数控设备调试与维护

具有高职特色的《数控设备调试与维护》课程整体解决方案构建与实施

何　龙　彭亚娜　杨安春　申爱民

根据高技能人才培养对知识和能力的要求，结合机电一体化专业人才培养方案，以及从《数控设备调试与维护》课程在高职人才培养体系的知识构建中所起的作用，编写特色鲜明的高职高专《数控设备调试与维护》教材，并把《数控设备调试与维护》打造成精品课程，既能解决目前尚无适用的高职高专《数控设备调试与维护》教材和国家精品课程问题，又能通过精品课程建设降低学生的教材成本并拓宽学生的资料视野（在本门课程中提供的SIMENS、FANUC两大系统参考资料有数十本、达十万页的可以在今后工作中继续使用的系统参考资料，提供有数十个国家及行业使用的标准，这在全国同类课程中独一无二）。在《数控设备调试与维护》特色教材编写过程中，融入教师们在多年的课程教学和教改实践中积累的经验；在精品课程建设中，把课程教学设计为七个学习情境，且全部教学按照“教、学、做”的要求分别针对教师的教和学生的学组织在网络上，这对于师生共享资源，学生的课余学习和远程学习大有裨益，对提高《数控设备调试与维护》课程教学质量、培养合格的高素质技能型专门人才产生了并将继续产生十分重要的作用。

一、课程定位

《数控设备调试与维护》是机电一体化专业必修的专业课，也是制造类专业的重要选修课程。它是一门将数控原理、数控机床、电气技术等课程有机融合、综合性、实践性较强的课程。本课程的改革与建设是以教育部教高（2006）16号文件精神为指导，按照专业服从市场、课程服务于专业的原则，以学院《关于在示范性院校建设中加强7个重点建设专业课程教学工作的意见（试行）》为具体改革思路，力求落实“突出应用性、强调工具性、体现职业、兼顾适应性”的要求，做到教学内容要融传授知识、发展能力、提高素质为一体。本课程根据机电技术发展对工程技术应用性人才的实际要求，以“数控设备调试与维护为主”，贯彻“面向市场主流应用技术，培养技术应用能力、掌握数控设备调试验收基本方法，贯彻数控机床使用基本标准，切合企业工程需求”的教学思想，在机电专业技术基础平台的基础上，将数控设备检验、验收、调试的工具使用和验收标准相结合，做到基础理论适度并突出专业知识的实用性、实际性和实效性。该课程同时也是对本专业前序机械设计基础、机床电气控制技术、PLC技术、数控技术等课程在数控设备上的综合性、工程性的应用和总揽。

本课程改革从2005年5月开始启动，经过课题组成员深入调研，形成了课题研究和

*荣获2008年成都航空职业技术学院第二届高等教育教学成果三等奖

建设方案，完成了教材《编写大纲》；2006年编写完成教材并正式出版；2007年3月，开始着手《数控设备调试与维护》精品课程建设，同年该课程被评为“四川省精品课程”。目前，正在按照工学结合和行动导向原则进行国家精品课程建设。

二、内容选取

选取课程内容的依据是通过对企业进行调研，针对毕业生就业的具体岗位进行岗位－职责分析和职责－任务分析；通过“请进去、走出来”，与企业专家合作共同将数控设备调试、检验、验收全过程，依据用户关心程度、设备故障比例、标准引用等因素，按照设备类型、机械传动结构、数控系统构成、电气控制系统、设备检验验收、设备保养等流程分解成若干典型工作任务。同时，结合学生的认知规律，从简单到复杂，并结合数控系统厂商系统资料与数控设备操作手册，与企业专家共同确定所要学习的知识和掌握的技能。然后，将本学习领域课程的内容划分为数控系统及数控机床的认识、常见数控系统结构的认识、数控系统参数的备份与恢复、系统参数故障维修、数控机床电气系统故障的排除、数控机床安装调试验收、数控机床的维护与保养7个学习情境。经过这样对教学内容的选取，将完成实际岗位中典型工作任务中所需的知识、能力、素质都融入到了每一个教学情境中。通过每一个学习情境的学习，培养了学生的职业能力及其专业能力、方法能力与社会能力，为学生可持续发展奠定良好的基础。

