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摘要:本文從闡述一體化教學(xué)的含義入手,指出中職院校傳統(tǒng)教授《數(shù)控加工》和《CAD/CAM》這2門課程存在的一些現(xiàn)狀,認(rèn)識(shí)到機(jī)械加工專業(yè)核心課程《數(shù)控加工》采用一體化教學(xué)勢在必行。為了提高教學(xué)質(zhì)量,因此,將CAD/CAM軟件和《數(shù)控加工》結(jié)合起來,采用一體化教學(xué)模式,更能解決學(xué)生理論知識(shí)和實(shí)踐技能的脫節(jié)問題,從而達(dá)到更好地學(xué)習(xí)效果。
關(guān)鍵詞:一體化;CAD/CAM;數(shù)控加工
中圖分類號(hào):TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.106
隨著我國職業(yè)技工院校教育教學(xué)改革的不斷深入,對數(shù)控技術(shù)的教學(xué)要求也越來越高,CAD/CAM軟件在數(shù)控一體化教學(xué)中,把數(shù)控的編程與加工整合起來,起承上啟下的重要作用,既對教師課堂教學(xué)有所幫助,提高了教師教學(xué)水平,又對學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)有促進(jìn)作用,有助于學(xué)校對數(shù)控技術(shù)的教學(xué)革新。
1一體化教學(xué)的興起
為更好地辦好職業(yè)教育,2009年起,國家人社部在廣州、北京等地的191所院校進(jìn)行一體化教學(xué)改革試點(diǎn)。試點(diǎn)得出,一體化的教學(xué)模式能更好地促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展,培養(yǎng)的學(xué)生得到了家長、企業(yè)的一致認(rèn)可。是促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力、動(dòng)手能力的提高,加快推進(jìn)學(xué)院的產(chǎn)教融合的務(wù)實(shí)舉措。
2一體化教學(xué)的含義
一體化教學(xué)是以企業(yè)工作方式為依據(jù),在分析職業(yè)技工院校學(xué)生的特征后,以培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合職業(yè)能力為目標(biāo),制定合理有效的一體化課程標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用如學(xué)習(xí)通、鹿客等高新教學(xué)手段,充分利用一體化教學(xué)資源與教學(xué)場地,以企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)為學(xué)習(xí)任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。
3《數(shù)控加工》實(shí)踐課的教學(xué)現(xiàn)狀
《數(shù)控加工》是中職院校機(jī)械加工專業(yè)的核心實(shí)踐課。在講授《數(shù)控加工》課程時(shí),教師不僅僅需要在課堂上為學(xué)生傳授與數(shù)控有關(guān)的理論知識(shí),同時(shí)還需要讓學(xué)生上機(jī)床實(shí)際操作,鍛煉實(shí)際操作能力。以此通過理論和實(shí)踐相結(jié)合的方式使學(xué)生對數(shù)控編程與加工有更深入的了解。但由于理論編程太過于抽象,學(xué)生在編程時(shí),無法直觀的感受編程的對與錯(cuò),學(xué)生編輯完程序后,輸入程序較慢、也容易出錯(cuò),從而影響了教學(xué)的進(jìn)度與效果,長時(shí)間的學(xué)習(xí)讓學(xué)生容易產(chǎn)生疲倦感,反而打消學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。同時(shí),一般職業(yè)學(xué)校會(huì)采用單獨(dú)開設(shè)《CAD和CAM應(yīng)用》課程,讓學(xué)生在課堂上繪圖,生成刀具加工軌跡并根據(jù)操作系統(tǒng)生成數(shù)控加工程序,但無法把加工程序應(yīng)用到實(shí)際加工中,沒有實(shí)踐應(yīng)用。由于理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)連接不夠理想,往往表現(xiàn)為學(xué)生對自己編輯出來的程序,腦袋中沒有形成車刀運(yùn)行的刀路軌跡,對加工時(shí)車刀運(yùn)行的位置不知道是否正確。甚至有些學(xué)生一直到走入實(shí)習(xí)崗位,也只會(huì)加工不會(huì)編程,最終學(xué)生畢業(yè)后無法獲得良好的就業(yè)崗位?;谝陨蠁栴},《數(shù)控加工》采用一體化教學(xué)模式勢在必行,而將《CAD/CAM應(yīng)用》教學(xué)融入《數(shù)控加工》一體化教學(xué)中,更能有效提升整體的教學(xué)質(zhì)量。
4《CAD/CAM數(shù)控技術(shù)》一體化的意義與作用
制造業(yè)是立國之本,是興國之器,是強(qiáng)國之基。機(jī)械制造的蓬勃發(fā)展,帶動(dòng)了相關(guān)軟件的飛速進(jìn)步,基于制造加工的輔助設(shè)計(jì)加工軟件CAD/CAM技術(shù)也在日趨成熟,手工編程已經(jīng)無法滿足車加工中心、五軸加工等復(fù)雜的編程要求,應(yīng)用CAD/CAM軟件生成加工程序代碼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工編程已成為一種必然趨勢。從近幾年的加工制造發(fā)展來看,高、精、尖已經(jīng)成為機(jī)械加工的一種基本要求,把CAD/CAM軟件教學(xué)融入數(shù)控一體化教學(xué)中,在教育教學(xué)中充分發(fā)揮作用,已是大勢所趨。
4.1提高數(shù)控技術(shù)的編程能力
在數(shù)控一體化教學(xué)時(shí)應(yīng)用CAD/CAM軟件,可以把學(xué)生編輯的加工程序生成刀具軌跡,學(xué)生學(xué)習(xí)編程更加直觀,從而大幅度提高學(xué)生編程的正確性。學(xué)生可以對零件進(jìn)行繪圖,根據(jù)自己的加工工藝生成加工程序,由計(jì)算機(jī)編程代替手工編程,提高學(xué)生整體的編程速度和正確率。學(xué)生還可以把編輯的數(shù)控加工程序在CAD/CAM軟件上進(jìn)行模擬加工零件,觀察整個(gè)零件的加工過程,進(jìn)而在檢查整個(gè)零件的加工工藝是否合理,隨時(shí)修改不合理的加工參數(shù)。特別是對于學(xué)校學(xué)生而言,學(xué)校有FANUC、廣數(shù),華中等多種數(shù)控操作系統(tǒng),對剛剛學(xué)編程的學(xué)生而言,系統(tǒng)不同指令有些許不同,特別容易混淆,而CAD/CAM軟件可以根據(jù)不同的數(shù)控操作系統(tǒng),生成相對應(yīng)得加工程序。對于教師來說,因?yàn)榭梢灾庇^的觀察學(xué)生的刀具加工軌跡,所以大大提升了教師檢查學(xué)生程序的速度,以往必須在課后一點(diǎn)一點(diǎn)檢查的程序,能在課堂上就全部檢查完畢,并有針對的進(jìn)行教學(xué)。
4.2提高數(shù)控技術(shù)的實(shí)際加工能力
數(shù)控技術(shù)僅僅是一門理論課還是一門實(shí)踐課,沒有實(shí)踐加工一切都是紙上談兵,學(xué)生只有通過數(shù)控的實(shí)踐加工才能真真正正地掌握這門學(xué)科。在數(shù)控一體化教學(xué)中,不僅要求學(xué)生學(xué)會(huì)編程還要學(xué)生學(xué)會(huì)零件加工。在課堂上在確定了零件的加工步驟、刀具的規(guī)格以及加工時(shí)切削參數(shù)等具體信息,確定一個(gè)零件的完整加工過工藝后,應(yīng)用CAD/CAM軟件學(xué)生能快速地在計(jì)算機(jī)中生成刀具軌跡,并在軟件中仿真加工一遍,在確認(rèn)無誤后,根據(jù)所使用的機(jī)床生成相對應(yīng)的G代碼程序。通過軟件把G代碼程序直接傳輸入機(jī)床中,學(xué)生完成對刀操作建立工件坐標(biāo)系,完成零件的加工。整個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生不需要手動(dòng)輸入程序,把輸入程序的時(shí)間節(jié)省下來,鍛煉自身的零件加工能力,同時(shí)也減少了應(yīng)學(xué)生輸入程序失誤,導(dǎo)致的機(jī)床安全事故。
4.3推進(jìn)數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)改革
在數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)中,教師以企業(yè)實(shí)際加工任務(wù)為載體,采用一體化教學(xué)六步靈活教學(xué),如第一步,學(xué)生獲取加工任務(wù)。第二步,學(xué)生分析零件圖紙,在CAD軟件中繪制圖形。第三步,把圖形在CAM中進(jìn)行分析,在老師的引導(dǎo)下確定加工工藝。第四部,利用CAM軟件完成程序的編制。第五步,完成零件的首件加工,優(yōu)化加工參數(shù),并加工出合格的產(chǎn)品。第六步,檢查與評價(jià),總結(jié)所思所得。依托CAD/CAM軟件,既擺脫了教師上面寫學(xué)生下面記那種枯燥無味的理論課堂,又?jǐn)[脫了傳統(tǒng)的一群學(xué)生圍著機(jī)床看教師操作的學(xué)習(xí)方式。利用CAD/CAM軟件,學(xué)生按企業(yè)生產(chǎn)加工模式,完成零件的加工生產(chǎn),強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力,學(xué)校的實(shí)訓(xùn)室朝著實(shí)訓(xùn)工廠邁進(jìn),學(xué)校與企業(yè)零距離對接,實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)即就業(yè)。
5《CAD/CAM數(shù)控技術(shù)》一體化的有效應(yīng)用
對于如何有效地把CAD/CAM應(yīng)用到數(shù)控技術(shù)一體化教學(xué)中,從人才培養(yǎng)方案上來說,首先學(xué)生應(yīng)該能利用CAD/CAM軟件對零件進(jìn)行建模,在掌握手工編程的基礎(chǔ)上,使用CAD/CAM軟件生成數(shù)控加工程序,完成加工項(xiàng)目。如學(xué)校制定的人才培養(yǎng)方案,分別將《機(jī)械制圖》《CAD制圖》放在第一學(xué)期和第二學(xué)期學(xué)習(xí),就是為第三學(xué)期學(xué)生能在數(shù)控加工學(xué)習(xí)中熟悉的運(yùn)用CAD/CAM軟件打基礎(chǔ)。在對教學(xué)內(nèi)容的選擇上,根據(jù)企業(yè)調(diào)研,以企業(yè)的實(shí)際加工任務(wù)為加工項(xiàng)目,以培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)綜合能力出發(fā)點(diǎn),制定一體化教材,讓學(xué)生在學(xué)校有限的時(shí)間里對數(shù)控加工的各個(gè)技能和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行掌握。在教學(xué)方法上,常采用“翻轉(zhuǎn)課堂”,教師通過微課等教學(xué)手段,使學(xué)生在課前就通過電腦或手機(jī)模擬仿真,完成程序或工藝的編寫,課中,學(xué)生討論問題并展示結(jié)論,師生合作探究解決問題,提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與溝通協(xié)作能力。
接下來,筆者將以數(shù)控車一體化中項(xiàng)目二銷軸加工為例,對整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行介紹。學(xué)生基礎(chǔ)情況:具備基本的識(shí)圖繪圖能力,具有一年的車工操作經(jīng)驗(yàn),完成了數(shù)控車項(xiàng)目一臺(tái)階軸的加工,對于G71、G01指令有一定的運(yùn)用能力。結(jié)合以上學(xué)情,整個(gè)加工項(xiàng)目按照企業(yè)零件加工流程:獲取任務(wù)及分析、任務(wù)計(jì)劃、任務(wù)實(shí)施、驗(yàn)收評價(jià)設(shè)計(jì)共8個(gè)教學(xué)任務(wù),每次任務(wù)以課前、課中、課后為主線,合理確定教學(xué)活動(dòng),流程如圖所示。其中獲取任務(wù)、任務(wù)分析、檢測與評價(jià)不包含CAD/CAM內(nèi)容,這里不做具體介紹。
第一步:分析圖紙環(huán)節(jié)。學(xué)生通過小組討論提取銷軸零件圖上的尺寸要求、技術(shù)要求等相關(guān)信息,并提出所遇難題,教師對各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)和學(xué)生進(jìn)行探討,得出結(jié)果。然后教師布置繪圖要求,講解繪圖指令、方法,學(xué)生通過CAD軟件繪制銷軸零件圖。學(xué)生通過企業(yè)的典型性加工零件的繪制與教師對項(xiàng)目涉及的教學(xué)內(nèi)容與技術(shù)要求進(jìn)行說明,讓學(xué)生在零件加工之前就有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。本節(jié)課主要的目的是學(xué)生掌握CAD軟件對零件進(jìn)行二維工程圖紙的繪制。
第二步:編制工藝環(huán)節(jié)。課前教師通過學(xué)習(xí)通平臺(tái)自學(xué)任務(wù):根據(jù)銷軸的零件圖編制加工工藝路線。學(xué)生根據(jù)上節(jié)課在CAD軟件繪制的零件圖,試寫出加工工藝路線,并在CAD軟件上模擬繪制刀路,檢查加工路線與裝夾位置是否合理,如圖1所示。課中,兩組學(xué)生匯報(bào)課前制定的加工工藝路線,教師參與學(xué)生討論,引導(dǎo)學(xué)生確定工件的加工工藝。通過小組討論,小組匯報(bào)形式,學(xué)生確定工具卡與刀具卡。在課堂上利用CAD軟件模擬錯(cuò)誤刀路進(jìn)行示范,讓學(xué)生清楚地知道自己為什么錯(cuò),不斷強(qiáng)化知識(shí),使他們形成正確思維模式。利用CAD/CAM軟件,學(xué)生可以直接繪制加工刀路并進(jìn)行工藝分析,學(xué)生通過討論與教師引導(dǎo),可以制定合理的工藝規(guī)程。既提高了學(xué)生的溝通表達(dá)能力又提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,為今后學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
第三步:編制程序環(huán)節(jié)。課前教師上傳手機(jī)模擬仿真(CAM):G71/G94加工銷軸左端30°錐度和外圓加工微課視頻,學(xué)生預(yù)習(xí)G71/G94加工錐度的指令格式,如圖2所示。學(xué)生觀看微課視頻,了解G71/G94格式和含義。課中,教師抽簽選擇兩組對G71/G94加工錐度的學(xué)習(xí)所得進(jìn)行匯報(bào),學(xué)生通過CAM軟件,匯報(bào)手工編程時(shí)出現(xiàn)的問題,以及模擬加工時(shí)出現(xiàn)的問題,直觀展示零件的整個(gè)加工過程。學(xué)生小組討論匯報(bào)小組G71/G94仿真存在的問題,學(xué)生派代表對匯報(bào)中出現(xiàn)的問題難題,進(jìn)行點(diǎn)評與提問,教師在旁引導(dǎo),解答疑難問題,學(xué)生教師的幫助下加工程序編輯,并在CAM中演示。通過CAD/CAM軟件,實(shí)現(xiàn)刀具軌跡的自動(dòng)生成以及零件的模擬加工,可以在實(shí)際加工前,發(fā)現(xiàn)零件加工時(shí)可能出現(xiàn)的一些潛在問題,針對這些問題教師可以提前和學(xué)生進(jìn)行講解、分析,讓錯(cuò)誤解決在萌芽階段,減少實(shí)際加工時(shí)的安全事故。
第四步:首件加工環(huán)節(jié)。課前教師通過微課講解一夾一頂裝夾與調(diào)試的操作方法,課中學(xué)生通過微課與教師的現(xiàn)場講解,校正尾座,在電腦CAD/CAM軟件中輸入已編好的加工程序,觀察刀具軌跡,校驗(yàn)程序輸入是否正確,再上傳至數(shù)控裝置中,試完成加工零件的加工,并送教師檢查。在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中,對于越復(fù)雜的零件,編輯的數(shù)控加工程序也越多,導(dǎo)致學(xué)生在把程序輸入數(shù)控機(jī)床時(shí),不僅輸入效率低,而且輸入時(shí)常常出錯(cuò),如經(jīng)常有學(xué)生在輸入指令時(shí)忘記輸入負(fù)號(hào)或者數(shù)值多輸、少輸0的情況,使得學(xué)生的零件加工錯(cuò)誤或在加工時(shí)發(fā)生撞到現(xiàn)象。而使用CAD/CAM軟件,不僅可有效提高學(xué)生輸入程序的速度,還能檢查輸入的程序的正確性,減少、杜絕因程序輸入錯(cuò)誤而導(dǎo)致的加工問題。
第五步:參數(shù)調(diào)整環(huán)節(jié)。課前學(xué)生觀看微課,回答切削用量與加工效率的關(guān)系并微信群進(jìn)行討論交流,總結(jié)首件加工時(shí)的問題。課中,學(xué)生派代表發(fā)言,切削參數(shù)與加工效率的關(guān)系,教師進(jìn)行點(diǎn)評總結(jié)。在確定切削參數(shù)與零件的加工質(zhì)量與加工時(shí)間都有關(guān)系后,學(xué)生通過查表與上機(jī)操作反復(fù)調(diào)試,給出最優(yōu)的加工參數(shù),并使用CAD/CAM軟件生成程序,完成第二次零件的加工。同樣的加工零件,同樣的加工軌跡,因加工參數(shù)的不同,學(xué)生加工產(chǎn)品的時(shí)間與加工質(zhì)量也不同。加工參數(shù)(切削速度、背吃刀量、進(jìn)給量)每改動(dòng)其中任何一個(gè),學(xué)生都需要對編輯的程序進(jìn)行調(diào)整,并在數(shù)控操作面板上進(jìn)行修改后進(jìn)行試加工。對于一個(gè)完整零件最起碼10以上的加工參數(shù)來說,這樣的參數(shù)調(diào)整效率太低,無法滿足教學(xué)需要,而利用CAD/CAM軟件,可以隨機(jī)修改切削參數(shù),并上傳至數(shù)控裝置中進(jìn)行試加工,與前者相比能極大地提高教學(xué)效果和學(xué)生的加工效率。
第六步:批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)。課前教師發(fā)布企業(yè)生產(chǎn)軸類零件視頻,學(xué)生討論與自己單件生成的不同。課中教師引入批量生產(chǎn)加工工藝——工序分散加工原則,學(xué)生按企業(yè)生產(chǎn)要求重新制定加工工藝。明確本次批量生產(chǎn)采用軟爪加工,觀看“實(shí)配法”車制軟爪視頻,掌握軟爪的制作方法。學(xué)生模擬企業(yè)生產(chǎn)加工模式,完成首件加工并送檢。為更好地服務(wù)我省“三高四新”戰(zhàn)略,按照校企合作的辦學(xué)模式,對接企業(yè)生產(chǎn)加工案例,模擬企業(yè)工作過程,利用CAD/CAM軟件完成零件的加工。
數(shù)控一體化不僅包含數(shù)控加工的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行講解,還穿插了機(jī)械制圖、機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)床夾具等相關(guān)知識(shí),并依托于CAD/CAM軟件進(jìn)行授課,“以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)”的教育教學(xué)原則,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,提高教師教學(xué)效果。為學(xué)生日后考取車工四級(jí)等級(jí)證奠定了基礎(chǔ),并提升學(xué)生了適應(yīng)企業(yè)崗位的能力。
6總結(jié)
世界技能大賽是職業(yè)教育的風(fēng)向標(biāo),從最近幾屆的大賽來看,能夠使用CAD/CAM軟件建模和自動(dòng)編程已經(jīng)是對數(shù)控加工技術(shù)人員最基本的要求。職業(yè)技工院校應(yīng)緊跟時(shí)代的步伐,完成本校的一體化教育教學(xué)改革,提高數(shù)控技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的個(gè)人素質(zhì),為社會(huì)培養(yǎng)一批又一批能快速適應(yīng)企業(yè)的人才。
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