数控编程课程改革实践

摘 要介绍中南大学在数控编程教学改革实践中的主要措施和经验：合理分配课堂教学、仿真和实验的学时比例；采用任务驱动型教学方法组织课堂教学；改革考核方式；注意其他相关课程衔接.改革取得良好的教学效果.

关 键 词数控编程；课程改革；仿真和实验

中图分类号：G642.0文献标识码：B文章编号：1671-489X（2013）09-0101-03

CurriculumReformofNumericalControlProgramming//HanFenglin

AbstractThemajormeasuresandexperiencesinthecurriculumreformofnumericalcontrolprogramminginCentralSouthUniversityareintroduced.Thesemeasuresandexperiencesincluding：allocatingtheclasshourstoclassroomteaching,simulationandexperimentreasonable；anizingtheclassroomteachingbythetaskdrivetypeteachingmethod；reformingtheassesentmethods；payingattentiontotheconnectiontothecorrelatedcourses.Thecurriculumreformhasgotgoodeffects.

Keywordsnumericalcontrolprogramming；curriculumreform；simulationandexperiment

1引言

计算机数控作为机械制造的革命性技术正越来越深地影响着制造业的发展,我国2011年国产机床数控化率已经达到30.94%,而美国、欧洲发达国家已经达到70%以上[1].因此,掌握数控机床的编程和操作方法已经成为有志于从事机械制造行业毕业生的必备技能.顺应这一趋势,国内众多高校都开设了数控编程课程,培养学生数控编程和应用能力.

数控编程实践性很强,但又与机械制造工艺、金属切削原理与刀具等专业理论课程联系紧密,对于没有太多机械加工经验的学生而言,学习难度较大.近年来,中南大学在数控编程教学的诸多方面进行了很多有益的尝试,本文将总结改革中采取的主要针对性措施和取得的经验.

从课程体系上来讲,数控编程可分为手工编程和计算机自动编程,大多数院校将计算机自动编程划入CAM（ComputerAidedManufacturing,计算机辅助制造）相关课程,在数控编程与应用课程中主要讲授手工编程内容.因此,本文中只包含手工编程的内容,而不包含自动编程.

2课程教学的主要难点

分析往年学生数控编程学习效果时发现,学生在以下几个方面认为数控编程较难掌握.

2.1难以与实际加工建立联系

由于学生实际加工经验少,容易简单地把数控编程的过程理解为仅是在数控环境下进行“CAD制图”,无法站在制造角度看待.具体又体现在：对工件坐标系建立过程理解不清；无法正确确立加工工艺路线；重插补指令,而轻视其余指令,甚至在编程时漏写必要的辅助功能指令和其余准备功能指令.

2.2数控代码多,难以记忆

以华中数控HNC-2000T为例,基本的准备功能指令就有35个,基本辅助功能指令11个,尺寸字13个,刀具、进给、主轴指令各1个,其余指令16个,共计68个.这些指令与自然语言联系较少,仅有少数字母和数字组成,学生学习过程中反映记忆困难,容易混淆.

2.3工艺参数确定困难

由于缺乏足够的感性体验,学生反映对于主轴转速、进给速度、背吃刀量、刀具角度等工艺参数难以确定合理数值.

2.4内容枯燥

课程教授内容比较具体,往往以一种具体的数控系统为对象,详细讲解其在各种加工中的编程和操作方法,这对于没有多少实际机床操作经验的学生来说,显得比较枯燥,调动学生的学习兴趣比较困难.

2.5缺乏自我评价手段

学生在学习其他理论基础课程时,可以在课后通过做习题检验学习效果,及时地进行自我评价.但数控编程知识的应用对象是数控机床,只有通过实际加工才能发现存在的问题,现阶段开放实验室供随时接受学生进行实验的条件又不成熟,因此,学生对自己掌握知识的情况不太清楚,也无法获得解决问题的成就感,进一步影响了学生的学习兴趣.

3综合运用多种教学手段

对于数控编程这类面向实际操作和应用的课程,单纯依靠课堂讲授效果往往较差,必须通过实验增强学生的感性认识.但由于硬件条件的限制,实验耗时太长,同时成本也较高.近年来,随着计算机技术的发展,很多院校引进了数控系统仿真软件作为课堂教学和实验的有益补偿[2].