三、内容组织

教学内容是学生完成“载体”的数控设备的调试、检验与验收“工作任务”；知识应由过去的学科系统排序改为按照数控设备调试、检验与验收的工作过程排序，突出“知识”为“数控设备调试、检验与验收”服务，同时又符合学生知识技能建构的顺序；理论知识教学与实践技能训练一体化，体现“做中学、学中做”；在完成调试、验收工作任务的同时，将学生职业道德教育与职业素质养成融入教学内容中，在培养学生能力的同时，注重培养学生的素质，适应学生可持续发展的需要。

本课程始终坚持选用市场中主流的典型数控系统为对象，全面贯彻数控设备的国家标准，为学生提供全套的数控系统（厂商）技术资料、相关设备的国家及行业标准，并全过程展示运用检验验收工具完成数控设备检验的视频资料。

四、教材建设

2006年在整理校本教材《数控设备调试与维护》的基础上，根据突出能力培养、工作过程导向的思路，结合市场对专业人才的具体要求，由本课程的负责人何龙任主编，完成了高职高专规划教材《数控设备调试与维护》的编写并公开出版。由于在教材中融入了任课教师多年的课程教学经验和教学改革成果，引用了各系统厂商的原始技术资料，并依据数控设备的采购、运输、安装、调试、检验与验收的顺序，逐个环节的引用相关标准，使教学与实际工作相衔接。该教材在我院机电一体化等专业、宜宾职业技术学院等多所学校的相关专业使用，获得一致好评。

五、教学设计

根据学生就业岗位、专业顾问与专兼职教师的建议，整合数控机床制造和使用者两个方面的实际需求，基于工作过程和未来学生从事该职业岗位工作时的切入点以及后续流程进行总体设计和规划。在教学实施过程中，总体要求充分使用现有的教学设备和资源，实现课堂、实验实训场地一体化，说课、演示、实做教学一体化。每个学习情境有真实的工程案例，通过任务驱动、项目导向等方式教学，为学生明确展示和指明未来的职业岗位内涵与需求，激发学生学习的兴趣和积极性，使学生从对未来职业工作的不确定感和畏惧感中解脱出来。

作为机电一体化专业的必修专业课、制造类专业的重要选修课程，《数控设备调试与维护》是一门将数控原理、数控机床、电气技术等课程有机融合、综合性、实践性较强的课程。根据数控机床调试与维护的不同侧重点，基于工作过程的方法，将本课程的教学设计为以下情境，并对学习情境明确了教学目标、媒体手段、教学说明、学习说明、实做说明，呈现完整的教、学、做的设计要求。

学习情境一：数控系统及数控机床的认识

目标：了解企业常用的数控系统、数控机床种类及其加工产品的特点。

媒体：多媒体教学设备、网络、数控实训基地生产型数控机床。

教学说明：在该情境中，汇集包括数控车、数控铣、数控磨、车铣复合、加工中心、电加工、三坐标测量、虚拟机床等尽可能多的数控设备及其加工视频，使学习者在观看这些视频的过程中，逐一解释相关设备的构成、加工工艺特点与适用条件等，完成数控机床分类的介绍。

