C42 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(a)-0134-01
《数控设备故障诊断与维修》是高等职业类院校数控技术专业的一门核心专业课程。其任务主要为培养学生具有数控机床管理与维护、数控机床的选购、安装、调试及验收的能力,同时掌握数控机床的结构原理,常用的故障诊断与维修方法等综合能力。数控机床是典型的机电一体化产品,其功能由微处理技术、液压与气动技术、机械技术及电子技术、信息技术等多领域有机结合而成,这就决定了在学习数控设备维修时,具有涉及领域宽、技术面广、难以掌握的特点。
为了使学生能够更好的掌握这门课程,以便将来能够顺利走向工作岗位,同时拓宽就业面,笔者根据这门课程的特点,总结了以下几点,供大家参考。
1 培养兴趣,认清目标,提高学生学习的主动性和积极性
由于高职类院校学生的基础知识相对薄弱,学习本课程相对吃力,学生普遍有畏难情绪,认为自己学不好。作为教师首要做的就是培养学生的学习兴趣,帮助学生认清当前人才的需求形势,从而提高学生学习的主动性和积极性,打消学生的畏难情绪和不自信的心理。教师要充分利用多媒体和网络技术,通过视频、录音、动画演示(如电动机工作原理动画)等,使学生建立起学习兴趣。带领学生到维修现场参观,使维修操作以直观的形式展现在学生面前。
同时要向学生介绍当今数控领域的就业形势,如我国企业急需一大批数控技术应用人才,广东省劳动和社会保障厅的数据显示[1],我省的数控高级技术人员缺口达50万,而在全国范围内缺200万(2006年),根据我国现阶段数控人才的培养规模和速度,在未来几年十几年内数控人才仍将严重缺乏。而对人才的要求则有较大变化,所需求的不仅仅是操作人员[2],更重要的是集数控编程、操作及维修一体化的高技能人才,即未来工厂数控机床要求操作、编程、保养及维修都由一个人来做。从厂家来讲是宁缺务滥,即必须有真才实学,具备全面的能力,否则很难适应未来的需要。这是学好这门课程的现实背景和最大动力之一。
2 扎实基础,模块式讲授,采用分类式的教学方法
针对学生基础知识相对薄弱这一特点,在教学过程中要充分抓住新旧知识相互巩固这一环节,在回顾基础知识同时,适当加以扩展,形成现在所要讲授的知识点。针对某一知识体系的相对独立性采用模块化教学法:如在讲授主轴直流伺服系统的故障与维修时,在回顾电工学中直流电机的分类、结构、工作原理及控制原理的基础之上,自然引出其常见故障点,从而导出故障诊断及维修方法。使学生沿工作原理―控制方式―常见故障点―诊断方法―维修方法这一线索进行学习。这样就避免了学生由于对知识链的某一环节缺失而导致的学习困难。造成学习信心不足,兴趣不够,出现难学―学不会的恶性循环。并且在讲解过程中要做到深入浅出,一些繁杂的公式推导可加以简化甚至不讲,让学生作为已知来应用,新知识巩固之后再对该公式进行讲解和强化。对于基础知识较牢固的同学可同时进行单独推导讲解,做到根据学生的特点进行分类教学。
3 理顺教材,统筹知识,优化课程资源
授课之前一定要理顺教材,要做到繁简适当,重点突出。同时要根据自己的实际情况适当调节教学内容[3],如SIEMENS810系统数控机床的基本操作和SIEMENS810系统的故障诊断与维修这两章,对于数控机床多是日本FANUC系统的院校,在讲解SIEMENS810系统的知识时可以只做一些常规性的了解,而根据自己的实际状况,通过查找相关资料,对FANUC系统机床的操作及故障诊断与维修进行详细的模块式讲解,以便学生能够充分利用现有资源进行实际操作,强化学习效果,即做到讲授灵活。对于电器系统的故障与维修及可编程控制器模块的故障诊断与维修部分,可在前修课程《电气控制与PLC》的基础上,直接进入其故障诊断与维修部分,对其结构及原理部分做简要介绍即可,从而避免知识的重复性讲授。
4 仿真模拟,实验台演练,加强理论与实践的结合
实训是本课程的重要组成部分,直接影响着学生综合能力的提高和职业素质的形成,因此本课程必须强化实训环节,同时注重与理论的结合。实训课设为仿真训练和综合实验台训练两部分,首先要求学生使用仿真软件对数控机床的机床模型、电气、故障的设置与诊断进行模拟训练,能够在仿真软件中熟练进行各种拆卸组装、电气回路的连接与接线及故障设置与诊断,然后在到综合实验台上进行实际训练,使学生通过实训扎实而灵活的掌握数控机床电气回路的原理与设计、数控机床电气回路的整体接线与调试、数控机床电气回路的故障检测和排除技术、高速电主轴电气回路的连接和维修、限位传感器接线和维修、变频调速综合实验和维修技术、步进系统的硬件设计(包括电机、驱动器和控制器)、步进电机系统选型和电缆连接等维修所必需的技术。在实训后期教师设置一些故障,要求学生能够进行正确的诊断与维修作,并以此为对学生考核的凭证,以增强对学生的量化考核和监督。
