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內容規劃

課程設計總體采用基于項目的方法展開，首先改革課程設計的內容，將理論與實踐相結合，設計過程包括理論設計、仿真加工和實際加工三大部分。課程設計應體現綜合性、探索性，根據培養方案和課程體系統一規劃內容設計，將數控加工工藝與編程課程中的提高部分、實踐性比較強部分、理論深奧難于理解需要配合實踐才能掌握的部分放到課程設計中學習。課程設計要體現先進性，探索使用數控加工領域的新技術、新工藝，緊跟企業先進的工程應用技術，掌握數控加工與編程的發展方向。按照典型企業典型零件的實際制造程序規劃課程設計流程，課程設計分為零件設計與建模、夾具設計、數控加工工藝設計、數控編程、數控加工仿真、零件加工等階段環節。采用基于項目的方法開展設計，通過查閱數字化制造的資料，提出數字化綜合制造的課程設計項目方案，利用三維設計軟件設計數控加工零件，制定詳細的工藝規程，設計工藝裝備，進行工藝裝備制造、結構零件數控加工程序編制、零件試切加工和現場問題處理、零件的檢驗、數控工藝和數控程序修改完善。數控加工的硬件設備是數控加工工藝與編程課程設計的基礎支撐，所使用的主要儀器設備為:(1)數控車床4臺，用于零件數控車削加工，機床的數控系統為FANUC0i、華中數控HNC－21T、SIE-MENS802s;(2)數控銑床3臺，用于零件數控銑削加工，機床的數控系統為FANUC15、華中數控HNC－21M、SIE-MENS840D;(3)數控線切割機床1臺，用于精密外形、異型孔、窄縫和槽的加工;(4)數控電火花加工機床1臺，用于精密孔和型面的加工;(5)電鋸1臺，用于零件毛坯的下料加工;(6)數控三坐標測量機1臺，用于零件的數字化測量;(7)CAD/CAM綜合實訓室1個，配備微機70臺，用于零件數字化設計造型、零件夾具設計、數控加工工藝規程設計、數控加工程序編制、數控加工程序仿真、數控程序DNC傳輸、數控CMM測量機測量數據處理;(8)鋁合金棒料、鋁合金板材、塑料棒、塑料板若干，用于零件的試切加工和正式加工;(9)游標卡尺、千分尺、高度尺、角度尺、螺紋量規、標準量塊、標準塞規、表面粗糙度樣塊和表面粗糙度儀，用于零件的規范尺寸檢測。工程軟件在數控加工制造過程中發揮著重要作用，是數控加工和編程技術的工具，工作人員對軟件的應用能力在一定程度上反映了數控加工工藝與編程應用的技術水平。通過對近幾年學生的就業企業和欲培植的產業企業就業客戶群進行調研，從而掌握了典型企業所使用的數控加工工程軟件情況，形成了基于企業實踐的工程軟件培養方案，以企業的工程實踐環境為綜合課程體系的支撐，構建了集成數控加工制造系統，具體使用的軟件以及應用如表1所示。

項目實施

1.過程組織CDIO(C:Conceive，構思;D:Design，設計;I:Imple-ment，實施;O:Operate，運行)是由美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學四所工程大學合作開發的工程教育新模式。具體項目課程設計的實施流程如圖1所示。選定企業的實際零件作為項目，所選項目應難度適中，盡量選擇多工藝、多編程考核點的項目，以利于綜合能力的培養，項目應注重多學科知識點的融合。在項目構思階段，將學生分成若干項目組。分組首先采用學生自我組合方式，而后教師根據學生情況進行微調，組內學員的分配按照近似的課程學習排名合理搭配，善于動手和善于思考的學生合理搭配，使每個組內的人員盡量平衡。每個項目組分為4個小組，各組由3～4人組成，分別為數控加工零件和夾具設計、數控加工工藝設計、數控程序編制、零件制造和檢驗。這4個小組類似于制造型企業的工程設計、工藝設計、數控編程、制造和檢驗部門。每個小組設組長1名，由組內人員民主產生，負責組內的項目任務安排及組間協調。在項目開始階段，教師首先要布置任務，講述課程設計的目的、內容、實驗分組、總體時間安排、現有資源設備情況以及成績考核方法，而后分組進行設計。在課程設計時間安排上采用2周集中設計，在形式上采用教室理論設計、CAD/CAM機房和實驗室開放使用相結合的方式。每天實驗開始時，組長總結上一天的成績和不足，提出本次設計的任務安排，大家共同討論，形成可行性方案和具體分工，將任務具體落實并實行。在執行過程中互相配合、團結協作。組長每天記錄完成情況，并按指導教師的需求，不定期地當面匯報項目完成情況，組長根據組內的工作情況向教師提出集中指導需求申請。指導教師也要不定期地到現場，對學生的設計情況進行檢查指導，并記錄學生的完成情況。教師還應針對學生所存在的共性問題，采取集中傳授的方法講解，或采取啟發式方式，給學生布置探索性問題，以利于學生思考，也可以組織學生討論，對研究方向和方法提出建議。每小組在各子階段項目完成后提出階段性總結報告，總結項目的完成情況和不足，提出下一個階段的目標要求，整個項目完成后由各組組長匯總階段報告，形成項目總結報告。對于項目中涉及的新技術、新工藝和工程軟件的使用情況，教師提出原則和可行性研究方向，學生自主探索完成。項目進行過程中，應按照企業的管理理念，每組設置任務分配和完成展板，以利于設計的進行。