学习说明：反复观看网站中提供的相关视频资料，并通过网络查找相关类型设备的资料，并查找到主流数控厂商和系统厂商的资料，阅读相关数控设备的技术参数和介绍。

实做说明：

1．实验基地及工厂参观：感受数控机床所处的环境；初识各类不同的数控系统；辨识数控机床上各类典型结构组成；辨认各种不同类型的数控机床；辨识各种不同机床的产品加工。

2．提出所需咨询内容：分组咨询，查询市场所用数控系统的常见类型。

3．采用引导文的方式：讨论分析数控机床典型工作环境；讨论分析数控机床的结构；讨论分析各类数控典型结构的功能特点。

4．采用头脑风暴的方式：分析各类数控机床的结构及产品加工特点。

学习情境二：常见数控系统结构的认识

目标：掌握常见数控系统的软、硬件结构。

媒体：多媒体教学设备、网络、实训基地数控机床、数控系统试验台。

教学说明：在学习情境一的基础上，结合主流数控厂商网站的资料，提供数控设备零部件厂商的技术资料；结合数控原理的相关知识介绍数控设备的关键零部件，并在数控实训基地结合数控设备逐一介绍数控机床的结构和部件；同时到数控设备主机厂和数控设备使用厂中参观更多类型的数控设备，并了解相关的结构和部件；现场展示、介绍不同数控系统的基本界面构成和常见参数的查看。

学习说明：在网络中查阅数控主流厂商的系统，阅读系统厂商相关系统的介绍资料；查阅数控部件厂商的资料，掌握关键部件的常规参数说明。

实做说明：

1．提出所需咨询内容：分组咨询，查询市场所用数控系统的典型类型的使用特点、规格、价格。

2．实训基地参观：识别不同类型数控系统；对照数控系统实物，分析数控装置的结构，讨论各部分功能。

3．手册使用：不同类型与序列号查询，获取相关信息产品信息。

4．实训基地练习：安装典型数控系统；实现数控系统的连接。

学习情境三：数控系统参数的备份与恢复

目标：掌握常见数控系统的参数备份、参数恢复方法。

媒体：多媒体教学设备、实训基地数控机床、计算机。

教学说明：针对SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星三种典型数控系统，按照该三种系统的官方简明调试手册，结合具体数控设备随机操作手册，对实训基地中每台数控设备完成数控设备的全部参数备份，并做好备份参数的保存；根据保存的备份参数逐一完成设备的参数恢复。

学习说明：依据提供的官方简明调试手册，查阅数控系统的简明调试步骤，并关注和理解常见系统参数含义，学会使用以简明调试手册为基础的其他系统手册；根据提供的手册查阅出SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星三种系统的系统构成、端口说明等内容，为学习情境四奠定基础。

实做说明：

1．采用头脑风暴的方式：讨论数控系统参数备份的内容、意义；总结数控系统参数备份的内容、意义。

2．手册使用：不同类型与序列号查询，获取相关信息产品备份恢复方式信息。

3．实训基地练习：SIEMENS 810D数控系统参数的备份与恢复；FANUC 0i 数控系统参数的备份与恢复；华中世纪之星数控系统参数的备份与恢复。

学习情境四：数控系统参数故障与排除

目标：掌握常见数控系统参数故障的诊断和排除方法。

媒体：多媒体教学设备、计算机、数控机床等。

教学说明：依据SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星三种具体系统的官方手册，逐一介绍系统结构；针对数控实训基地现场的具体数控机床，打开电气控制柜，结合实物进行教学；修改系统中的一些参数，感性认知系统的相关变化；设定某些错误参数，根据机床故障表现进行相关分析，并排除故障。

学习说明：依据SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星三种具体系统的官方手册、在学习情境三中备份的参数，参阅具体参数含义，并指出数控实训基地具体数控设备的特点。

实做说明：

1．案例法：通过“参数引发的数控系统故障”的具体案例，提出讨论数控机床参数对机床运行的作用。

2．提出所需咨询内容：分组咨询，查询市场所用SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星的参数体系。

3．实训基地练习：练习各类数控系统参数调整菜单；不同类型数控系统手册使用查询，获取相关参数的意义与调整方法、生效方式；获取不同类型数控系统参数修改权限。

4．采用头脑风暴法的方式（实训基地）：提出具体数控系统故障案例，分组讨论分析；分组调整参数，排除相应系统故障。

学习情境五：数控机床电气系统故障的排除

目标1：通过该情景的学习，掌握数控机床中PLC的工作原理、过程。

媒体：实训基地数控机床、多媒体设备。

教学说明：依据SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星三种具体系统的官方手册，并结合具体数控设备的随机手册，跟踪一个具体动作，查阅出PLC梯形图的变化。

