“五軸聯(lián)動加工中心操作與編程”教學(xué)模式研究

黃麗

（武昌工學(xué)院，湖北 武漢430000）

五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為當(dāng)今加工工業(yè)中最重要的生產(chǎn)工具之一，其加工的精度高、應(yīng)用的范圍廣。近幾年來，中國自主研發(fā)的高速高精設(shè)備有了質(zhì)的飛躍，因此需要培養(yǎng)大量的技術(shù)人員，從事五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的編程與操作工作。

通過校企深度合作，共同建設(shè)五軸聯(lián)動操作與編程課程，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有十分重要的意義。

1 課程介紹

本課程是武昌工學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（高端智能制造裝備技術(shù)方向）、智能制造專業(yè)開設(shè)的專業(yè)核心課程，學(xué)時48，學(xué)分3。

本課程在整個課程體系中起承上啟下作用。它既是前導(dǎo)課程“數(shù)控編程與操作”的應(yīng)用和深化，也是后續(xù)課程“五軸聯(lián)動加工中心操作與編程實(shí)訓(xùn)”的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備。課程前后支撐關(guān)系如表1所示。

表1 “五軸聯(lián)動加工中心操作與編程”課程前后支撐關(guān)系

本課程由校企合作單位——武漢華中數(shù)控股份有限公司企業(yè)教師授課，學(xué)校配備了PowerMILL仿真軟件、綜合實(shí)驗室、五軸數(shù)控機(jī)床，教學(xué)資源豐富。

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生具有五軸加工基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力，熟悉機(jī)床工藝特點(diǎn)，掌握五軸加工中心機(jī)床的使用、參數(shù)調(diào)試、編程的基本理論與基本技能，能獨(dú)立完成曲面類零件的整個加工過程。培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高自信心，培養(yǎng)學(xué)生手腦并用的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2 教學(xué)內(nèi)容

2.1 了解多軸數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

多軸數(shù)控機(jī)床是指四軸以上的數(shù)控機(jī)床，該課程以五軸為重點(diǎn)研究對象。多軸聯(lián)動機(jī)床可以將數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控鏜、數(shù)控鉆等功能組合在一起，工件一次裝夾后，可以對加工面進(jìn)行多工序加工，有效避免了由于多次安裝造成的定位誤差，提高加工效率和零件精度。

五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床大多是3+2的結(jié)構(gòu)，主要有三種結(jié)構(gòu)形式，即雙擺頭式、雙轉(zhuǎn)臺式和轉(zhuǎn)臺+擺頭式。結(jié)構(gòu)形式不同決定了機(jī)床的加工對象和工件規(guī)格大小也不相同。

2.2 熟悉多軸加工的工藝特點(diǎn)

多軸數(shù)控加工可以有效的減少基準(zhǔn)面的轉(zhuǎn)變，將加工工序進(jìn)行有效集成，不僅有效提高了工藝的有效性，還可以讓工件實(shí)現(xiàn)一次裝夾，多工序加工的目標(biāo)，提高零件加工精度。

2.3 PowerMILL軟件模擬加工及實(shí)操

多軸數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)成本及使用成本高，對編程人員及其操作者的要求很高，如果一旦發(fā)生碰撞就會影響機(jī)床的使用精度和壽命，因此對于初學(xué)者而言，仿真軟件模擬加工尤其重要。武昌工學(xué)院購置的PowerMILL軟件是一款功能強(qiáng)大，加工策略豐富的CAM軟件，可快速生成合理的刀具路徑，并對其進(jìn)行優(yōu)化。通過軟件模擬生成程序，為后面的機(jī)床實(shí)操奠定基礎(chǔ)，提高安全性，保護(hù)機(jī)床。

3 教學(xué)中待解決的問題

3.1 校企溝通協(xié)調(diào)

企業(yè)教師授課形式與武昌工學(xué)院專任教師授課方式有很大區(qū)別，如何適應(yīng)學(xué)生的特點(diǎn)，達(dá)到高效學(xué)習(xí)的目標(biāo)，就要求校企多次溝通協(xié)作。

3.2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

課程思政與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合問題。把課堂作為立德樹人的主陣地，實(shí)現(xiàn)全方位育人，恰當(dāng)自如地將課程思政引入到“五軸聯(lián)動加工中心操作與編程”的教學(xué)中，培養(yǎng)高水平、高素質(zhì)人才。

課程理論知識的前沿性與專業(yè)基礎(chǔ)性兼顧問題。中國制造2025的總體結(jié)構(gòu)中重要的一點(diǎn)是：從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，涉及到的十大領(lǐng)域包括高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人。人才培養(yǎng)要體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的時代特征，提升課程的高階性和創(chuàng)新性。

3.3 教學(xué)模式創(chuàng)新

教學(xué)模式如何適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用型本科生的問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)及多媒體對傳統(tǒng)教育的沖擊，教學(xué)手段、教學(xué)形式需要及時優(yōu)化。