5 总结
本文以高职高专院校新人才培养模式及提升产学结合水平为理论指导,针对高职院校学生在学习《数控设备故障诊断与维修》课程中遇到的困难,在教学方法上提出了四点改进意见,通过对传统教学方法的改进,改善了学生的学习兴趣不高及有畏难情绪这一状况,便于提高本门课程的教学质量。
参考文献
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关键词:数控车床;实训教学;学习氛围;安全教育;教学方法
数控技术广泛应用在世界各国的制造业,能够提高制造能力和水平,对于世界各国社会生产力的提高和社会的发展具有重要的促进作用。数控车床实训,则是培养学生操作技能和积累技术经验的重要途径,中等职业学校数控车床实训教学质量的高低,对于能否为社会输送出优秀的数控技术人才,起着直接的作用。笔者作为一名数控技术的专业教师,对数控车床实训教学进行了诸多探索和实践,从中总结出了一些切之可行的方法,现结合自身经验,对这些方法略谈一二。
一、营造轻松、自由的学习氛围,使学生对数控车床实训产生学习的兴趣
俗话说,兴趣是最好的老师。的确,兴趣是促使学生探索知识,积极参与教学活动的内在动力。有了兴趣,学生才不会把学习当作一种负担,而是产生积极愉悦的学习体验。但是,传统的数控车床实训教学模式,基本上是以教师为主体的传授式教学,机械性操作多,以学生为主体的自主性实践少,课堂气氛常常因此显得压抑沉闷,学生也没有学习的兴趣。鉴于此,我们在进行数控车床实训教学时,应当致力于改变这种现状,即要引导学生积极参与,让学生以主体身份参与教学全过程,营造一种轻松、自由的学习氛围,使学生对数控车床实训产生学习的兴趣。
比如,我们在对数控车床的面板操作进行讲解时,传统的教学方式是全班学生都围绕教师,教师对机床上的键盘进行逐一讲解,但是这样学生的视角会受到限制,同时也有可能因为实操室的噪音而听不清楚教师的讲解,进而造成学生学习兴趣下降,教学效率低下。这时,我们就可使用数控仿真软件,如此既能让学生更快熟悉和了解数控机床的操作面板及系统加工按钮应用,学习环境也会更安全,给学生营造了一种轻松、自由的学习氛围,为学生提供了自我探索和自我表现的广阔平台,激发了学生对数控车床实训的学习兴趣,为数控车床实训教学效果的提高奠定了基础。
二、加强对学生的安全意识教育,保证数控车床实训的教学质量
数控车床专业教学,涉及高速运转的机械设备以及相关工、夹、刀、量具,在安全上需要极大的保障。在实训中如果出现安全事故,那么无论是对学校还是学生家庭,都会造成严重的影响。所以,作为数控车床实训的指导教师,我们必须加强对学生的安全意识教育,让学生能在安全的环境中,掌握数控专业知识,从而保证数控车床实训的教学质量,为学生以后步入社会,走上工作岗位提供有效的保障。
比如,我们要告诉学生,应该严格遵守数控机床的安全操作规程,熟悉数控机床的操作顺序;保持数控机床周围的环境整洁;操作时必须穿戴好工作服、工作鞋,不能穿、戴有危险性的服饰品,女同学应戴安全帽,将长发塞入帽子里;机床工作开始之前要有预热,认真检查系统是否工作正常,如机床长时间未开动,可采用手动方向向各点添加油;使用刀具要与机床允许的规格相符合,损坏严重的刀具要及时更换等等。这样,我们只有不断加强对学生的安全意识教育,让学生掌握安全的数控车床知识,才能使学生养成良好的职业素养。
三、创新数控车床实训教学方法,切实提高学生的理论水平和实操技能
数控技术,需要以坚实的理论为基础,所以我们必须要让学生在理论基础层面上深刻掌握数控技术。然而,传统的教师讲、学生听的固定式教学模式已不适应现代教育教学的发展,我们必须对数控车床实训教学方法进行创新,使教学方法变得丰富多彩、灵活多样,让学生能够对数控技术有更为深刻的理解和认识,并以此切实提高学生的理论水平和实操技能。
比如,数控技术由于自身所具有的复杂性特征,有很多知识对于初学者来说理解起来具有很大的困难,这时,我们就可运用现代多媒体技术,将数控系统的结构和功能以直观化和形象化的方式进行展示,如此,便能帮助学生顺利理解数控系统各部分的功能、工作原理和性能特点等。另外,我们要注重理论与实践相结合,在学生掌握了数控机床原理知识后,要引导学生分析项目、订制工艺,从而使学生的理论水平和实操技能都能得到发展和提高。
综上所述,在数控机床实训教学中,我们一定要采取各种行之有效的措施,来激发学生的学习兴趣,调动学生的学习热情,让学生积极主动地参与数控机床实训学习活动,使学生因此掌握牢靠的操作技能并积累技术经验,我们也能为社会和企业培养出集编程和操作于一身的高技能复合型人才。