学习说明：查阅SIEMENS 810D、FANUC 0i、世纪之星三种具体系统的官方手册中关于PLC梯形图的具体说明。

实做说明：现场演示机床电气系统的工作过程；现场演示通过机床操作面板控制机床电气设施；现场演示通过监控PLC信号状态，了解机床、电气元件的工作状态；学生现场操作机床电气设备；学生查看机床、电气设施、元件的状态，与PLC的状态进行对比；学生选取典型设备，根据典型设备的工作状态以及状态的改变，描述PLC对电气设备的控制流程，描述出整个流程及回路；学生根据具体设备的工作过程撰写报告，描述数控机床中PLC对电气系统的控制流程。

目标2：能够熟练使用电气手册排除机床电气故障。

媒体：实训基地数控机床、多媒体设备。

教学说明：根据课程网络中提供的具体电气手册资料，跟踪一个具体对象，读出电气手册中的具体电路，学会电气手册的使用和查询。

学习说明：依据课程网络中提供的具体电气手册资料，反复揣摩电气图读图的规则，学会使用和查询电气手册资料。

实做说明：选取具体的数控机床，展示并讲解该机床的所有随机资料；讲解该机床电气手册构成；选取机床的典型电气设备，读取该设备的相关电路图；根据电路图，在机床电气控制柜以及相关控制设施中，查找电路图所描述的具体元件和线缆；学生根据电气手册和实物，就某一个设备的控制回路撰写一份报告（报告中详细描述设备的控制回路在电气手册中的描述位置，及该回路的走向，并对电气手册的描述和实物的分布与走向做详细的对比【可附图片】）；就某一个回路设置若干故障，通过分析电路图和查找并现场排除故障；撰写故障诊断与排除报告。

学习情境六：数控机床的安装、调试、验收

目标1：能够掌握数控机床调试、验收的相关标准。

媒体：实训基地数控机床、多媒体设备、各类工具。

教学说明：提供GB17421相关标准，并比较国际标准ISO230-2、日本JIS6336、德国媒体：实训基地数控机床、多媒体设备、各类工具；VDI3441等标准关于误差算法的差异，依据这些标准获得精度的大致对应情况。

学习说明：阅读GB17421标准，在网络上查阅行业中常见检验标准并进行对比，查阅常见典型数控机床的验收标准。

实做说明：介绍通用数控机床验收标准；介绍通用标准中相关项目的表征意义；学生就验收标准在网上收集相关资料；撰写报告。

目标2：能够掌握数控机床安装调试的方法，熟练使用相关工具检具。

媒体：实训基地数控机床、多媒体设备、各类工具。

教学说明：根据数控设备使用方从数控设备的地基制作、设备开箱、设备就位、设备外观检测等流程，提供各流程的国家和行业验收标准全文，依据标准进行安装调试；并全面介绍各类检验验收工具。

学习说明：学会各个流程中使用标准的查询和运用，掌握依据采购合同的技术标准进行相关的验收，并能够检验验收工具的使用情况。

实做说明：根据对实训基地具体数控机床的分析，确定安装、调试的具体项目；展示相关的工具、检具，讲解、演示每一种工具检具的使用方法及其注意事项；分析、调试具体数控机床的可调试部位、部件；通过查阅、修改数控系统参数，对数控机床相关项目进行调试；学生运用相关工具和检具进行实际操作，对一台机床进行安装、调试。

目标3：掌握机床验收流程和项目标准。

教学说明：根据数控设备使用方从数控设备的地基制作、设备开箱、设备就位、设备外观检测等流程，提供各流程的国家和行业验收标准文本，依据标准进行安装调试；全面介绍各类检验、验收工具。

学习说明：学会各个流程中使用标准的查询和运用，掌握依据采购合同的技术标准进行相关的验收，并能够熟悉检验、验收工具的使用情况。

实做说明：分析机床合同文件，确定机床验收项目和标准；查阅相关标准的具体文件，确定验收方法；根据验收项目和方法提出检具要求；组织实施一台机床的完整验收过程；学生自主验收一台数控机床，并记录所有工作流程、相关数据，根据相关标准分析数据、判定机床合格与否；学生就该项目进行讨论和评估。

