数控机床教学范例

摘要：项目教学法与传统教育方法的思路不同，它不仅充分归还学生学习的主体性，而且有利于学生综合能力的培养与提高。论述项目教学法的内涵与特色，以及《数控机床编程与操作》课程教学过程中存在的问题和项目教学法的实践与应用。

关键词：项目教学法；数控机床编程与操作；应用

0引言

《数控机床编程与操作》是中职学校数控类专业的一门专业核心课程，涉及的知识面较广、专业实践性强。其难点是基本概念多、抽象性强，大多数学生对理论知识的理解比较困难。教师单纯地灌输和讲解理论知识很难有效实现教学目标，造成学生学不会、老师教不好的两难处境。为了更好地服务学生，在《数控机床编程与操作》教学中实施项目教学法，把理论与实践融合在一起，实现理实一体化，理论指导实践、实践验证理论，使学生对理论知识做到真正的理解和掌握，取得良好的教学效果。下面将就如何在《数控机床编程与操作》教学中应用项目教学法进行阐述、分析。

1项目教学法的内涵及特色

所谓项目教学法，就是师生以团队的形式共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，是促进学生主动学习、自主发展的一种新型的教学方法。它改变了传统的3个中心：由以教师为中心转变为以学生为中心，由以教材为中心转变为以项目为中心，由以课堂为中心转变为以项目任务为中心。项目教学法的特色主要有5个：①以项目为中心，项目实施过程中学生碰到问题要及时进行学习和处理，从而获得知识和技能；②以目标为鞭策，学生在实施过程中为了达到目标，需要经过不断的努力和学习，最终才能完成任务；③以交叉的知识为内容，教学的内容包含不同的知识或技能，通过综合学习才能完成任务；④以开展活动为学习方式，在学习过程中学生可以在学中做、做中学、边做边学中进行各种活动；⑤以小组合作为组织方式，在项目的执行中以小组为单位，通过多人的合作培养学生的合作意识，懂得合作的重要性。

2《数控机床编程与操作》课程教学过程中存在的问题

摘要：当前，我国制造业发展面临专业人才存量不足且人才专业技术素养有待提升等问题，职业学院需要积极探索并创新教育模式，提高教育质量，促进人才培养与企业生产需求紧密对接。本文以智能制造领域数控机床技能人才培养为例进行探索，以期为创新教育模式提供可参考性经验。

关键词：数控车床；项目教学；创新教育模式

 一、研究背景

新一轮科技革命和产业变革正在全球范围内兴起，智能制造成为发达国家制造业竞争的焦点。美国、德国、法国、英国、日本等多个发达国家，均将智能制造作为其中远期战略发展规划的重点内容。而人工智能、5G通信技术、区块链等新一代信息技术与先进制造技术的加速融合，将对全球制造业发展影响深远。在此背景下，我国较早感知到智能制造的重要意义，出台相关文件，促进产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态实现根本性转变。人才供给是制造强国的前提条件，推动我国制造业发展是促进国家高质量发展的重要任务，因此，探索如何加强专业技术人才培养、提高教学质量不仅是当前教育改革的重点，也是我国制造强国战略实施的关键因素。

二、存在的问题

生产制造业的不断发展是促进我国社会整体发展及提高社会经济水平的关键因素。实现制造强国梦，技能人才是重要支撑，职业学院作为培养技能人才的重要单位，在培养技能人才的过程中虽然形成了规模，但在技能人才培养质量方面还存在一些问题。

（一）实现制造强国梦，数控车床领域专业人才匮乏

[摘要]数控机床装调维修工作为一个技术含量要求较高的工种，企业需求较大，而培养一名成熟的数控机床装调维修工却需要较长时间。本文通过《数控机床装调与维修》课程改革，采用企业真实案例，改革课程教学设计和课堂教学，重新激发了学生学习的积极性和主动性，让学生在真正上岗前就接受到职业现场的学习和锻炼，大大提升了学生的职业能力。

