多軸數(shù)控加工技能證書培訓(xùn)考核中的問題及對策

李鵬志 曹 侃 劉江然

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系,河北 石家莊 050081)

目前,國家正在大力推進(jìn)“1+X”證書制度試點(diǎn)工作,鼓勵職業(yè)院校學(xué)生在獲得學(xué)歷證書的同時,積極取得多類職業(yè)技能等級證書,拓展就業(yè)創(chuàng)業(yè)空間,緩解結(jié)構(gòu)性就業(yè)矛盾.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院(以下簡稱“學(xué)院”)于2020年11月第一次承接多軸數(shù)控加工技能等級證書培訓(xùn)及考核任務(wù).在推進(jìn)這一全新任務(wù)的過程中,遇到了設(shè)備調(diào)試、技術(shù)儲備、課程調(diào)整、學(xué)生技能訓(xùn)練等諸多問題.本文通過探索和實踐,解決了多軸數(shù)控加工技能等級證書培訓(xùn)及考核過程中遇到的問題,為提高培訓(xùn)質(zhì)量和證書通過率打下了基礎(chǔ).

1 考前準(zhǔn)備與培訓(xùn)

1.1 考前準(zhǔn)備

1.1.1 設(shè)備改造

按照證書鑒定單位要求,多軸數(shù)控加工職業(yè)技能初級證書試點(diǎn)單位的實訓(xùn)設(shè)備要求有兩臺四軸加工中心,中級證書試點(diǎn)單位需要有兩臺五軸加工中心.而學(xué)院現(xiàn)有四軸加工中心一臺,智能制造產(chǎn)線裝備的華中數(shù)控8 型系統(tǒng)JT-GL8-V 五軸加工中心一臺,受設(shè)備限制,本次學(xué)院組織學(xué)生參加了多軸數(shù)控加工職業(yè)技能初級證書的考證工作.____________

要保證培訓(xùn)考核工作正常進(jìn)行,需要將五軸加工中心從智能制造產(chǎn)線中獨(dú)立出來,在考核工作完成后,再將產(chǎn)線復(fù)原,并保證產(chǎn)線正常運(yùn)行.為此,制定了相關(guān)的實施方案.

(1)保持氣動卡盤位置不變,將五軸機(jī)床內(nèi)卡爪裝夾方式改為外卡爪裝夾.松開卡爪緊固螺釘,根據(jù)夾具外徑尺寸調(diào)整卡爪位置,保證卡爪松開時夾具取放自如,卡緊時能緊固工件.

(2)為保證智能制造產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn),保持五軸機(jī)床與控制線路連接,在培訓(xùn)和考核過程中,應(yīng)先啟動智能制造產(chǎn)線總控開關(guān),再啟動五軸數(shù)控加工機(jī)床.

(3)為適應(yīng)雙轉(zhuǎn)臺五軸機(jī)床氣動卡盤裝夾方式和工件加工要求,設(shè)計并加工了專用夾具,夾具圖見圖1.

圖1 多軸數(shù)控加工技能等級考核專用夾具圖

為了增加五軸加工中心的活動空間,便于學(xué)生加工操作,加高、加寬了機(jī)床腳踏板;將旋轉(zhuǎn)軸中的A軸的周限度調(diào)整為35°～-100°,以保證工件在正常加工過程中不出現(xiàn)限位報警信息.