参考文献:
关键词:数控机床;生产性实训;教学模式;课程改革
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2013)10-0137-02
课程改革背景
近年来,数控加工已成为制造加工业的主要力量。2009年,国务院出台了《国家装备制造业振兴规划》,出台了一系列政策对本行业进行大力扶持。我国数控机床年消费超过60亿美元,台数超过10万台。进口和消费机床连续8年排名世界第一,数控机床生产和操作所占市场份额的迅速提升,使得相关技术人才的需求量急剧上升。目前,国内数控人才缺口率高达65%,缺口量达200万人,尤其缺乏数控机床操作等高技能人才。因此,学习数控机床的操作、零件的程序编制、工艺处理等对于数控技术专业的学生来说非常重要。
高职院校的主要任务就是培养符合企业要求的“技术基础厚,实践技能强”的高技能人才。面对一边是大量毕业生找不到工作,毕业即失业,一边是工厂企业需要大量的技术人才却招聘不到的市场现状,如何才能满足企业对毕业生“不仅能用,而且好用”的期望,是我们急需解决的问题。
课程设计
(一)课程设计的基本思路
课程组成员通过对相关数控企业进行调研得知,数控技术人才的主要就业岗位有加工工艺员、数控编程员以及数控操作工等。这些岗位不仅要求学生有扎实的理论基础,还要求有过硬的实操能力。因此,为培养学生“厚基础,强技能”的综合水平,将数控编程理论课程与数控机床加工实践课程合二为一,形成“教学做”一体化的数控机床编程与操作课程,是一门培养数控机床操作、维护、程序编制、产品检验、车间管理等职业岗位群基础能力的专业核心课程。课程的实施地点为校内综合性实训基地,课程教师由校内专任教师和企业技术人员共同担任,课程的实施过程即产品的生产流程。
(二)适应生产性实训的校内实训基地建设
我院校内实验实训设施虽较完善,但综合性生产实训场地不够,还不能完全满足工学结合的生产性实训要求,并且运行模式不能满足工学结合、校企一体、为行业企业服务的需要。因此,须建设以生产性实训为特征的教学形式,即按照一个完整的生产链要求,整合校内现有实训条件,引进企业优势资源,按实际生产中的不同功能规划生产车间,建成设施完善,工位充足,集生产、教学、培训、科研、技术服务与职业技能鉴定于一体的综合性实训基地;并营造出企业真实的工作情境及管理模式,形成“专业+企业+师生员工”的教学管理模式,校企共育高端技能型人才。
这种模式的建立,使学生可以数控机床编程与操作课程为载体,在生产性实训基地从事煤矿机械零件工艺编制、加工、产品检验、机床的安装调试与维护等工作,为学生创造真实的生产环境和职业岗位,使学生在完成生产任务、提高职业技能的同时,接受企业文化的熏陶,提升职业素质。还可以解决企业加工设备、操作技术工人有限的问题,降低产品订单的生产成本,缩短生产周期,在为企业降低生产成本的同时,为学校创造效益,最终实现校企双赢。该生产性实训基地的组成及功能如图1所示。
(三)教学内容设计
教学内容的设计依据高职突出职业性的特点,主要培养技能型人才。高职学生的特点是形象思维强于逻辑思维、动手能力强于思辨能力。高职教师的特点是专兼结合的“双师型”教师。而高职的就业特点是“双证”毕业,直接上岗。
教学内容按照“真设备、真标准、真项目、真生产”的四真原则设计。真设备即教学条件为真实并先进的数控加工设备;真标准即课程教学标准依照真实的职业标准;真项目即教学项目采用企业真实的生产项目;真生产即教学过程按照真实产品的生产流程(教学设计如下页图2所示)。
课程实施
课程实施采用以生产性实训为特征的教学模式,具体表现在以下几个方面。
(一)“双师、双真、双证”,融“教学做”于一体
“双师”执教,即教师队伍由企业兼职教师和学校专职教师组成;“双真”运行,即在具有真实生产环境的校内实训基地,运行企业的真实生产实例,融“教学做”为一体;获得“双证”,即通过实施“双师”执教,“双真”运行,在做中教、做中学,学生最后获得毕业证和职业资格证(双证)。
(二)以生产性实训为特征,实现校企共赢
以生产性实训为特征,主要体现在以下四个方面:(1)生产订单。实训内容采用真实的生产订单,实现来料加工、效益型实训。(2)生产人员。实训指导教师为企业的生产技术人员,实训学生为企业的“准员工”。(3)生产设备。实训加工设备采用与企业同步的生产设备,包括数控车床、数控铣床以及加工中心。(4)生产流程。实训流程按照企业产品真实的生产流程进行组织。
(三)单元教学采用“五步法”