[关键词]能力提升；数控机床；考试改革

0引言

数控机床因加工精度高、效率高和灵活性高，在机械加工行业包括冶金行业得到广泛的应用。企业配备数控机床装调维修人员将大大提高数控设备的使用效率。数控机床装调维修工是一个技术含量要求较高的工种，它要求操作者能够读懂机械、电气图纸，具备数控机床装配工艺知识，熟知数控机床精度检测的方法，能够诊断并排除数控机床的故障，同时具有质量意识、安全操作意识。随着数控机床在企业中的广泛使用，数控机床装调维修工岗位需求越来越多。而在企业中，培养一名成熟的数控机床装调维修工需要至少五到十年的时间，这就大大降低了工作效率和生产效率。如果在学校的教育中，能够培养学生具备较全面的数控机床装调维修技能，将缩短学生对岗位的适应期，更好地为社会服务。2019年政府工作报告中明确要求加快建设制造强国，正式提出“智能+”的重要战略：深化大数据、人工智能等研发应用。打造工业互联网平台，拓展“智能+”，为制造业转型升级赋能。这就意味着新一代的数控机床不在是简单的“机床+电脑”，而是数字化、网络化、人工智能与数控机床深度融合的“智能+机床”，由此对数控机床装调维修人才提出了更高的要求。本文通过融合信息技术，对《数控机床装调与维修》课程进行深入的改革，有效地促进了学生对知识技能的掌握。

1基于能力提升的教学设计

1.1《数控机床装调与维修》课程主要内容

《数控机床装调与维修》是我院数控技术专业的核心课程，专业的综合能力要求较高，包括数控机床机械部件装配与调整，数控机床电气装调，数控机床机电联调，数控机床故障诊断与维修四部分内容。在数控机床机械部件装配与调整模块，学生需要掌握零件图试读、公差配合与技术测量、材料及其性能、工量刀具等机械加工基础知识，数控机床的基本组成、主要机械结构、数控原理及系统等数控机床基本知识。在数控机床电气装调模块，学生需要掌握电路原理、电气元器件特点及功能、伺服系统、PLC技术等数控机床电气知识。在数控机床机电联调模块，学生需要掌握常用的装配方法、机床调试方法、机床参数设置与修改等数控装调与调试的技能；熟悉常用的检测设备及方法，机床性能评价等数控机床的性能与精度检验。在数控机床故障诊断与维修模块，学生需要掌握常用的故障诊断方法、机床的机械维护与电气维护方法等数控机床的故障诊断与维修知识。另外学生还应了解高速切削、精密加工、快速成型等新技术、新工艺、新设备等内容；具备安全文明生产与环境保护知识、职业道德基本知识。专业课程前期开设《机械制图与CAD》、《公差配合与测量》、《机械制造工艺与实施》、《电工与电子技术》、《数控机床机械结构》、《数控机床电气控制技术》等课程，让学生具备专业基本能力，在《数控机床装调与维修》课程中，结合企业实际生产案例，培养学生合理应用先进技术、软件、仪器设备，掌握数控机床维修人才综合知识和技能，具备安全文明生产的职业规范。

摘要：作为当下现代制造业发展的重要基础，数控机床的重要性毋庸置疑，在航空航天、机械等行业发挥着巨大的作用。若数控机床有故障产生，在影响生产效率的同时，也由于制造业流水线生产的特殊性，在设备故障停机阶段将会产生巨大经济损失。因此，建立智能化数控机床故障诊断系统具有极为重要的现实意义，可充分发挥其多学科融合与主动维护等优势，提升加工效率与精度。该文简述了数控机床故障诊断技术的发展概况，并对数控机床故障机理进行了深入分析，阐述了智能化数控机床故障诊断系统的设计要点。

关键词：智能化；数控机床；故障诊断系统；发展现状；故障机理；要点分析

对于数控机床来说，随着使用时间的延长，将导致机床各个部位机能持续下降，进而增大数控机床的故障风险。当下所应用的多数高档数控系统都包含了智能诊断系统，具有对电气故障进行自我诊断的功能与优势。在复杂的生产背景下，由于数控机床类型繁多，要想准确判断故障类型仍存在较大困难，这也对维修人员自身素质水平有了较高要求。而受限于人工成本与人工的故障处理效率，就必须配合使用智能化数控机床故障诊断系统，以确保故障诊断与解决方案落实的及时性，以实现减少故障影响的最终目标。

