工程教育专业认证下金工实习课程教学的改革研究.pdf

模具制造 2023年第9期工程教育专业认证下金工实习课程教学的改革研究李镔1，巫莹柱2（1.江门市五邑大学现代工业生产技术综合训练中心，广东江门529000）2.江门市五邑大学纺织材料与工程学院，广东江门529000）【摘要】传统金工实习存在不足，在工程教育专业认证的持续改进理念的指导下，现在把虚拟数控仿真平台、势能小车的制作融入金工实习课程，使用虚拟数控仿真平台训练，学生有更充沛的仿真时间，不会受限于上课时才能使用数控仿真实验室。在以成果为导向的理念指导下，增加制造势能小车的训练项目，多工序、多种机床联合使用的加工方式，学生能对机械加工工艺有了更深入的理解，学生的动手能力、创新能力得到了提高。关键词：工程教育专业认证；金工实习；势能小车训练项目；虚拟数控仿真平台中图分类号：G712文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.024RestarchontheReformofMetalworkingPracticeCourseInnovationundertheBackgroundofEngineeringEducationAccreditationLi Bin1，Wu Yingzhu2（1.College of Innovation and Entrepreneurship，Wu Yi University，Jiangmen，Guangdong529000，CHN；2.College of Textile Materials and Engineering,Wu Yi University,Jiangmen,Guangdong 529000，CHN）【Abstract】There are some inperfection in traditional metalworking practice course,we appliedvirtualnumericalcontrolsimulationplatformandpotentialenergycarpractiseprojectintometalworkingpractice course under the guidance of engineering education accreditation continuous qualityimprovemnt concept,students have more simulation trainning time by using virtual numericalcontrolsimulationplatform,theydontbelimitedbythenumericalcontrolsimulationlab.Undertheoutcome based education concept,students need to try many manufacturing processes and severalmachine during the potential energy car practise project,students understand machining processtechnologymoreandmore.Operationabilityandinovationabilityofstuderntswereimproved.Key words:the guidance of engineering education accreditation;metalworking practice;potential energy car practise project；virtual numerical control simulation platform1引言金工实习是一门实践基础课，学生学习传统的机械制造工艺和现代机械制造技术，学习各种机械加工方法，进行金属加工、金属切削实验，实习。通过这些工种的学习，提高学生的动手能力、团队合作能力、创新能力以及掌握典型的机械零件的加工方法。2021年我校机械工程本科专业通过了中国工程教育专业认证协会的认证。工程教育专业认证遵从以成果为导向，以学生为中心，持续改进这3个基本理念。在持续改进理念的指导下，现在把虚拟仿真平台融入到金工实习课程，把学科竞赛势能小车的制作融入金工实习课程，对金工实习进行不断完善与持续的改善。2传统金工实习存在的不足传统的金工实习工种包括车工、铣工、特殊加工（线切割、激光加工）、数控车、数控铣、钳工、砂型铸造模具专业教学与实践模具专业教学与实践83模具制造 2023年第9期等。学生学习完所有工种后，掌握了相应机床的操作方法，但如果要求学生对企业常规工件进行加工，学生会变得束手无策。原因如下：因为传统金工实习学习了多种机械加工设备，但学生并没有掌握工件的工艺设计，未能判断使用什么工艺、什么机床去加工工件；使用不同的机械加工设备、不同的加工工艺其加工难易程度，消耗的工时，成本的高低是不一样的，学生未能考虑上述因素；学生掌握了数控机床的基本操作，但企业常规工件的加工，需要综合的数控机床操作方法、较多的数控指令，组合的数控加工策略，这些技术在课堂有限的实训时间内，学生难以熟练掌握。3成果导向教育理念下金工实习的持续改革传统教育遵循专业设置按学科划分的原则，是学科导向的，是“正向”的。成果导向教育相对传统教育而言是“反向”的，根据外部、内部的需求，确定培养目标，由培养目标确定毕业要求，由毕业要求确定课程体系、确定教学内容。我校机械专业的其中一项毕业要求是：能够设计、开发满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并在过程中体现创新意识。根据成果导向理念，毕业要求是确定金工实习课程内容的依据，金工实习课程内容需要支撑以上毕业要求。综合考虑传统金工实习存在的不足，以及我校机械专业的毕业要求，现在的持续改革方案是学生在完成常规的金工实习学习后，使用相应金属加工技术结合机械设计知识来完成势能小车的创新设计、制作，支撑毕业要求并为学生后续参加学科竞赛打下扎实基础。广东省大学生工程实践与创新能力大赛的工程基础赛道的参赛作品是势能小车。势能小车包括传动机构、原动机构、转向机构、微调机构、行走机构等。