单元教学采用“五步法”进行教学组织与实施。(1)下达任务。学生以生产小组为单位召开班前会,传达学习及操作任务、要求、劳动分工及安全注意事项,劳动监管与检查、考评等。(2)任务讨论。项目组成员一起讨论任务单,分析所需知识与技能以及任务分配。(3)任务指导。在各组进行任务分析与实施过程中,专兼职教师对其进行指导、讲解及答疑。(4)任务实施。各生产小组学生在教师的指导下完成零件的装夹、刀具的选用、零件的加工等相关工作任务。(5)总结任务。召开班后会,进行产品质量检测,总结当日的学习任务完成情况。
(四)实施“三按四检”考核方案
总体考核思路 本课程的总体考核思路摒弃了传统考试内容重理论、轻能力,形式单一化、缺乏创新的平面考核,改为产品设计、现场演示、产品加工、取证、答辩等形式多样的立体考核;摒弃了考试时间静止不变、考试环境静止不变、考试过程静止不动的静态考核,不仅使学生手动、大脑动,还要身体动(进行实操)、嘴动(进行答辩)、环境动(从教室到实训车间)、时间动(从学期末变为贯穿到整个教学过程中),整体实现动态考核。
具体考核方案 本课程的考核方案参照企业“三按四检”的质量检测标准,考核标准依据企业按图纸、按工艺、按技术的“三按”要求,考核形式遵循企业自检、首检、巡检、终检的“四检”形式(具体如图3所示)。
实施效果
以“四真”原则为基本依据的课程改革在实施过程中取得了较好的成效。改革紧紧围绕培养学生全面素质和综合职业能力这一核心目标,对原有课程进行了重新整合,构建了以技能为核心的课程体系,实施了以生产性实训为特征的教学模式,将原有专业课程技能融入生产过程中,教师边教边学,学生边学习边实践,让每一名学生对工作过程及岗位任务有一个完整的体验,在教技能的同时,培养了学生的职业素养和创新精神,学生的取证率高达96%以上。
同时,增强了社会服务能力,围绕机械设计、机械加工技术等应用,开展技术开发、技术推广、技术咨询和技术服务工作。通过以生产性实训为特征的课程实施,为中平能化集团、平高集团等煤矿设备生产企业加工零部件,缓解了企业订单交付时间紧、加工设备及技术工人短缺的问题,真正起到了“取之于企业,服务于企业”的作用。
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【关键词】CDIO项目教学法 数控机床维修 教学 应用
【中图分类号】 G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889(2014)12C-0147-02
一、研究背景
当前随着科技的进步和经济的发展,我国的制造业正在进行升级换代,而数控机床作为先进装备制造业的关键设备,已经在企业中得到了广泛的应用。数控机床是以数控技术为核心典型的机电一体化设备,数控技术涉及多门学科,如机械制造技术、自动化控制技术、计算机技术、电子技术等。虽然数控加工大幅度提高了机械制造的精度和效率,但是由于数控机床体系结构复杂,发生故障后,对故障的检测和维修比较麻烦,如果不能及时排除故障,就会影响生产,造成较大的经济损失。这就对数控机床维修工的能力提出了较高要求。数控机床维修工主要从事数控机床的装配、调试和检修工作,一名合格的数控机床维修工不仅要有较高的数控技术的专业理论知识,还要具备分析、判断故障,快速准确地维修好机床的能力。当前,多数数控机床维修人员来自高职院校,然而高职数控机床维修课程教学存在重理论轻实践、理论教学和实践教学分离的现象,学生的职业素质离企业的要求还有一定的距离。这导致了工厂企业招不到合适的数控维修工、数控专业毕业的学生难以对口就业的矛盾。对此,需要对高职数控机床维修教学进行改革与创新,探索学校、学生和企业都能共同参与、共同获益的教学方法。CDIO项目教学法可以说是一种有益的尝试。
二、CDIO项目教学法概述
CDIO是一种工程教育模式,它代表先进的工程教育思想,是国际工程教育改革的最新成果,是工程教育理念的继承和发展。C代表构思、D代表设计、I代表实施、O代表运行。CDIO理念核心为“做中学”,它以真实的工程项目为载体,通过从项目构思到项目运行整个过程的训练,让学生在实际工程环境中学习专业知识和训练职业技能,接受优秀企业文化的熏陶,养成良好的职业素质。CDIO项目教学法充分体现了现代教育的特点,它注重培养学生的工程系统能力、职业素质、创新能力和人际团队能力。目前国内外多所大学引入CDIO项目教学法进行教学改革,都取得了良好的效果。
三、数控机床维修教学中CDIO项目教学法的应用程序
数控机床维修这门专业课程综合性强,需要学生具备扎实的理论基础和较强的动手能力,要开展好该课程的教学工作并不容易。在传统的课程教学模式下教师按知识点循序渐进地组织教学,内容缺乏弹性,学生的学习比较被动,缺乏独立分析和解决实际问题的能力。CDIO项目教学法是以项目为主线来组织课堂教学,将课程的培养目标融入项目教学过程中,通过规划、设计项目,将整个课程体系有机地结合起来。该教学法的引入将枯燥刻板的课堂教学变成了生动有趣的实验项目,可以充分调动学生的学习兴趣,改变学生的学习方式,提高课堂教学的质量。