学习情境七：数控机床的保养

目标：能够根据具体机床说明书、机床种类、型号，编制机床保养手册、制订机床保养策略，并能够完成数控机床的保养。

媒体：实训基地各类机床，实训基地机床资料、网络。

教学说明：结合实训基地设备环境和数控设备的随机资料，依据具体数控设备保养的说明资料，说明保养的具体要求；在总结具体资料的基础上，进行数控设备常规保养的规范说明。

学习说明：在安排到实习单位的过程中，收集各种关于数控设备的保养资料，并查阅数控设备主机厂商有关数控设备的保养说明。

实做说明：分析具体机床资料、机床构成，确定机床维护保养重点部位；根据机床使用情况，制订机床维护保养策略；根据维护保养策略和人员配置，制订机床维护保养手册；就数控实训基地的机床进行维护保养的实际操作；提交报告。

六、教学资源库

1．基于工作过程的课程教学基本文件（含课程特色、《综合实训教学大纲》等）；

2．自主开发的教学电子课件；

3．与企业专家共同开发的课程标准；

4．与企业专家共同开发的实训指导书；

5．教学参考资料（全套SIEMENS 810D、FANUC 0i的全套系统厂商资料，全套机床电气图纸、全套实训资料、全套典型数控机床验收标准等）；

6．学院图书馆相关专业期刊资料、相关专业网站信息等；

7．学生课程学习练习题；

8．习题、试题及标准（参考）答案；

9．全部机床检验验收过程视频资料及验收报告，全套检验验收的工具展示。

七、网络资源

网络教学硬件能够支撑网络课程的正常运行，资源丰富，架构合理，包括：

1．教学参考：包含课程设置、课程标准、教学内容、授课计划等；

2．学习参考：包含学习说明、网络课程、实做参考、实训项目等；

3．实做参考：包含实做说明、实做案例、实做项目、实做资源等；

4．电子教案：包含全部电子教案、相关视频、图片等；

5．说课展示：包含说课展示、网络课程等；

6．素材资源库：包含教材中表格、平面图库、实物照片、录像、加工技能要素视频、参考手册等；

7．教师团队：教师团队介绍、联系方式；

8．基于工作过程的系列典型教学案例。

创新点

1．数控系统选择的典型性。以西门子、发那科、华中数控等典型数控系统为对象，提供全套相关数控系统的电子资料，仿真再现学生未来的工作场景和内容。

2．检验、验收采用标准的实用性。全面描述数控设备从厂房配置要求到数控设备交付验收的全部过程，并紧密结合国家、行业的相关标准，提供国家、行业相关标准文本，将行业中常见的标准进行介绍和对比。

3．典型数控系统型号选取的先进性。选择西门子810D，发那科0i、16i，华中数控等当前生产企业正在使用的主流型号数控系统，并提供系统的相关电子资料。

4．课程设计全面引入行动导向、工学结合、项目驱动等方式，基本实现了课程教学的“教、学、做”一体化。

实践效果及推广价值

1．从2006年起，在机电一体化专业中采用这一改革方案，依据设备使用方和制造方的工作流程，全景展示了整个工作过程及其相关技术细节，缩短了教育与实际工作的距离。

2．在检验、验收、调试中，使学生能够清晰地了解各环节的具体技术和应该采用的标准，形成了规范和有据可依的工作流程，同时促进了学生职业素质的养成。

3．在教师的指引和带领下，学生能够掌握并使用数控系统厂商提供的数控机床相关参数资料，使学生初步具备了学习和工作的方法能力。

4．已经建设成为四川省精品课程的该网络课程，为学生提供给了在线自主学习的机会，拓展了学生学习、复习并反复研究的时间和空间条件。

5．教学方案、教材、精品课程被宜宾职业技术学院等多所院校采纳和使用。