3.4 教學(xué)評價多樣化

課程評價主要以考核學(xué)生掌握五軸聯(lián)動加工中心的操作和編程能力為主，輔以考核學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、團(tuán)隊合作能力、工作態(tài)度等綜合素質(zhì)。

4 實(shí)施方案

4.1 校企溝通

校企專業(yè)共建項目，加強(qiáng)了高校與企業(yè)的深度合作，校企合作為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才提供了平臺和載體，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要途徑。大力開展校企合作，通過聯(lián)合共建實(shí)驗室、共建實(shí)踐創(chuàng)新基地、開展基于項目的合作等形式，把課堂教學(xué)與課外活動，校內(nèi)教學(xué)與校外實(shí)踐，學(xué)校教學(xué)資源與企業(yè)教學(xué)資源有機(jī)結(jié)合起來，將課堂教學(xué)的“小課堂”延伸到課外、校外，變成課內(nèi)課外、校內(nèi)校外相結(jié)合的“大課堂”。

但是在真正實(shí)施中，會存在諸多問題，例如企業(yè)教師將培訓(xùn)學(xué)員的形式搬到學(xué)生課堂，教學(xué)文件及規(guī)范要求無法滿足等。通過近幾年的摸索，武昌工學(xué)院建立了比較完善的溝通橋梁，主要有以下幾點(diǎn)。

第一，企業(yè)教師在武昌工學(xué)院有固定辦公場所，學(xué)院將每位企業(yè)教師劃分到具體系部，定期參加教學(xué)例會。

第二，系部組織日常教學(xué)活動，包括進(jìn)企業(yè)教師課堂聽課、評課、磨課，相互學(xué)習(xí)，共同探討，使之更適應(yīng)武昌工學(xué)院教學(xué)特色。

第三，系主任與企業(yè)教師一對一的形式，負(fù)責(zé)講解教學(xué)文件要求、教學(xué)過程注意事項、考核文件規(guī)范等，并負(fù)責(zé)檢查驗收。

第四，由企業(yè)教師承擔(dān)的課程，學(xué)院指定專任教師1～2名進(jìn)課堂旁聽，充分利用企業(yè)優(yōu)勢，加強(qiáng)本專業(yè)教師的專業(yè)培訓(xùn)及轉(zhuǎn)型，培養(yǎng)雙師型教師。

第五，定期組織專任教師及學(xué)生到企業(yè)參觀學(xué)習(xí)、集中培訓(xùn)，熟知行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及需求，加強(qiáng)溝通，將校企合作落實(shí)到實(shí)處，實(shí)現(xiàn)學(xué)生、學(xué)校、企業(yè)三者共贏。

4.2 課程內(nèi)容改革

將思政融入課堂，實(shí)現(xiàn)全程育人。立德樹人，寓德育教育于日常教學(xué)之中，講述機(jī)械加工行業(yè)在國家GDP中的比重，培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀、價值觀，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷。講述數(shù)控指令及仿真調(diào)試培養(yǎng)工程師的嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、創(chuàng)新的工作作風(fēng)。

對課程內(nèi)容進(jìn)行更新，提高課程的兩性一度。圍繞學(xué)校人才培養(yǎng)定位，重新規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，使之更適應(yīng)于“高素質(zhì)本科應(yīng)用型人才”的培養(yǎng)。

2019年與武漢華中數(shù)控股份有限公司開展了深度校企合作，不斷拓展合作空間，優(yōu)化教學(xué)設(shè)備，共建培養(yǎng)過程、共建師資隊伍、共促科研創(chuàng)新，給學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)平臺，提升學(xué)生的綜合能力，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力。

教材選用朱克憶，彭勁枝主編的《PowerMILL多軸數(shù)控加工編程實(shí)用教程》，此課程由具體的零件引入教學(xué)內(nèi)容，例如導(dǎo)向輪、泳鏡、異性模等，采用項目式教學(xué)方式，有利于學(xué)生消化吸收。

4.3 教學(xué)模式

對教學(xué)模式進(jìn)行改革，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)。構(gòu)建多層次教學(xué)模式，為了使學(xué)生更好地掌握課程理論知識，提高數(shù)控編程與數(shù)控機(jī)床操作技能，采用理論、仿真、實(shí)訓(xùn)并行并重的理虛實(shí)一體化教學(xué)模式，充分利用仿真實(shí)驗室、工程實(shí)訓(xùn)中心，把考取職業(yè)資格證書作為該課程的拓展環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的技能獲得感和認(rèn)可度。

“五軸聯(lián)動加工中心操作與編程”采用項目式教學(xué)，每個項目學(xué)習(xí)加工周期長，全靠課堂教學(xué)無法完成，擬采用線上線下混合教學(xué)的模式。