在数控机床维修教学中应用CDIO项目教学法,主要是根据CDIO教育模式的原理和要求,结合学校的实际情况,对数控机床维修课程的教学模式进行改革。主要围绕理论和实践相融合展开,按照CDIO大纲对课程体系的具体要求,以“项目构思―项目设计―项目实施―项目运作”为主线构建课程项目,实现课程理论知识和实践技能一体化教学。课程开始之前,学生以4~5人为单位组成项目小组。在项目的构思阶段,指导老师给学生讲明项目的目的和任务,引导学生思考如何开展工作。在项目设计阶段,项目小组的全体成员通过学习讨论,设计出项目的实施方案。在项目实施阶段,项目小组合作进行实验,检验自己设计的实施方案。在项目运作阶段,考评小组根据任务要求及项目开展的情况,对项目小组每位学生进行评价和反馈。
四、数控机床维修教学中CDIO项目教学法的实施路径
(一)课程项目的构思
CDIO项目教学法在工程的背景下,以项目为载体实施课程,学生亲身体验项目实施的整个过程。课程项目要符合课程教学目标的要求,要与企业生产实际相结合,还要符合学生当前的实际水平。课程项目的开发最好由学校教师、企业技术人员及行业专家共同研讨,按照课程相关的技能要求,结合企业实际工作任务,精选出有代表性的工程案例,依托真实的生产环境实施项目制教学,充分实施“做中学”的教学方法。
项目的构思首先要考虑如何将工程案例融合到项目教学中。在项目的选题上,尽量采用企业做过的项目。来自产业一线的项目既贴合工业生产的实际情况,又能保证教学内容与企业生产同步。也可采用与企业联合开发具有市场价值的项目,在保证学生学习和训练的同时,也实现产学结合。还可以让学生参加开发一些简单的课程项目或者引导学生自选一些有意义的项目。
根据职业岗位的要求并结合学校的实训条件,笔者将数控机床维修课程的教学内容提炼为四个大项目,分别为:GSK980TA数控车床机械结构的拆装与维修、FANUC0i数控加工中心系统的连接与调试、西门子802s数控铣床电气系统故障的诊断与维修、数控机床PLC控制的应用与调试。根据课程项目的工作任务及包含的知识点,再把每个项目分解为若干个模块,各模块按照由易到难、由简单到复杂、由浅入深的顺序设置。数控机床电气系统故障很多,以西门子802s数控铣床电气系统故障的诊断与维修为例,将该项目归纳为开关故障诊断、主轴启动故障诊断、机床坐标轴不移动故障诊断、刀架换刀故障诊断、伺服电机故障诊断等模块。
(二)课程项目的设计
在CDIO项目教学法中学生是主角,指导老师要善于扮演好配角。围绕确定的项目模块,学生项目小组进行分析和讨论,提出项目模块的设计方案或解决问题的可行性办法。以“刀架换刀故障”诊断为例。首先,分析故障现象。“刀架换刀故障”可以分为“刀架换刀时不转”、“刀架换刀时不停旋转”、“刀架换刀时找不到刀架”等若干个故障现象。其次,分析故障产生的原因。指导老师通过提问的形式,启发学生分析是机械故障还是电气故障,引导学生思考机械故障、电气故障的检测办法,指导学生查阅机械零件图、电子零件图、机床使用手册等资料。最后,项目小组集体学习,运用课程的有关知识与技术,寻找处理故障的办法。通过“头脑风暴”、交流讨论,项目小组形成统一的意见,撰写和提交工作方案。在这个阶段,学生独立分析问题的能力、解决问题的能力、自主学习的能力得到了锻炼和提高。
另外,也要重视CDIO实训场所的设计与建设。传统的实训室功能简单,不能满足CDIO面向工程、理实一体化教学的要求。学校要通过校企合作,设计和建设开放式的教学工厂型实训基地,把专业知识学习、职业技能训练、生产加工、科技创新及社会服务结合起来。
(三)课程项目的具体实施
项目小组提交的工作方案是否能够正确地排除故障,还需要通过实验来进行验证。例如,对“刀架换刀时不停旋转”这个故障,在教师的指导下,项目小组根据工作任务进行分工,共同协作对机床进行机械部件拆装、电子元件检测、系统调试等。项目实施过程中,学生要绘制图纸、编写数控加工程序,记录和整理实验数据、撰写实验报告。通过反复实验,逐一排除不可行的方案,最终找到正确的工作方案。项目完成后,指导老师要给学生讲解故障的正确解决办法,让学生进一步理解故障的产生原因和检测方法,还要帮助学生分析项目失败的原因,指出项目实施过程中存在的问题和不足并指导学生加以改进。课程项目的实施过程体现了CDIO “做中学”的理念,学生边做边学,锻炼了实践动手能力、团队协作能力,加深了对理论知识的理解,培养了工程的思维模式。