学生在制造势能小车过程中，可以充分理解、掌握工件的工艺设计，掌握使用不同的机械加工设备、不同的加工工艺，去完成工件的加工，掌握组合的数控加工策略，解决传统金工实习存在的不足，能满足我校机械专业的毕业设计要求所描述的“能够设计、开发满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程”。3.1势能小车的结构及制造工艺势能小车在重力势能的驱动下，可以自动的避开赛道上设置的障碍物，走出绕桩的路线。势能小车结构如图1所示。圆柱砝码3从400mm的高度沿着定滑轮1下降，带动绕线轴4转动，带动皮带轮2转动，带动皮带轮13转动，驱动主动车轮14转动，从动车轮11同时转动，实现小车向前运动。皮带轮13转动的同时，后轮轴12转动，齿轮10转动，齿轮9转动，曲轴8转动，连杆7运动，摇杆6运动，带动前轮5做左右转向运动，实现绕桩运动。图1势能小车结构图加工势能小车的各零件需要使用的机床如下：普通车床、数控车床：圆柱砝码、定滑轮、绕线轴、皮带轮、后轮轴、曲轴、连杆、摇杆、前轮；普通铣床、数控铣床：主动车轮、从动车轮、齿轮、曲轴、支座、底盘；线切割：皮带轮、齿轮；激光切割：底盘、皮带轮；钳工：钻孔攻牙以及装配。从以上加工工艺分析可以知道势能小车的不同零件，需要灵活采用多种类型的工种、使用多种机床、不同的加工工艺组合进行加工。比如主动车轮14和从动车轮11，可以先使用车床加工好外圆，再在数控铣床加工减重量的结构，铣削完成正面，再铣削反面。这种多工序的组合训练，学生的零件加工能力、工艺设计能力可以得到了提高。齿轮10和齿轮9的加工，如果采用4轴加工中心去铣齿轮，需要耗费较长的时间，成本高昂，如果采用线切割机器去加工的的话，就简化了加工工艺，成本低廉。学生在加工工艺的对比当中，学会了加工成本的核算，为后续的学科竞赛，以后企业的工作都打下了基础。整辆小车的设计、制作需要大量时间，机械专业的学生金工实习的时间是4周，并不是所有学生都能金工实习的4周内完成从设计到制作势能小车的整个过程。老师可以在学生参加金工实习前2个月，先把势能小车的设计任务分配给学生，以45位同学为一组，每个班分成10组左右，每组学生负责其中一个机构的设1112131443215678910模具专业教学与实践84模具制造 2023年第9期计，学生利用课余时间准备好势能小车的三维模型，零件图纸，考虑到势能小车的设计难度，学生可以参考、往届的设计方案，但需要体现创新意识。金工实习的时候，老师根据同学设计的模型，组织同学讨论势能小车每个机构、每个零件的制造工艺。学生经过金工实习常规的机床操作练习、学习后，对势能小车进行制造。学生也可以在课后预约实验室的使用，这样就可以把充分把学生的课余时间使用起来，有利于培养学生的操作技能、工匠精神与创新意识。3.2传统数控仿真软件的不足与虚拟数控仿真平台的应用在势能小车的加工工艺中，数控机床、数控技术应用最多，学生熟练掌握数控加工技术是完成势能小车制造的关键。目前我校数控机床的台套数与数控工种实训时学生的人数比值1:5，数控机床运行程序20min左右，可以完成一个工件的加工，从数据上分析数控机床台套数是足够支撑金工实习中势能小车项目的制作的。但在实训中，经常会出现学生经过一天的训练，未能完成工件的加工或者工件加工的精度未能达到图纸要求，分析其中原因是学生的机床操作不熟悉，数控代码，编程策略不熟练。以往的金工实习课程中，学生在仿真实验室使用数控仿真软件，模拟仿真数控代码，确保了数控加工代码的正确性。但如果学生机床操作不熟练，在现场操作中，比如对工件找中心操作出错，对刀时出错，这些都会造成工件加工失败。另外学生需要在上课时间使用仿真实验室才能做仿真实验，这样学生的训练时间、同时使用仿真实验室的学生人数就有一定的局限性。现在我校开发了一套虚拟数控仿真平台，如图2所示。可以解决上述问题。学生在虚拟数控仿真平台可以练习的项目包括：数控机床的开关机、复位、手轮操作、手动操作机床、手动数据输入（MDI）、刀具安装、刀具长度补偿输入、工件安装、找工件中心并记录坐标值、模拟加工。学生除了在上课时间使用虚拟数控仿真实验室外，还可以在课后预约使用，学生通过虚拟数控仿真平台相应的考核后，再到车间数控机床上加工工件，这样就提高了加工的成功率，教学效果良好。4结语当前先进制造设备在企业中应用广泛，在金工实习的持续改革中，可以增加应用先进制造设备的课时，同时改革课程目标、课程内容。比如把势能小车制造作为金工实习课程中的训练项目，这种零件加工精度要求高的实训内容在以普通铣床、普通车床为主要训练工种的课程体系中，是很难实现的。与数控加工训练配套使用的虚拟数控仿真平台的开发，可以提供更多的时间、资源给学生使用，遵循以学生为中心的理念。通过以上的持续改革，可以得到更好的教学效果，学生的机械加工能力、创新能力提高明显。参考文献1吕念玲，张林丽，靳贵平.工程专业认证理念带动的实验教学改革J.实验室研究与探索，2022，41（05）2郭丹，金剑锋，王明.新工科背景下计算材料学实验教学改革与实践J.实验室研究与探索，2022，41（03）3李双寿.新时代新业态新工科工程训练教学体系创建J.高等工程教育研究，2023，（01）4李晶，姜歌东，陶岳.面向智能制造的数控技术实验教学探索与实践J.实验室研究与探索，2021,40（10）5刘银萍，宋亚男，曾思明.工程专业认证背景下的电工电子实验教学改革J.实验室研究与探索，2022，41（10）6马尧，凌云，王凯.工程教育认证下金工实习实训体系建设以中国民航飞行学院为例 创新创业理论研究与实践J.2021，4（06）7李志义.我国工程教育改革的若干思考J.中国高等教育，2012，（20）8李志义.解析工程教育专业认证的持续改进理念J.中国高等教育，2015，（Z3）9李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念J.中国高等教育，2014，（17）10李志义.解析工程教育专业认证的学生中心理念J.中国高等教育，2014，（21）第一作者简介：李镔，男，1979年3月生，主要研究方向：大学工程实践教学、多轴数控加工技术、模具加工、逆向工程建模。（收稿日期：2023-05-10）图2虚拟数控仿真平台模具专业教学与实践85