理論講解部分利用“學(xué)習(xí)通”“智慧樹”平臺提供線上網(wǎng)絡(luò)資源，授課錄播視頻可以反復(fù)觀看，滿足不同層次學(xué)生的需求。線上完成教學(xué)項目中工藝設(shè)計、程序編制等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)操部分采用線下指導(dǎo)，現(xiàn)場教學(xué)，通過示范教學(xué)方式，手把手傳授學(xué)生操作技能。該課程計劃制作全套電子課件，操作指導(dǎo)書，指導(dǎo)視頻等教學(xué)資源，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

另外在理論課堂上采用了翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論的形式，例如曲面零件的加工編程，由于程序靈活，每位同學(xué)編程思路不一樣，采用翻轉(zhuǎn)課堂，3～5人一組，相互討論、相互評價，提高編程效率。課后采用了專題講座、校企協(xié)同、綜合評價等多樣化、多維度的形式，教師和學(xué)生都喚醒自我，調(diào)動積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和潛力。

在教學(xué)流程方面，每一次課的教學(xué)過程中，都按如下形式展開：①任務(wù)引入，通過項目驅(qū)動，激發(fā)興趣；②復(fù)習(xí)舊課，通過查閱筆記回憶所學(xué)內(nèi)容，溫故知新，承上啟下；③新課探究，引出新知識點(diǎn)，并講解實(shí)例，采用翻轉(zhuǎn)課堂，多元教學(xué)方式；④模擬加工，利用仿真軟件生成程序，驗證走刀軌跡，要求學(xué)生分工協(xié)作，反復(fù)調(diào)試；⑤尺寸測量，強(qiáng)調(diào)過程改進(jìn)，注重結(jié)果分析，并歸納小結(jié)。

通過理論學(xué)習(xí)及后期2周課程實(shí)訓(xùn)，鼓勵學(xué)生積極參加相關(guān)加工技能競賽。近幾年來武漢華中數(shù)控股份有限公司一直舉辦復(fù)雜零件的加工制造項目，緊跟社會和企業(yè)發(fā)展需求，涉及五軸聯(lián)動加工技術(shù)、智能制造生產(chǎn)線、機(jī)器人等專業(yè)，隨著數(shù)控大賽難度不斷增加，考核的內(nèi)容更加全面。多參加類似比賽，讓學(xué)生了解行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)，熟悉企業(yè)特色，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，有助于提升學(xué)生的技術(shù)水平和動手能力。

本課程的主要創(chuàng)新為以學(xué)生為中心，以教師為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)。目前已經(jīng)形成一支由企業(yè)教師、專任教師組成的雙師型教學(xué)團(tuán)隊，線上線下教學(xué)資源豐富，教學(xué)設(shè)備先進(jìn)，為課程提供了良好的平臺。

4.4 改革學(xué)習(xí)評價方法

本課程考核采用過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合的方式，平時成績占總評成績的40%，期末成績占總評成績的60%。

4.4.1 過程性考核

過程性考核有效衡量了學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，是成績的重要組成部分。過程性考核的側(cè)重點(diǎn)是對學(xué)生日常學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)、所取得的成績以及所反映出的情感、態(tài)度、策略等方面的發(fā)展作出綜合評價。其目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生有效調(diào)控自己的學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生獲得成就感，增強(qiáng)自信心，培養(yǎng)合作精神。過程性考核有利于學(xué)生從被動接受評價轉(zhuǎn)變成為評價的主體和積極參與者。為了使評價有機(jī)地融人教學(xué)過程，應(yīng)建立開放、寬松的評價氛圍，以測試和非測試的方式以及個人與小組結(jié)合的方式進(jìn)行評價，鼓勵學(xué)生與教師共同參與評價，實(shí)現(xiàn)評價主體的多元化。

過程性考核的形式有多種，如課堂知識點(diǎn)掌握情況、學(xué)習(xí)效果自評、問卷調(diào)查、小組互評、線上測驗等。過程性考核可采用描述性評價、等級評定或評分等評價記錄方式。無論何種方式，都應(yīng)注意評價的正面鼓勵和激勵作用。教師要根據(jù)評價結(jié)果與學(xué)生進(jìn)行不同形式的交流，充分肯定學(xué)生的進(jìn)步，鼓勵學(xué)生自我反思、自我提高。

4.4.2 終結(jié)性考核

本門課程終結(jié)性考核是檢測學(xué)生實(shí)際操作和加工的能力，考核結(jié)果是反映教學(xué)效果的重要指標(biāo)之一。必須以考查學(xué)生實(shí)際操作能力為目標(biāo)，力爭科學(xué)、全面地考查學(xué)生在經(jīng)過一段時間學(xué)習(xí)后所具有的操作水平。

5 總結(jié)

以“校企專業(yè)共建項目”為平臺，梳理了武昌工學(xué)院智能制造學(xué)院“五軸聯(lián)動加工中心操作與編程”核心課程的教學(xué)模式。從形式和內(nèi)容上提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)科創(chuàng)新能力和工程創(chuàng)新能力，促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的躍升，培養(yǎng)高端智能制造的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。