课程项目完成后,接着是项目的展示。安排以小组为单位进行答辩,项目小组要进行项目实践演示,对项目工作方案的设计思路、故障原因、检测与诊断的关键要素、实验过程中遇到的疑难问题及实验失败的原因等进行汇报。答辩完后学生负责撰写项目报告,总结课程项目的学习成果,分享心得和体会。
(四)课程项目的运行与评价
课程项目在学校的环境中运行有一定难度,学校可以与企业合作创办校办工厂,面向市场承接数控机床的维修业务,实现学习、工作、生产的有机结合。课程项目在社会的环境中运行,接受市场的检验,可以直接获得客户的意见反馈,有利于项目的不断改进和提高。CDIO的评价方法重在学生的能力培养,以过程性考核为主,采用多元化的评价方法,全面考核学生的综合职业能力。考核的内容包括:学生的职业素质、个人能力、团队合作能力、工程项目的完成效果等。课程项目的每个阶段都有考核标准和考核成绩,通过开展个人自评、小组互评和教师评价共同完成学生阶段考核成绩的评定,各阶段考核成绩按比例构成学生的课程综合成绩。
五、结语
在实施CDIO项目教学法的过程中,教师起着重要的作用。然而,目前高职院校部分工科教师缺乏产业经验,CDIO能力不足。对此,各高职院校可考虑与企业建立人才共同培养的机制,邀请优秀的企业工程师到学校兼课和让专业教师到企业兼职锻炼。同时,课程项目教学实行双导师制,由企业工程师和学校教师共同担任课程的指导老师。此外,鼓励教师和企业合作开展课题研究、技改项目、产品设计开发,不断提升教师的工程实践能力。
总之,CDIO项目教学法主要是以学生为中心、以培养学生的职业综合技能为目标,通过项目来组织和实施课程,给学生以完整的工程项目体验。数控机床维修课程实施了CDIO项目教学法后,学生的学习潜力被激发出来,学生亲自动手拆装机床,做实验分析、检测故障,设计维修方案和完成机床维修的工作任务。一体化的教学模式让学生不再害怕数控机床维修抽象难懂的理论知识,每个故障的成功解决都会增强学生的自信心。通过CDIO项目训练,学生的专业知识、实践技能和职业素质提高很快,为他们今后的学习和就业打下了很好的基础。
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关键词: 中职数控专业 数控车技能教学 数控仿真软件
一、数控专业的发展前景
在新的形势下,机械制造业的竞争,其实质是数控加工技术方面人才的竞争。数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段。为了提高生产效率,众多企业普遍引进数控技术,造成了劳动力市场数控技术应用型人才的短缺。目前各种层次、不同级别的职业学校都相应开设了数控技术应用专业,如何提高学生的技能水平,增强学生在就业市场的竞争力,是数控专业发展的最终目标。
二、数控技术人才的工作岗位分类
1.“蓝领层”数控技术人才。
“蓝领层”数控技术人才是指在生产岗位上承担数控机床的具体操作及日常简单维护工作的技术工人,在企业数控技术岗位中占70.2%,是目前需求量最大的数控技术人才。
2.“灰领层”数控技术人才。
“灰领层”是指在生产岗位上承担数控编程的工艺人员和数控机床维护、维修人员,这类人员在企业数控技术岗位中占25.0%,其中数控编程工艺员占12.6%,数控机床维护、维修人员占12.4%。
3.“金领层”数控技术人才。
“金领层”是指具备并精通数控操作、数控工艺编程和数控机床维护、维修所需要的综合知识,并在实际工作中积累了大量实际经验,知识面很广。精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计,掌握数控机床的机电联调。能自行完成数控系统的选型、数控机床的安装、调试、维修和精度优化。能独立完成机床的数控化改造。适合于担任企业的技术负责人或机床厂数控机床产品开发的机电设计主管。这类人才主要由高等教育来培养。
三、数控车技能教学的现状
数控车实训课程是一门理论与实践性较强的学科,目前大多数学校采用了理实一体的教学方法,取得了一定的成效。我校学生在省技能大赛中也取得了省第一名的好成绩,然而这毕竟是个案。在正常的数车实训中,一个班中也只有一半的学生能达到中级工水平,还有相当多的学生达不到中级工考核要求。很多学生在刚开始接触这门课时有很大的兴趣,然而一个星期后兴趣会随之消退。经过几轮的实训、反思,我觉得导致这样的结果是因为这样的课堂教学活动,过分强化了教师在教学活动中的主导地位,忽视了教师和学生在课堂教学过程中多向、多种形式的互动作用和效能。如果学生没有兴趣,肯定就不愿动手动脑,也就谈不上技能的提高了。
四、数控车技能教学方法的探讨
1.提高学生的积极性是保证实现技能训练目标的基础。
