數(shù)控多軸正逆向制造實訓基地建設探索

鄭紹蕓

摘要：本文闡述了多軸正逆向制造發(fā)展趨勢，基地建設的必要性，以五軸加工中心、五軸仿真模擬面板、三維掃描儀、3D打印機等為主的加工、逆向、快速成形先進前沿設備，形成多元化的先進制造實習鏈，滿足、豐富實訓內(nèi)容，提升學生社會就業(yè)競爭力。

Abstract： This paper describes the development trend of multi axis forward and reverse manufacturing， the necessity of base construction， advanced cutting-edge equipment such as five axis machining center， five axis simulation panel， three-dimensional scanner， 3D printer， etc.， to form a diversified advanced manufacturing practice chain， meet and enrich the training content， and improve the social employment competitiveness of students.

關(guān)鍵詞：多軸;正逆;理實一體;實習鏈

0? 引言

近幾年我國加工制造業(yè)得到了空前發(fā)展，數(shù)字制造技術(shù)的提升促使了我國相關(guān)制造技術(shù)的更新?lián)Q代，傳統(tǒng)加工設備的使用率在合理的范圍內(nèi)逐漸減少，同時先進數(shù)控裝備的使用率日益增加，然而為了滿足不斷提高的產(chǎn)品精度、速度、難度等要求，高端數(shù)控裝備的發(fā)展與使用已經(jīng)成為了制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，五軸數(shù)控機床作為高端裝備的代表，受到了制造業(yè)的廣泛追捧，然而能夠操作五軸數(shù)控設備的技術(shù)工人卻出現(xiàn)了嚴重短缺。同時隨著加工產(chǎn)品日益復雜，很多多軸產(chǎn)品零部件沒有原始圖紙、文檔或CAD模型，為了能快速獲取零件的模型，提高零件產(chǎn)品的自主化，快速加工出零件的原形，必須借助掃描儀對所加工的零部件進行點云數(shù)據(jù)的獲取，采用CAD軟件重塑模型，最后進行加工。

本文通過數(shù)控多軸正逆向制造技能提升實踐探索，以適應企業(yè)人才需求，提高學生學習興趣。

1? 增加多軸數(shù)控設備，適應需求

在數(shù)控技術(shù)面向自動化、智能化、高速化和高精度發(fā)展的今天，五軸數(shù)控加工設備在企業(yè)中的應用越來越多。簡單的三軸數(shù)控機床加工操作崗位缺少市場競爭力，其工資待遇和發(fā)展空間都有很大的局限。掌握五軸數(shù)控加工設備的操作及編程已經(jīng)成為企業(yè)對高技能人才的需求，主要體現(xiàn)在以下三點：

1.1 數(shù)控多軸加工技術(shù)人員的職業(yè)現(xiàn)狀、行業(yè)人才需求需要

目前企業(yè)對多軸加工設備的操作人員和多軸加工程序編制的人員的需求旺盛。同時通過調(diào)研，調(diào)研人員了解到這些企業(yè)對多軸加工設備和技術(shù)人員需求旺盛的原因主要是：一是隨著現(xiàn)在制造企業(yè)之間的加工價格競爭越來越激烈，同時招工越來越難，而多軸加工設備能夠減少工位人員的需求;二是隨著國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型大勢所趨，依靠廉價勞動力獲取企業(yè)利潤的時代基本終結(jié)，而多軸加工設備相比其他傳統(tǒng)的數(shù)控機床能夠產(chǎn)生較高的附加值，這一點正是許多企業(yè)進行裝備升級的重要動力。

綜合上述幾點的分析，多軸加工技術(shù)人員不僅在企業(yè)有較高的薪酬待遇以及較好的發(fā)展空間，而且是市場緊缺型高技能人才，潛在的需求量巨大，目前數(shù)控五軸加工技術(shù)應用工程師培養(yǎng)主要來自設備廠商和企業(yè)培養(yǎng)兩個途徑，相關(guān)培訓教材來自于設備廠商的培訓材料，顯然無法解決企業(yè)批量人才需求。

1.2 數(shù)控高、精、尖產(chǎn)品加工需要

在全球工業(yè)高速發(fā)展的背景下，先進制造技術(shù)高速發(fā)展，使得未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢是向精密化、數(shù)字化、智能化、集成化、柔性化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。數(shù)控多軸技術(shù)是制造領域質(zhì)量技術(shù)保證、高效率生產(chǎn)、低能耗生產(chǎn)的重要現(xiàn)代制造技術(shù)，如以下零件在三軸機床要經(jīng)過多道工序才能完成，零件形位精度也不一定能保證，但用五軸設備只需一次裝夾即可完成，不但加工效率高，精度也高。零件模型及加工如圖1到圖3所示。

1.3 學生技能培養(yǎng)需要

隨著改革開放、產(chǎn)業(yè)升級獲得空前的發(fā)展。越來越多的企業(yè)對于學生的全面素質(zhì)和綜合能力提出了越來越高的要求。不僅要求學生具備精湛的單一加工技能，還需具有綜合的加工能力，因此傳統(tǒng)的單一技能教學已經(jīng)越來越不適應教育的發(fā)展要求，由于五軸技能涵蓋了三軸、四軸技能，購買五軸設備后，能更好的把理論教學與職業(yè)技能訓練相結(jié)合。注重感知、操作，強調(diào)學生學習的主體性。這種一體化教學模式能很好解決理論教學和實踐教學脫節(jié)問題，減少理論課之間及理論與實操課之間知識的重復，增強教學直觀性，充分體現(xiàn)學生主體參與作用，必將有助于教學質(zhì)量的提高和高技能人才的培養(yǎng)。

1.4 參加職業(yè)技能大賽需要

技能競賽能夠激發(fā)學生對專業(yè)知識和職業(yè)技能的學習興趣和熱情，開拓學生視野和知識面，吸引學生投身到中國制造，而函蓋五軸加工的技能大賽是中國機械行業(yè)職業(yè)院校的頂尖賽事。數(shù)控高級人才培養(yǎng)除了需要研究開發(fā)、設計制造人才，還需要操作、編程、維修、后處理人才，目前學校亟需一套高級人才培養(yǎng)方案、一套精選教材、一個開放式的基地、一支有實踐經(jīng)驗的人才隊伍、一套標準機制以及產(chǎn)學研一體化合作。五軸數(shù)控技術(shù)大賽的舉辦，正好為國內(nèi)數(shù)控高級人才培養(yǎng)帶來了很好的促進作用。

2? 增加逆向、快速成形、虛擬仿真設備，適應實訓配套需求

2.1 增加三維掃描儀，實現(xiàn)逆向加工

五軸零件相對三軸、四軸零件比較復雜，在先進制造技術(shù)高速發(fā)展的今天，目前很多產(chǎn)品零件部件沒有原始圖紙、文檔或CAD模型，為了能快速獲取零件的模型，提高零件產(chǎn)品的自主化，快速加工出零件的原形，這必須借助掃描儀對所需加工的零部件進行點云數(shù)據(jù)的獲取，采用CAD軟件重塑模型，最后進行加工。

2.2 增加3D打印機，便于快速讀圖

五軸零部件圖紙相對三、四軸零件不但形狀很復雜，而且尺寸很多，老師讀圖都很困難，況且是學生，更容易讀錯，加工出廢品，為了能讓學生快速讀懂復雜的五軸零部件圖紙，可以在上課前預先把加工圖模型打印出，讓學生對零件整體形狀、尺寸上有個感性認識，減少加工廢品率，所以購進一臺打印機，多軸基地現(xiàn)場可隨時打印零件模型，提高學生讀圖能力，高效加工實訓。

2.3 增加虛擬仿真設備，高效加工、防止碰撞

五軸加工中心相對其它三、四軸設備昂貴的多，并且參加實訓班級人數(shù)一般會在30人左右，為了防止加工過程中機床產(chǎn)生碰撞，增加實習工位，購買五軸操作模擬機，機器的整體尺寸與教室中的課桌大小相近，可以直接擺放在課桌上，教師機用于教師操作演示，演示過程可同步顯示在投影儀上，可以實現(xiàn)高效加工、防止碰撞。

2.4 增加五軸設備，增強教師、學生實際加工能力

為提升學生綜合高技能，提高人才的競爭力，結(jié)合本校實際情況、其它學校、企業(yè)五軸使用情況，五軸性價比等多個方面進行考慮，在五軸機床的購置方面可以考慮分購置多臺國產(chǎn)組裝五軸加工中心，形成一定的小規(guī)模，便于展開教學，同時價格相對便宜，維修費用低，周期又短，又具有一定的金屬切削能力，系統(tǒng)可以選擇目前社會、企業(yè)流行的數(shù)控系統(tǒng)，通過五軸加工中心購進能讓學生對五軸加工流程不但有一個整體的掌握，還通過五軸實訓練習能掌握一定的企業(yè)類似產(chǎn)品的實際加工能力，從而培養(yǎng)和提升學生五軸機床編程與加工產(chǎn)品的全過程加工能力。

3? 多軸正逆向?qū)嵱柺夜δ芏ㄎ?/p>

培養(yǎng)五軸應用及逆向人才、開辦五軸正逆向加工教學在中國制造2025的號召下已經(jīng)成為各職業(yè)院校發(fā)展的重點，所以項目的實現(xiàn)是在學院現(xiàn)有數(shù)控專業(yè)建設的基礎上，以多軸加工技術(shù)五軸數(shù)控加工中心為核心，以實際項目開發(fā)為主線，以達到實訓、培訓、服務、科研、競賽、鑒定功能六位一體的“教學工廠”模式教學。

①教學、培訓：充分應用平臺，在相關(guān)的數(shù)控、模具、機械等專業(yè)開展教學、培訓工作，以適應企業(yè)技術(shù)進步對人才技能的要求;

②創(chuàng)新能力培養(yǎng)：通過平臺訓練，掌握企業(yè)從“開發(fā)設計—加工制造—加工效率—節(jié)拍優(yōu)化”的全過程，形成較系統(tǒng)的概念和感性認識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維;

③校企合作：開發(fā)平臺潛在功能，成為學校周邊企業(yè)提供技術(shù)支持與服務的平臺，提高為企業(yè)技術(shù)服務的能力和校企合作深度，鍛煉一批熟練掌數(shù)控五軸加工技術(shù)、逆向加工技術(shù)的雙師隊伍，提升學校影響力;

④科研活動：應用平臺的技術(shù)及設備，依托高校和科研單位的科研拉動，鼓勵教師逐步開展企業(yè)相關(guān)課題、科研活動，提高教學水平，促進教學與科研的良性互動。

4? 結(jié)束語

通過數(shù)控多軸正逆向制造技能提升實踐探索，建設基于多軸正逆向制造平臺，為教師“賦能”，讓教師既能在學校授課，又能攻關(guān)企業(yè)技術(shù)難題，還能在培訓機構(gòu)開展職業(yè)資格培訓，同時也實現(xiàn)虛擬仿真，逆向、3D打印，五軸加工理實一體的實習鏈，將信息化、逆向打印工程、精密制造與數(shù)控專業(yè)融合，將數(shù)字化制造作為本專業(yè)主要培養(yǎng)的技術(shù)技能，形成虛擬制造、綠色制造、裝備制造三個未來發(fā)展方向。豐富實訓設備的種類，擴展實訓的項目模塊，提高學生的綜合技能水平，為學生更好的適應企業(yè)的人才需要打下了良好的基礎。

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