1数控机床故障诊断技术的发展概况

1.1数控机床故障分类与特性

故障分类的基本条件主要包括故障部件、故障性质、报警有无、破坏性、发生原因、发生部位、发生时间、故障范围以及故障过程，对数控机床发生的主要故障类型进行总结后，可以发现：电气系统故障占比约37.5%，数控机床本体故障占比约37%，数控装置故障占比约5.5%。其中，数控机床本体故障的主要部位为丝杠、导轨、气动装置以及主轴箱。

1.2数控机床故障诊断方法

【摘要】

《数控机床故障诊断与维修》是数控技术、数控设备维修等专业的一门专业核心课程，它的教学效果直接影响到数控机床维修人才的培养规格和质量。针对本课程自身特点，分析教学与实践中存在的问题，结合相关专业的就业需求现状，依托FANUC0imateTD数控实训平台进行课程教学改革。重点突出理论与实践教学相结合，使学生熟练掌握数控机床常见故障现象、故障产生原因及故障诊断和排除的方法，达到培养学生分析问题和解决问题的综合能力、增强实践动手能力的目的。

【关键词】

数控机床；故障诊断与维修；教学改革；数控实训平台

数控机床维修工是我国劳动和社会保障部在2006年的新职业，主要从事数控机床的安装、调试、维护保养和检修工作。一名合格的数控机床维修工不仅要具有扎实的专业理论知识功底，还要具备检查、分析、确定故障原因和快速准确的维修好机床的能力。为满足社会需求，大多数职业院校在数控技术专业或数控设备维修等专业都开设了《数控机床故障诊断与维修》课程，并把它作为一门专业核心课程，为社会输送了大量数控机床维修人员。然而高职院校数控机床维修课程在教学中存在重理论轻实践，理论和实践教学脱离的现象，学生的职业素质与企业的用工要求还有一定的距离。这就导致了企业招聘的数控维修工不能达到用工要求，相关专业的毕业生就业难以对口的矛盾。因此，对于数控机床故障诊断与维修课程的教学迫切需要进行改革与创新，探索出学校、学生和企业都能共同参与、共同获益的教学方法。

1课程教学主要面临的问题

(1)课程教学中涉及的知识面广，包括了数控系统、数控机床机械结构、电气控制、液压与气动等相关知识，这些知识在前置课程中进行了独立设置。但是在前期教学中，学生基本只是孤立的接受知识，而本课程则是将这些知识融合到一起，并且要将理论知识应用于实践解决实际问题，再加上职业院校的学生文化基础相对比较薄弱，这就导致了大部分学生感到这门课程的学习难度很大，对知识进行综合应用时无从下手。(2)课程教学仍然以理论教学为主。在本门课程的实践教学过程中，数控设备通常会处于被保护状态，不能进行拆装，这就使得用于维修教学的设备不足，学生仅仅只是接收一些认知实验，或者老师设定一些简单的故障让学生进行排除，实习时间得不到足够保障，学生的综合实践能力难以提高。(3)数控系统的品牌、型号众多，更新也快，其结构、参数设置以及故障诊断方法等在不同的品牌和型号中均存在一定的差异。而本课程在课堂教学中往往只是以一种数控系统为载体来进行教学设计与安排，最多再把学校拥有的其它数控系统作为辅助介绍，缺乏了对机床故障诊断与维修方法能力的培养，因此，难以培养出走出校门就能满足企业基本要求的数控维修人员。(4)考核方式不合理，《数控机床故障诊断与维修》传统的考核方式为:平时成绩(50%)+期末考试(50%)=总评成绩，这种考核方式已不再适应“双证融通”人才培养模式，也不适合于本门课程的成绩评定，为此该课程的考核方式需要进行改革。考核方式不合理，《数控机床故障诊断与维修》传统的考核方式为:平时成绩(50%)+期末考试(50%)=总评成绩，这种考核方式已不再适应“双证融通”人才培养模式，也不适合于本门课程的成绩评定，为此该课程的考核方式需要进行改革。