中专机械专业学生的素质不高,他们在以前的学习过程中,成绩一般处于中差之列,在应试教育的特定条件下使他们形成自卑感,对学习知识有畏难情绪。一部分基础好一些的学生,由于高中落选,感到目标失落,远大理想落空,又处于一种颓唐、低落的心理氛围中,学习动力不足。因此,他们的学习目的一般不够明确,加上目前学生中独生子占有一定的比例,家庭的迁就使他们自控能力较差,做事往往凭自己的兴趣。他们进入中专后,对于参加劳动强大、工作环境差的技能训练,极容易产生厌学情绪。因此,提高学生积极性在技能训练中尤为重要。
(1)安排实习课题时注意趣味性,激发学生的兴趣。在安排课题时,尽量使课题接近生产实际,使学生产生加工产品的意识。如阶梯轴、螺纹的加工,可以把加工过程分成一些小阶段,并定出相应的要求,使学生在工件质量上和加工时间上都有一个奋斗的目标。
(2)利用对比或现场检测评分激发学生的好胜心理以保持兴趣。在技能的开始阶段,每次训练结束时可以利用一点时间,把学生的工件有意分小组进行现场比较。学生很容易发现自己的工件怎么样,又在全班抽几件较好的集中进行比较。这样做,一方面克服一些学生的自我满足的心态,另一方面又说明了每一个人通过努力都能把产品做得更好,从而使后进生和优生都有良好心态。
2.使用仿真软件辅助教学,解决设备少难题。
数控车床实习不比钳工或车工的实习,它的设备投入是很大的,如果要使每一个学生有充足的实习时间的话,可能投入要上百万,这对于很多职校而言显然是难以承受的。把数控加工仿真软件引入教学之中,用于数控车床操作与编程培训,既可以避免因误操作造成价格贵重的数控车床的损坏,又可以使操作人员在对仿真数控车床操作过程中产生临场感和真实感;不仅能够让学生更快地熟悉和了解数控加工的工作过程,掌握每一种数控车床的基本操作,而且在达到了同样效果的情况下将加工出错及事故发生率降到了最低。简而言之,教学中引入数控仿真软件,安全可靠、费用低,能有效解决学校数控专业学生多工位紧张的问题。目前比较常见的数控仿真软件有南京宇航、天傲TNS-Ver 2.0、联高VNUC、浙大辰光等,我校选用的是南京宇航。
3.模拟公司生产环境,提高职业素质。
在数控车技能教学中,发现学生有以下几点难以改正的不良习惯:不愿穿工作服、戴工作帽;没有时间观念,经常迟到早退;没有现场“5S”管理意识,没有清理、清扫的习惯;没有质量、效率的概念。以上几个问题学生一直难以改正。如果在集中实训前,学校组织学生到企业,参观见习,在实训时模拟企业的生产管理方式、严格的考核制度,这样方式培养出来的学生更接近将来岗位的需要,也使学生能较早地接触新技术、新工艺、新设备、新材料。
五、结语
数控车专业课程是一门理论与实践性较强的学科,其主要任务是训练学生数控编程和数控加工的能力,目的是培养学生的综合职业能力。在职业学校教学中,教师应如何处理好理论教学与实践教学的关系;怎样才能更好地激发学生的学习兴趣;怎样使学生既能学到理论知识,又能培养动手能力,以达到提高分析问题和解决问题的能力,这些是摆在教师面前的必须探索的、不可回避的重要课题。在教学中要因势利导,扬长避短,精心设计教学内容,改进教学方法,加强学生实践技能的培养。
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关键词:数控加工 程序校验 首件试切
引言
数控机床具有加工精度高、加工稳定可靠、高柔性、高生产率以及劳动条件好的特点,特别适合形状复杂零件、批量小而又多次重复生产的零件、贵重零件及试制件的加工,尤其是随着我国设备制造水平的提高,数控机床的价格也下降到企业能够接受的范围。就目前的市场使用情况来看,数控机床已经成为当今制造业的主流装备,在生产中发挥着不可替代的作用,占有举足轻重的地位。因此,设备的正常高效运行就是至关重要了,本文就数控车床在提高产品质量方面经常使用的首件试切这一方法进行介绍。
1.首件试切的重要性及目的
1.1.首件试切的重要性
首件试切是指通过试切削的方式,检验零件加工程序是否合理及零件的加工精度是否满足图纸要求。无论是手工编程或自动编程,其一般过程如下图所示:
上图明显体现出首件试切在编程及机床加工过程中的地位及重要性,它是整个过程中的关键环节之一。程序检验对有图形显示功能的数控机床,可进行图形模拟加工,检查刀具运动轨迹是否正确。对无此功能的数控机床可以进行空运转检验,但这些方法只能证明运动轨迹的正确性,不能检查出被加工零件的精度。因此,需要对工件进行首件试切,当发现误差时,分析误差产生的原因,及时加以修正。
1.2.首件试切的目的