2.項目評價項目評價是項目實施的最后階段，在基于CDIO的課程設計中意義重大。數控加工工藝與編程綜合課程設計的目的側重于學生工程技能的培養，激發學生獨立思考和創新能力，同時培養團隊協作精神。項目評價首先要考查團隊整體的表現能力，其次要分清個人在團隊中的具體貢獻度。在集體項目中評價個人能力是關系設計能否取得滿意效果的關鍵，通過項目評價可以督促每名學生能夠真心投入設計，而不是簡單抄襲他人的設計成果。最終評價成績由四部分組成，其中平時成績占20%，實驗報告占20%，答辯占20%，互評占40%。平時成績包括出勤、教師現場打分、進度完成情況;設計報告包括每天設計報告書、總結報告書，報告書要求用計算機軟件排版打印，注意言簡意賅、圖文并茂;答辯是指在機床邊和CAD/CAM實驗室口試或利用PowerPoint制作的幻燈片進行演講答辯，課程設計指導教師團隊針對答辯表現以及回答問題情況給出成績，其間包含現場操作實際設備加工和演示軟件的環節;互評包括不同項目組成員互評成績、同一項目組內各小組互評成績、各小組之間互評成績、組長和組員互評成績等。每個項目組和項目組內小組的團體成績將直接影響到個人成績的優劣，互評結果將考慮組員在小組內的貢獻權重。評價結果應做到“公平、公開、公正”，即客觀給出分數，肯定貢獻，促進學習。

3.拓展學習為鞏固已經學習的知識，教師還要布置一定的作業，以便于學生課后練習和掌握;適當介紹些在企業生產實踐中有關復雜零件加工和編程技術的新技術，開拓學生視野;在數控加工仿真和編程方面布置些可行的研究課題，由有興趣和精力的學生在課后業余時間自主完成。針對具體項目可布置如下的可拓展性題目:(1)數控車床和銑床加工零件的誤差來源有哪些，如何提高數控車床和銑床加工零件的質量和效率;(2)在復雜結構件的加工過程中，筋條的上頂面可以使用哪些方法加工，在利用CAM軟件編制程序的過程中如何實現;(3)數控五坐標銑床的結構形式有哪些特點，數控銑床五坐標零件的程序如何進行編制，數控五坐標機床如何進行后置處理;(4)市場上主流的數控加工仿真軟件有哪些，各有哪些優缺點和適用范圍;(5)數控技術在機械制造行業還有哪些應用，哪些領域與你學過的課程相關，如何編制數控加工程序。

4.資源庫建設為了方便學生學習，可建立數控加工工藝與編程教學資源素材庫，也可以把學生在構思項目階段查找的素材納入資源庫，所有素材都可供學生進行項目試驗時選擇使用。素材包括文本文檔類、圖形和圖片類、動畫類、音頻和視頻類素材等。具體包括教師布置的任務、學生的作品、學生的工作過程錄像等。在資源庫建設方面應側重于三維實體和動畫類等直觀素材的收集。學生完成課程設計后所上交的所有電子文檔類素材，指導教師組在整理后應納入清華大學網絡教學資源庫管理系統中，以便于日后交流使用。綜上所述，通過基于CDIO的數控加工工藝與編程綜合課程設計項目的改革，加深了學生工程綜合應用能力的培養，使學生將知識應用于實踐，激發了他們的學習興趣，培養了動手能力，加強了團隊合作精神，收到了一致的好評。

作者：李鐵鋼單位：沈陽工程學院機械工程系