课堂教学、仿真和实验三种教学手段各有优缺点.课堂教学信息量大,学生学习时所受干扰小,但不够形象,学生积极性差；仿真时可做集中讲解,便于做到人手一机,包含多种数控平台,还可以复现很多编程中出现的问题,成本低,但仿真毕竟与真实操作环境还是存在较大差距；实验获得的真实感最强,但教学效率最低.

如何在实际教学中平衡这三种教学手段,以获得最佳的教学效果,是非常值得探讨的问题.中南大学近年来一直在摸索最佳的教学手段平衡方案,通过对比发现,三种教学手段在数控编程课程中占用图1所示比例时效果最好：课堂教学55%,仿真20%,实验25%.同时,教学手段的选择与授课内容有较大关系,表1中列出了各种教学手段较适合的教课内容.

4任务驱动型教学方法

以往数控编程教学较多采用以数控系统编程说明书的组织形式为教学主线,这样做教学内容覆盖比较全面,学生复习相对容易,但也存在明显的缺陷,即内容松散,知识点容易混淆.

为解决第2部分中的2.1、2.2、2.4等难点,采用了任务驱动型教学组织形式[3],即打破原有的说明书似的内容组织形式,除编程基础和工艺分析采用传统教学方法外,其余每节课都以一个具体的加工任务开始.

任务型教学法的组织流程如图2所示,教师首先讲解本节课要掌握的数控代码语法,然后分析加工难点和注意事项,学生在查阅资料、相互讨论基础上形成加工方案,当堂完成加工代码,并进行仿真验证.在学生查阅资料的环节中可让学生通过多种渠道获得信息,除了传统的编程说明书及其他教材外,还可以利用手机等智能网络终端通过互联网获得更广泛的信息.

任务型教学中,学生不仅仅是控制机床走一些简单的轨迹,面对的是真正的加工任务,帮助他们建立数控编程与实际加工的联系.同时,由于是任务驱动,教授的指令自然会按相近功能的指令一起辨析讲解,也便于学生记忆.在这样一种模式下,学生参与感大大增强,而解决问题的过程也是学生自我评价的过程,当通过仿真验证其想法时,也会激发学生的积极性和主动性.

5课程考核方式改革

学期末通过试卷考试的传统考核模式在教学中出现了诸多缺点：首先,卷面考核难以考查学生实际解决问题的能力；其次,期末考试使得学生产生考前再突击的倦怠思想,从而影响学期中的学习积极性.

如图3所示,改革后的考核体系取消了期末卷面考试,共包括三个部分：期末大作业（50%）、课堂表现（40%）和出勤率（10%）.期末大作业采用分组形式,每组负责加工一个复杂零件,组内成员分别负责工艺、编程、仿真和机床操作,每人的工作既有协作,又有区分.课堂表现是指在前述任务型教学中学生查阅资料、讨论问题、编程和仿真中的表现,由教师当堂打分.

在新的考核体系下,更加注重学生解决问题的能力,也从注重考试结果逐步向注重学习过程转变.同时,在考核中还锻炼了学生的协作能力.

6注意与其他课程的衔接

数控编程中需要用到机械制造方面很多专业课程的知识,是机械制造方面知识的综合应用.因此,在安排教学大纲时要特别注意与其他紧密相关的专业课程的衔接关系.

根据经验,如果学生在学习数控编程不久前刚修过机械制造工艺学和金属切削原理与刀具,学生能在编程中较合理地确定工艺参数；反之,如果学生没有修过这两门课程或者已修过太久,效果则相对较差.因此,数控编程宜紧接着安排在机械制造工艺学和金属切削原理与刀具两门课程之后.如果存在其他原因无法如此安排,最好在数控加工工艺部分增加金属切削和刀具相关知识.

7总结

在分析学生在学习数控编程时遇到的困难后,介绍了中南大学近年来课程改革的针对性改革措施以及取得的经验,实际教学效果表明,改革取得较好的效果.