首件试切的目的,一是验证零件加工程序的正确性及零件加工后的尺寸是否符合图纸要求;二是验证编程时选择的刀具、切削用量及设定的刀具补偿值是否合适,是否能达到零件表面粗糙度、形位公差等技术要求,为后续批量生产时,提高生产质量及生产效率提供重要参考。在实际生产中,为了避免因为零件加工程序及加工准备的疏忽造成损失,在进行首件试切时一般会先用报废的工件进行,因为大部分较复杂的零件在加工时都不止一个工序,上一工序的废品可以作为下一工序调试时的试验品,这是常用的减少损失的方法。
2.首件试切的方法及操作流程
首件试切的过程就是机床调试的过程,机床调试得好,不仅可以保证产品加工质量的稳定,也可以大幅度提高生产效率。在大批量生产中,因为产品数量大,不可避免会出现废品,只要符合废品率的要求就可以。但在实际生产中,有时会遇到诸如模具、夹具等单件小批量生产的零件,零件只有一个或几个,并且这类零件的材料较贵,在加工过程中不允许出现差错,产品的合格率要达到100%,一旦加工成废品,损失巨大。
另外在数控竞赛中,特别是在市级竞赛中,由于承办单位一般为职业院校,职业院校在发展的过程中,数控设备的购买大多是根据学校的发展情况,分年度分批次购买,这就导致竞赛时使用设备的型号、新旧程度及加工精度参差不齐,在这种情况下就特别考验选手的水平。笔者对数控竞赛、实际生产及实训教学的加工过程进行了总结,形成了适用于竞赛,单件生产及实训教学的首件试切的方法(如右图),具体以数控车床为例介绍如下:
数控车床加工中首件试切的方法及操作流程如右图所示。这个流程图表示的就是进行数控竞赛、数控实训教学及批量生产调试机床的流程,下面对首件试切的方法及图中所示的操作流程进行具体阐述:
2.1.开机
按机床操作要求进行“开”操作。数控机床开机时先开启数控机床总开关,在“急停按钮”处于按下状态下,开启数控系统。
2.2.回参考点
按机床操作要求进行“回参考点”操作。
2.3.输入程序
将编写的零件加工程序输入机床,竞赛中可能会使用“程序传输”或U盘拷贝功能。
2.4.程序校验
利用机床的“程序校验”功能对零件加工程序进行校验,程序校验可以发现程序中的语法错误、输入错误及编写错误,避免直接加工造成重大损失。
2.5.对刀
按机床的操作方法完成对刀,当需要使用多把刀具加工时,每一把刀具都需对刀。
2.6.改磨耗留余量
这一步骤是笔者所使用方法的核心,原则上将工件的数控加工程序输入机床校验无误,对刀完成后就可以进行加工了,但程序中的尺寸错误和对刀误差都会导致零件尺寸超差。对于轴来说,如果零件加工的实际尺寸比图纸尺寸大,还有补救的余地;如果加工的比图纸尺寸小,工件就成了废品,这一方法的思路就是不让工件加工尺寸小于图纸尺寸。具体的操作是:先修改“刀具磨耗”值(数控机床均有此功能,只是不同机床的操作方法不同),目的是使加工出的工件尺寸比图纸要求稍大一些(内孔加工时要稍小一些),称为先留余量。余量一般留程序编制时的精加工余量。
2.7.加工
按机床操作要求对零件进行自动加工,需要注意的是,在有多把刀具的加工过程中,每一把刀具的加工均要试切,也就是说,1号刀具加工完成后,其余刀具暂停加工,待第一把刀具调试好后再进行后续工作。
2.8.在机测量
主轴停转,零件不卸,在机床上对零件各尺寸进行准确测量。
2.9.改磨耗
根据所测量零件的尺寸,修改“刀具磨耗”值,一般是尺寸比图纸尺寸大多少,磨耗值就减多少,小多少就加多少。如试切加工时外圆尺寸大了0.9mm,就在刀偏表的相应磨耗值中减去0.9 mm。
2.10.再次加工
跳过粗加工程序,再次运行精加工程序,此时机床会在刚才加工的基础上将工件直径再车削去除0.9mm,再运行一遍精加工程序。
2.11.卸工件及交检
由于进行了精确的测量及“刀具磨耗”值的修正,再次精加工后,工件便达到了图纸要求,加工完成后(主轴已停转)在机床上测量工件,合格后方可卸下工件交给质检员进行检测。
对于其它刀具的调试需重复六至十步的操作流程。
3.首件试切的其他方法
首件试切其他方法的使用中,也可以在对刀完成后不修改“刀具磨耗”值,而是在粗加工完成后(即精加工前将机床停下)测量精加工余量是否符合图纸尺寸要求,若符合要求则进行精加工,若不符合要求则修改“刀具磨耗”值,然后进行精加工。这种方法虽然少了一次精加工,看似节约了时间,但由于机床机械间隙及刀具等因素的影响,往往存在一定的误差,没有两次精车稳妥。
4.结语
零件加工程序在数控机床上进行模拟仿真或程序校验,通过了则只能说明加工程序的语法、格式、结构没有问题。只有首件试切成功,通过了精度检验才能真正说明加工程序没有问题。所以,首件试切成功是检验加工程序正确与否的依据,首件试切也是数控加工过程中不可或缺的关键环节,它为节约成本、降低损失、提高效率起到了至关重要的作用。
参考文献: