基于PowerMILL的高職“多軸加工”課程教學(xué)改革探索

摘要：多軸加工是高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)、數(shù)控加工技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課程。是以PowerMILL軟件數(shù)控編程作為課程核心內(nèi)容，融入加工工藝分析、數(shù)控編程、加工仿真、實(shí)際加工及質(zhì)量檢測(cè)等知識(shí)和技能。培養(yǎng)學(xué)生的多軸編程及實(shí)際加工零件的能力。根據(jù)該課程特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行課程教學(xué)改革研究，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：高職;多軸加工課程;PowerMILL軟件;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TG659-4;G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0215-02

0? 引言

從航空航天超級(jí)工程到醫(yī)療器械等精密制造相關(guān)領(lǐng)域，都需要使用到先進(jìn)的多軸加工技術(shù)。在目前的多軸加工技術(shù)中，主要以五軸加工技術(shù)為主流。五軸數(shù)控加工技術(shù)代表精密制造技術(shù)的精要，對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)、智能制造技術(shù)的發(fā)展起到重要支撐作用。多軸加工技術(shù)的應(yīng)用是方方面面的，上至航天軍事，下至機(jī)械設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等，都有多軸加工技術(shù)的身影。而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床則主要應(yīng)用于葉輪、船用螺旋槳、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等。隨著我國裝備制造產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、升級(jí)，目前對(duì)掌握多軸聯(lián)動(dòng)加工編程與模擬仿真的技術(shù)技能人才需求日益迫切，該方面技能人才供不應(yīng)求。高等職業(yè)教育的一項(xiàng)重要職能就是服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)，為地方企業(yè)培養(yǎng)合格的技術(shù)技能型人才。因此《多軸加工》課程的教學(xué)研究具有重要的意義。

1? 多軸加工技術(shù)及PowerMILL軟件概述

多軸數(shù)控機(jī)床通常指具備4個(gè)或4個(gè)以上可控軸（一般來說X、Y、Z3個(gè)線性軸，加上1個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸），并且這些坐標(biāo)軸可以在CNC系統(tǒng)控制下進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。其中分別繞X、Y、Z線性軸旋轉(zhuǎn)的軸稱為A、B、C旋轉(zhuǎn)軸。在多軸加工技術(shù)中配置五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還能夠?qū)?fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。PowerMILL軟件是一款功能強(qiáng)大、加工策略豐富的CAM軟件?？煽焖偕珊侠淼牡毒呗窂?，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)具有集成一的加工實(shí)體仿真，方便在加工前了解整個(gè)加工過程及加工結(jié)果，節(jié)省加工時(shí)間。目前，我國對(duì)PowerMILL軟件的使用尤其廣泛。

2? 課程設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 課程設(shè)計(jì)思路

通過對(duì)數(shù)控機(jī)床操作工、數(shù)控編程員及數(shù)控加工工藝員等就業(yè)崗位分析，以及“工學(xué)結(jié)合、校企共育、項(xiàng)目主導(dǎo)”的人才培養(yǎng)模式，按照“學(xué)中做、做中學(xué)”教學(xué)思路。確定本課程設(shè)計(jì)思路：以常州天安渦輪動(dòng)力機(jī)械有限公司、北京精雕集團(tuán)等校外實(shí)習(xí)基地為依托，以每年的全國五軸數(shù)控技能競(jìng)賽的項(xiàng)目為載體，進(jìn)行課程內(nèi)容的設(shè)置和項(xiàng)目的開發(fā)。選取企業(yè)的真實(shí)產(chǎn)品作為教學(xué)案例，課程安排在數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造基地、先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)基地，采用“邊學(xué)邊做、學(xué)做合一”的教學(xué)方式，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知程度由淺入深，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。

2.2 教學(xué)目標(biāo)的確定

教學(xué)目標(biāo)主要是明確學(xué)生在課堂中需要掌握的技能，并能夠解決實(shí)際問題。而多軸加工課程的目標(biāo)則是能根據(jù)多軸產(chǎn)品的特點(diǎn)，完成各類高端復(fù)雜數(shù)控產(chǎn)品的編程加工;根據(jù)多軸的加工工藝知識(shí)，在PowerMill軟件中加工刀具與切削用量，設(shè)計(jì)出高效的加工路徑;根據(jù)不同的零件進(jìn)行編制合理的加工程序，能在仿真數(shù)控機(jī)床上完成零件加工;能夠掌控實(shí)際加工現(xiàn)場(chǎng)，解決出現(xiàn)的基本問題。知識(shí)目標(biāo)：了解多軸加工數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及其工藝基礎(chǔ)理論;熟悉PowerMILL的三軸曲面刀具路徑建立，并合理設(shè)置刀具路徑各項(xiàng)參數(shù);熟悉PowerMILL的四軸、五軸的零件加工刀具路徑建立，并合理設(shè)置刀具路徑各項(xiàng)參數(shù)。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生有較強(qiáng)的生產(chǎn)安全防護(hù)意識(shí)，吃苦耐勞精神，服從生產(chǎn)管理;有愛護(hù)數(shù)控機(jī)床的職業(yè)道德品質(zhì)，愛崗敬業(yè);學(xué)會(huì)溝通及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

2.3 教學(xué)項(xiàng)目的確定

本課程選取了9個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，都是以企業(yè)典型的多軸加工產(chǎn)品為任務(wù)載體，按照實(shí)際工作過程設(shè)計(jì)教學(xué)，如表1所示。每個(gè)項(xiàng)目包括工藝分析、數(shù)控編程、加工仿真、實(shí)際加工和質(zhì)量檢測(cè)一系列完整的工作流程。由淺入深，循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)掌握多軸加工和數(shù)控仿真技術(shù)。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生在技術(shù)上可以達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)的基本要求，同時(shí)課程采用靈活的行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)方法。

每個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生都需完成相應(yīng)的項(xiàng)目報(bào)告（電子版），為日后畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫奠定了有利的基礎(chǔ)。

2.4 課程實(shí)施條件

目前，國內(nèi)高職院校都面臨著多軸加工機(jī)床價(jià)格昂貴、學(xué)校配置數(shù)量少的問題。但又要讓每個(gè)學(xué)生都能掌握該課程的知識(shí)及技能，應(yīng)有效的將使用PowerMILL軟件進(jìn)行數(shù)控程序的編制、刀具路徑的編輯、優(yōu)化及模擬加工與實(shí)際操作教學(xué)相結(jié)合，解決機(jī)床設(shè)備數(shù)量有限和安全等問題，提高教學(xué)效率和效果。

我校現(xiàn)有的多軸加工教學(xué)資源：法國優(yōu)龍五軸聯(lián)動(dòng)加工中心機(jī)床，西門子840D控制系統(tǒng);科教城先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)基地的兩臺(tái)五軸加工機(jī)床、兩臺(tái)車銑復(fù)合機(jī)床;科教城數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造基地配套50臺(tái)裝有CAD、CAM軟件（UG、PowerMILL）的計(jì)算機(jī)以及虛擬仿真機(jī)房。

3? 實(shí)踐教學(xué)過程及考核評(píng)價(jià)方式的改革

3.1 實(shí)踐教學(xué)過程的改革

相較于原有的數(shù)控機(jī)床而言，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床操作難度更大，不當(dāng)?shù)氖褂梅绞揭哺菀装l(fā)生事故。因此，在實(shí)訓(xùn)過程中，需要將虛擬設(shè)備與現(xiàn)實(shí)設(shè)備相結(jié)合，讓學(xué)生在仿真環(huán)境中對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的零件進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。除此之外，在操作過程中還需要提供實(shí)時(shí)的程序檢測(cè)功能。并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，記錄操作過程生成視頻，以供教師對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生和老師進(jìn)入真實(shí)操作間進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。而虛擬技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠大幅度提高學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中的安全性，同時(shí)還能夠有效解決設(shè)備數(shù)量短缺的問題，滿足每一個(gè)學(xué)生的訓(xùn)練需求。以一個(gè)班級(jí)（40名學(xué)生）為例，將對(duì)班級(jí)學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)基地現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行分組教學(xué)，具體分組情況見表2。

通過表2可知，在實(shí)踐過程中，設(shè)備的實(shí)訓(xùn)人數(shù)和傳統(tǒng)加工實(shí)訓(xùn)人數(shù)基本持平。這樣做的好處在于能夠充分保證學(xué)生實(shí)訓(xùn)的質(zhì)量和安全，同時(shí)教師還能夠及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生，避免事故發(fā)生。

3.2 考核評(píng)價(jià)方式的改革

形成性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)是多軸加工課程的主要評(píng)價(jià)方式。該評(píng)價(jià)方式不僅能夠較為全面的考察學(xué)生的知識(shí)水平，同時(shí)對(duì)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)能力和對(duì)突發(fā)情況的應(yīng)對(duì)能力都能有一定的涉獵。形成了多層次，多元化的考核標(biāo)準(zhǔn)和考核體系。

在表3的課程考核評(píng)價(jià)中，主要包括了態(tài)度評(píng)價(jià)，技能型評(píng)價(jià)、知識(shí)性評(píng)價(jià)和創(chuàng)新性評(píng)價(jià)等四個(gè)方面。其中技能型評(píng)價(jià)包括對(duì)型芯、型腔、“3+2”軸零、大力神杯、整體葉輪等零件的數(shù)控自動(dòng)編程、優(yōu)化、后處理以及模擬仿真加工等技能完成情況的評(píng)價(jià)。創(chuàng)新性評(píng)價(jià)則包括與該課程相關(guān)的論文，競(jìng)賽、專利等學(xué)習(xí)方面的評(píng)價(jià)。

4? 多軸加工課程改革今后的方向

4.1 師資隊(duì)伍建設(shè)

加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，增加“雙師素質(zhì)”教師的比例，引進(jìn)企業(yè)兼職教師。組織團(tuán)隊(duì)成員參加先進(jìn)制造技術(shù)方面的各種培訓(xùn)，從而達(dá)到提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的目的。

4.2 實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)

將每臺(tái)多軸加工設(shè)備接入實(shí)訓(xùn)基地的局域網(wǎng)中，再通過局域網(wǎng)的終端接入互聯(lián)網(wǎng)中。并購置些便攜式攝像機(jī)等器材，同時(shí)根據(jù)先進(jìn)制造行業(yè)的需求，對(duì)CAM軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。在多軸加工課程實(shí)施過程中，教師可以通過遠(yuǎn)程控制或攝像等方式，將教學(xué)內(nèi)容共享至課堂，從而實(shí)現(xiàn)教師，學(xué)生和實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的三位一體的互動(dòng)模式，完成教學(xué)教學(xué)。

除此之外，還可以將實(shí)訓(xùn)基地中的多軸加工設(shè)備對(duì)其課外開放，在教師的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下對(duì)多軸加工技術(shù)更深層次的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練。輔助教師共同為企業(yè)解決技術(shù)及工藝上的難題。指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員參加每年的全國五軸數(shù)控加工技能競(jìng)賽以及各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。

4.3 信息化建設(shè)

在多軸加工課程教學(xué)中加強(qiáng)信息化建設(shè)，不僅能夠充分提高教學(xué)質(zhì)量，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)生活需要，同時(shí)還能夠充分發(fā)揮學(xué)校的資源效能。在教學(xué)中，信息化的建設(shè)體現(xiàn)在教學(xué)的方方面面。建立數(shù)字化資源庫是構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上教學(xué)的主要途徑。

5? 結(jié)束語

本文主要闡釋了在多軸加工課程教學(xué)中的教學(xué)思路和教學(xué)方式，著力于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)能力和職業(yè)素養(yǎng)。因此，只有深化多軸加工課程改革，提高學(xué)生先進(jìn)制造技術(shù)的專業(yè)技能，才能夠?yàn)槠髽I(yè)培養(yǎng)出合格的技術(shù)技能型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧中華.多軸聯(lián)動(dòng)編程與加工課程開發(fā)現(xiàn)狀分析與對(duì)策研究[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（2）：21-23.

[2]郭東軍，王建波.基于PowerMILL的五軸加工項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2019（5）：183-185.

[3]葉鋒，郭偉.高職“典型模具制作”課程改革問題探討[J].職教通訊，2014（15）：29-31.

[4]周海飛.高職通信工程勘測(cè)與概預(yù)算課程教學(xué)改革探索[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（3）：40-42.