摘要：应用型本科院校主要是培养技能型、应用型、复合型人才的，所以实践教学是非常重要的环节，而《金工实习》这门课具有非常强的实践性，在对学生的培养中起着非常重要的作用。本文主要对这门课中的数控实训项目在教学中出现的问题进行分析探讨，针对各种问题提出了相应的改革措施。

关键词：金工实习；改革措施；数控实训

0引言

金工实习是应用型本科院校机电学院各专业学生的一门比较重要的实践课程。主要包含了铸造、锻造、钳工、车工、焊工、铣工等传统的加工方法，还有比较先进的制造技术数控加工。通过学习，可以使学生掌握各种设备的使用方法以及各类零件的机械加工工艺。对培养应用型人才具有及其重要的作用。而数控技术更是重中之重。

1数控实训教学中存在的问题

本校机电工程学院有足够的实习场所和实习设备，除了传统的车床、铣床、刨床、电焊机、钳工操作台等，近几年还投入了大量的资金购买了不少数控机床，其中数控车床30台，三轴、四轴、五轴加工中心共六台，还有数控线切割等。机床总数虽然不少，但是也有很多的问题。

1.1课程安排不够合理，课时较少。以机械设计制造及其自动化专业为例，金工实共80个课时，分四个项目，包括数控实训、焊工实训、钳工实训和车工实训，每个项目只有20个课时。这么短的时间也只能学习数控车床的基本操作，基本没时间学习数控加工中心的知识。而且数控编程与操作这门课是在金工实习之后才开设的，理论与实践无法结合起来，显然不能达到培养应用型人才的要求。

摘要：近年我国工业技术水平已经取得了良好发展和具体完善，而且在当前社会相关的领域和一些机械制造业中也相对获得了更加有效的提升。为了能够促进社会市场经济和相关领域的稳定性和基础建设能力，在社会发展的过程中，需要不断完善和提升自身数控机床的具体应用能力。本文探究数控机床机械结构设计及制造技术优化，先讨论主轴结构设计，然后讨论关键结构设计，通过具体案例设计的方式，呈现出数控机床机械结果设计效果，并给出具体的技术优化策略，期望能够改善现有的数控机床机械结构设计状态，推动数控机床机械制造技术发展。

关键词：数控机床；机械结构；制造技术

0引言

当前状态下数控机床技术属于新时期所衍生出的具备自动化特点的技术，其呈现出机电一体化的特点。在科学技术水平不断提升的情况下，机械设备自身的结构设备开始受到关注，而设备结构的合理性关系到其性能的呈现，也关系到其在实际工作应用阶段所展现出的功能效果。为此，机械设备的设计环节需要重点关注结构射界。本文针对数控机床设备的结构设计展开研究，在明确主轴结构和关键结构的设计要点情况下，期望能够提升数控机床的结构性能，并且迎合设备自动化的发展需求。