1.1.2 五軸數(shù)控系統(tǒng)后處理程序修改

自動編程時,在工序?qū)Ш狡髦羞x中一個程序組或者一個加工工序后,可以通過后處理程序來處理刀具路徑,從而生成數(shù)控機(jī)床能夠識別的數(shù)控程序.不同類型的數(shù)控機(jī)床的硬件功能和加工要求不同,需要專用的后處理程序[1].在多軸數(shù)控加工技能等級證書考證培訓(xùn)過程中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)工件裝夾到卡盤,加工程序加載到數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)時,加工程序不能正常運(yùn)行,機(jī)床出現(xiàn)報警信號.檢查程序發(fā)現(xiàn),數(shù)控機(jī)床的后處理程序存在問題.原因在于機(jī)床后處理程序中沒有加入M141(液壓卡盤夾緊指令)和M146(機(jī)床防護(hù)門關(guān)閉指令),而五軸機(jī)床處在智能制造產(chǎn)線的總控臺控制下,當(dāng)卡盤未夾緊和防護(hù)門未關(guān)閉時運(yùn)行程序,就會出現(xiàn)報警信息.為此,修改了機(jī)床的后處理程序,在程序開頭加入了M141和M146模塊,解決了機(jī)床報警的問題,程序初始化相關(guān)參數(shù)設(shè)置截圖見圖2.同時,對后處理程序進(jìn)行了初始化設(shè)置,加工程序開頭設(shè)定為G54G90G17.

圖2 程序初始化相關(guān)參數(shù)設(shè)置截圖

在多軸數(shù)控加工實操加工過程中,還遇到了因后處理程序設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致的加工工件過切問題.由于加工的零件為回轉(zhuǎn)體,當(dāng)零件的一面加工完成,轉(zhuǎn)臺帶動零件轉(zhuǎn)向另一面的過程中,刀具沒有抬起足夠的高度,使工件發(fā)生了過切現(xiàn)象.經(jīng)程序檢查和反復(fù)研討,發(fā)現(xiàn)可以通過修改后處理程序來避免這個問題.在每個加工工序結(jié)束時,先使刀具返回機(jī)床參考點(diǎn),再讓零件轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢?而后再進(jìn)刀加工,即在后處理程序中加入G91G28Z0 模塊和M05 M09模塊,從而解決了零件過切的問題,提高了多軸數(shù)控加工技能等級證書考證培訓(xùn)的效率,參數(shù)設(shè)置截圖見圖3.

圖3 后處理程序結(jié)束參數(shù)設(shè)置截圖

1.2 考前培訓(xùn)

根據(jù)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識的熟練程度,進(jìn)行小組劃分,由綜合實力較強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任組長,讓其帶領(lǐng)組內(nèi)成員共同學(xué)習(xí).安排之前參加并取得證書的學(xué)生作為教師的助手,在課余時間協(xié)助教師對參加多軸數(shù)控加工職業(yè)技能初級證書考試的學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo),以提高培訓(xùn)效率.學(xué)院多軸數(shù)控加工設(shè)備臺套數(shù)少,無論日常教學(xué)還是考前培訓(xùn)及考核都很緊張,學(xué)生實操次數(shù)少,為此,安排教師利用晚上或周末對參加考試的學(xué)生進(jìn)行專門培訓(xùn),以提高設(shè)備利用率,延長學(xué)生上機(jī)實操時間.

2 評價標(biāo)準(zhǔn)及考試成績分析

2.1 評價標(biāo)準(zhǔn)

初級證書實操采用百分制考核,內(nèi)容包括零件加工和安全文明生產(chǎn)兩部分,占比分別為90%和10%.

2.1.1 零件加工部分

零件加工包括工件的完成度、重要面尺寸精度和表面粗糙度3個指標(biāo).

工件完成度部分滿分25分,包括零件的所有外形特征,每個特征分值為1～3分.

重要面尺寸精度指標(biāo)共60 分,其分值比重最大,這也凸顯了職業(yè)技能等級考試對零件加工質(zhì)量的重視.重要面尺寸精度共考核12個尺寸指標(biāo),其中8個為圖紙中已注公差尺寸,4個為未注公差尺寸.從尺寸精度看,前5項公差控制嚴(yán)格,一旦超差,該項目就不得分;后7 項公差根據(jù)超差情況酌情扣分.

表面粗糙度配分為5分,要求整體為Ra1.6,每處降一級扣0.5分.如果零件有部分特征未完成加工,則該特征的表面粗糙度視為不合格.

2.1.2 安全文明生產(chǎn)部分

安全文明生產(chǎn)共10分,文明生產(chǎn)和操作規(guī)范各占5分.

文明生產(chǎn)包括工作態(tài)度如何,著裝是否規(guī)范,操作過程有無受傷,刀具、工具、量具的放置是否規(guī)范,工件裝夾、刀具安裝是否規(guī)范,是否正確使用量具,衛(wèi)生、設(shè)備保養(yǎng)如何,關(guān)機(jī)后機(jī)床停放位置是否合理.

操作規(guī)范包括是否撞刀,加工中是否使用銼刀或紗布,加工場地工量具擺放是否混亂.

這部分主要考查學(xué)生的6S職業(yè)規(guī)范、安全生產(chǎn)等在生產(chǎn)加工中的執(zhí)行情況.正常生產(chǎn)情況下,考生該項分?jǐn)?shù)可得滿分,一旦出現(xiàn)違規(guī)操作,根據(jù)規(guī)定扣分,直至取消實操考核資格.

2.2 考試成績分析

在實操考試中,大部分考生都完成了零件加工,零件的完成情況、表面粗糙度、安全文明生產(chǎn)得分較高,但由于出現(xiàn)了較多的尺寸精度超差現(xiàn)象,總分較低,通過率并不理想.

3 提高多軸數(shù)控加工技能等級證書培訓(xùn)質(zhì)量的對策

(1)嚴(yán)格要求加工精度

在日常教學(xué)中,要培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量意識,注重對加工精度的嚴(yán)格要求.由于加工零件質(zhì)量在數(shù)控加工系列課程成績評定中占比較少,學(xué)生對保證尺寸精度不夠重視,尤其在初學(xué)數(shù)控加工時,往往僅滿足于完成零件外形加工,甚至在未經(jīng)測量的情況下,就將零件從夾具上卸下.數(shù)控加工系列課程教師要注重檢查零件加工質(zhì)量,尤其要嚴(yán)格要求尺寸精度,培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量優(yōu)先的意識.

(2)正確分析和處理圖紙尺寸公差

對學(xué)生來說,識讀圖紙上已注公差尺寸并不難,但往往容易忽視未注公差尺寸的公差,即沒有根據(jù)GB/T 1801-2000為未注公差尺寸控制公差.未注公差尺寸的精度要求不高,目前數(shù)控機(jī)床大都能滿足加工精度要求.對于帶有公差的尺寸,如果上下偏差不對稱,應(yīng)對公差帶作適當(dāng)變動,將基本尺寸換算成公差中值尺寸.如對尺寸應(yīng)進(jìn)行中值處理,即將上下偏差相加后除以2,再加上基本尺寸18得到中值尺寸18.015,并用該尺寸作為手工編程或自動編程的依據(jù),處理后的中值尺寸標(biāo)注為

(3)優(yōu)化加工工藝和正確選用刀具

在粗加工和精加工工序之間增加半精加工工序和檢驗工序[2].在半精加工工序完成后,要暫停機(jī)床運(yùn)行,對工件尺寸進(jìn)行測量.根據(jù)測量結(jié)果修正精加工的進(jìn)刀量.對工件壁加工時,可以通過刀具半徑補(bǔ)償修正精加工進(jìn)刀量;對工件底面加工時,可以通過刀具長度補(bǔ)償修正精加工進(jìn)刀量,也可以通過自動編程軟件重新生成精加工程序.精加工時,要適當(dāng)增大主軸轉(zhuǎn)速,減小進(jìn)給速度.精加工側(cè)壁時,刀具徑向進(jìn)刀量要小,深度方向進(jìn)刀量要適當(dāng)大.精加工完成后,若尺寸偏大,可以再運(yùn)行一遍精加工程序,以減少讓刀產(chǎn)生的影響.為保證工件加工精度,要注意提高芯軸夾具表面質(zhì)量和尺寸精度,盡可能減少工件裝夾次數(shù).此外,要選擇合理的主軸轉(zhuǎn)速和工作臺進(jìn)給速度,盡量加快加工速度,避免考生出現(xiàn)由于加工時間過長,沒有足夠時間修正精加工工藝參數(shù)而存在的尺寸超差問題.

為提高工件加工精度,粗加工工序和精加工工序要選用不同的刀具,不能用同一把刀具進(jìn)行粗加工后接著進(jìn)行精加工.在刀具材料選擇上,要優(yōu)先選用剛性和耐磨性好的硬質(zhì)合金刀具或涂層刀具[3];在刀具長度選擇時,要在滿足工件加工深度的前提下,優(yōu)先選用短柄銑刀,防止加工過程中由于刀具顫動而影響加工尺寸和精度.另外,要注意優(yōu)化對刀工藝,通常采用試切法對刀容易產(chǎn)生誤差,可采用對刀儀對刀或芯棒對刀來減少系統(tǒng)誤差,進(jìn)一步提高加工精度.

(4)進(jìn)行課程改革,適應(yīng)多軸數(shù)控加工技能等級證書考試要求

要進(jìn)行課程改革和人才培養(yǎng)方案調(diào)整,把多軸數(shù)控加工技能等級證書考核內(nèi)容融入到課程中,補(bǔ)齊技術(shù)和教學(xué)內(nèi)容短板,使專業(yè)教學(xué)內(nèi)容覆蓋對應(yīng)職業(yè)技能等級證書考核內(nèi)容,逐步完善課程體系,實現(xiàn)課證融通和書證融合.這樣既能減輕考試前教師的額外負(fù)擔(dān),又能有效地提高學(xué)生的專業(yè)技能水平和考證通過率.在日常教學(xué)中,要使質(zhì)量意識貫穿整個數(shù)控加工教學(xué)和職業(yè)技能等級考試中.

學(xué)生要想順利通過多軸數(shù)控加工技能證書考試,除具備機(jī)械識圖、金屬材料及熱處理基礎(chǔ)、普通機(jī)械加工、誤差測量分析基礎(chǔ)、數(shù)控加工工藝與編程技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)基礎(chǔ)等方面的知識外,還需要熟練掌握數(shù)控加工仿真及實操加工技能,能在保證表面質(zhì)量和尺寸精度的前提下限時完成工件加工.為此,應(yīng)在機(jī)械零部件識圖與繪圖、機(jī)械測繪與CAD、三維造型技術(shù)與應(yīng)用、機(jī)械零件技術(shù)測量、數(shù)控加工工藝與編程、CAM 技術(shù)及加工中心等課程的基礎(chǔ)上增加數(shù)控車削加工實訓(xùn)、數(shù)控多軸加工技術(shù)等選修課程,為學(xué)生順利通過多軸數(shù)控加工技能等級考核和在數(shù)控加工崗位零距離就業(yè)奠定基礎(chǔ).

4 需進(jìn)一步解決的問題

(1)提高教師的專業(yè)素養(yǎng)

提高教師的專業(yè)素養(yǎng)是高職院校保障教學(xué)質(zhì)量的重要途徑[4].學(xué)院應(yīng)加大軟件造型編程及數(shù)控加工技能師資培訓(xùn)力度,不斷提高教師綜合素質(zhì)及專業(yè)技能水平,逐步實現(xiàn)由專業(yè)教師向?qū)I(yè)技師的轉(zhuǎn)變,真正使專任教師具備“雙師”素質(zhì).

(2)增加設(shè)備數(shù)量

設(shè)備是開展數(shù)控加工實訓(xùn)教學(xué)活動的基礎(chǔ)[5].學(xué)院現(xiàn)有的多軸加工設(shè)備,在恢復(fù)智能制造產(chǎn)線正常運(yùn)行的情況下,只有一臺四軸機(jī)床可用于日常教學(xué),不能滿足多軸數(shù)控加工技能的培訓(xùn)要求,應(yīng)在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上再增加2～4 臺五軸數(shù)控加工中心機(jī)床.