1数控机床主轴结构设计

在数控机床设备中，主轴是其技术核心环节，其工作效能和质量将直接决定设备的运行状态和发展情况，所以，设计好主轴异常关键，主轴的设计必须要根据不同型号的数控机床制定科学的方案，并制定切实可行的维修方案。数控机床在运作过程中呈现出了高效率和高质量的特点，而为了稳定数控机床的特质，需要在机床设计阶段就做好结构的精准度设计，尤其是主轴结构的精准度设计。据悉，主轴结构的传动装置精确度将会对主轴内部的各个组件运转情况产生影响，因为在主轴结构中包含不同类型的齿轮和零部件，这些部件相互连接才能够起到传动效果。而如果零部件之间的连接状态不理想，那么传动精确度也会受到影响，误差增大情况下，主轴结构中的零件可能会因此变形[1]。零部件在和主轴接触的时候整体形状的变化和机床表面的粗糙程度有直接关系，如果零部件在和主轴表面进行接触的时候，其整体形状呈现出变形较小的情况，那么在受到机床主轴的压力以后，零部件的整体变形幅度也会比较小。对于数控机床来讲，主轴当中的传动装置是整个机床自动化系统当中最为重要的传动部件，其传动的精确度和强度都直接影响机床的切削速度或者是切削质量[2]。为此，需要在设计主轴结构期间，规范主轴的径向力以及刚度状态，并且依据数控机床的实际运作情况来采取对应的参数调整设计。如此，数控机床的主轴结构能够得以优化，其刚性校对环节所得出的校对结果也更加理想，只有这样才能够保证主轴在不受到磨损的情况下可以正常运行，提升设备运行效率，满足更多的工作发展需要。在主轴结构当中所包含的传动组建分别有传动部件、主轴部件、主轴承部件以及密封部件。而部件之间的稳定性关系则和机床是否能够处于正常运作状态有着直接关系，主轴部件的稳定性直接关系到各个部件是否能够在主轴结构中开展特定的运动，是否能够完成传动工作[3]。以主轴承为例，其所具备的切削力情况需要受到各个组件的配合，并且将这种切削力传动到主轴承当中，因为零部件对主轴承所施加的范围以及速度都比较大，因此，要求主轴承中的组件之间具备较高的配合度，只有彼此之间实现了密切的配合，才能兼顾运行中的一些不良动态，及时发现问题，通过一方进行呈现，进而为设备的科学、稳定运行奠定基础，提供保障。在主轴的前端结构设计期间，需要确保刀具、夹具等设备都能够安装无误，并且保持各类器具拆卸方便。此时可以将在主轴前端的悬臂设计成为较短的尺寸，并且确保其单元结构和轴承接触，并且通过扩展曾在点的方式来加强对主轴前端控制，避免其出现变形的故障[4]。

2数控机床关键结构设计

市场的需求就是职业教育努力的方向。开办数控机床故障诊断、维修维护方面的专业具有现实必要性。然而对很多职业技术院校而言，开展这方面的教学还面临着相当大的困难。这主要体现在三个方面：

师资力量缺乏

维修专业最大的难题是师资。该专业涉及领域非常广泛，是机械、电子、信息技术、测量、PLC、气动液压等一系列技术的综合学科，要求老师不但要理论扎实，而且要实践经验非常丰富，动手能力也要很强，拆、装、焊、调、测试技能全面。一般的教师或者擅长理论教学，或者只能进行拆装，都无法达到完整驾驭专业的水平。如果从工业界聘请技术人员来执教，学校的待遇与发展空间根本不具备吸引力。所以，多数院校选择自己培养师资力量，这就需要不断创造实践条件，发掘和培育这类教师，稳定其专业位置，以使该专业领域能够保持长期不断发展的势头，最终形成高水平的师资队伍。

专用器材较贵

数控机床的维修活动本身需要对硬件高度熟悉，不但要了解组件的原理特点，必要时还需要掌握组件中的零件维修特性。仅仅通过系统告警信号或一些外部指示器件，还不能准确判断故障的根源。因此，仅有能模拟故障的试验台还远不能满足教学要求，必须要具备充足的实训设备，让学生从零部件学起，直至完成整机的安装调试，在这个过程中，学生会遇到大量棘手的问题，解决这些问题的过程可以让学生领悟到真正实用的技术，如此才能够保证教学的水准。这需要施教方长期地努力和不断的投入。

配套教材较少

教材就是培训的纲要，就是课程的理论体系。遗憾的是这门课程并没有形成严格的教学理论体系。从根源上说，我国工业技术落后于主要发达国家，对机床设备的可维护性设计起步晚，因而造成维修数控设备的教学理论缺乏。另一方面，维修的专业人才多数从产业一线分离形成，教育界人士较少，这就难以产生好的理论教学方法。其表象就是：不同时期，不同单位，不同作者编辑出版的教材千差万别，例如有的教材内容很丰富，但开展有效的教学却并不适用，这是当前的一大难题，也是教学人员开展教研和创新的突破点。上述几大因素相互影响，相互制约，造成开办该专业的门槛与风险很高，很多实力不足的职业院校根本就不敢涉足，公办院校中也只有条件较好的几所能正常开展该专业的教学活动。绝大多数职业院校只能按教材上一些理论课程，教育质量与效果无法保证。就我省来看，能够以一定水平开展这类专业教学的学校屈指可数，这都反映在历年的全国数控机床维修与安装技能大赛中。这些情况充分说明了该专业教学的艰巨性。