基于PowerMILL的高職“多軸加工”課程教學改革探索

摘要：多軸加工是高職院校模具設計與制造專業、數控加工技術專業的一門專業課程。是以PowerMILL軟件數控編程作為課程核心內容，融入加工工藝分析、數控編程、加工仿真、實際加工及質量檢測等知識和技能。培養學生的多軸編程及實際加工零件的能力。根據該課程特點和培養目標，進行課程教學改革研究，激發學生的學習興趣。

關鍵詞：高職;多軸加工課程;PowerMILL軟件;教學改革

中圖分類號：TG659-4;G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0215-02

0? 引言

從航空航天超級工程到醫療器械等精密制造相關領域，都需要使用到先進的多軸加工技術。在目前的多軸加工技術中，主要以五軸加工技術為主流。五軸數控加工技術代表精密制造技術的精要，對先進制造技術、智能制造技術的發展起到重要支撐作用。多軸加工技術的應用是方方面面的，上至航天軍事，下至機械設備、醫療設備等，都有多軸加工技術的身影。而五軸聯動數控機床則主要應用于葉輪、船用螺旋槳、汽輪機轉子、重型發電機轉子等。隨著我國裝備制造產業的結構優化、升級，目前對掌握多軸聯動加工編程與模擬仿真的技術技能人才需求日益迫切，該方面技能人才供不應求。高等職業教育的一項重要職能就是服務于地方經濟，為地方企業培養合格的技術技能型人才。因此《多軸加工》課程的教學研究具有重要的意義。

1? 多軸加工技術及PowerMILL軟件概述

多軸數控機床通常指具備4個或4個以上可控軸（一般來說X、Y、Z3個線性軸，加上1個或多個旋轉軸），并且這些坐標軸可以在CNC系統控制下進行聯動的數控機床。其中分別繞X、Y、Z線性軸旋轉的軸稱為A、B、C旋轉軸。在多軸加工技術中配置五軸聯動的高檔數控系統，還能夠對復雜的空間曲面進行高精度加工。PowerMILL軟件是一款功能強大、加工策略豐富的CAM軟件。可快速生成合理的刀具路徑，并對其進行優化，同時具有集成一的加工實體仿真，方便在加工前了解整個加工過程及加工結果，節省加工時間。目前，我國對PowerMILL軟件的使用尤其廣泛。

2? 課程設計與實施

2.1 課程設計思路

通過對數控機床操作工、數控編程員及數控加工工藝員等就業崗位分析，以及“工學結合、校企共育、項目主導”的人才培養模式，按照“學中做、做中學”教學思路。確定本課程設計思路：以常州天安渦輪動力機械有限公司、北京精雕集團等校外實習基地為依托，以每年的全國五軸數控技能競賽的項目為載體，進行課程內容的設置和項目的開發。選取企業的真實產品作為教學案例，課程安排在數字化設計與制造基地、先進機械制造技術基地，采用“邊學邊做、學做合一”的教學方式，根據學生的認知程度由淺入深，由簡單到復雜。

2.2 教學目標的確定

教學目標主要是明確學生在課堂中需要掌握的技能，并能夠解決實際問題。而多軸加工課程的目標則是能根據多軸產品的特點，完成各類高端復雜數控產品的編程加工;根據多軸的加工工藝知識，在PowerMill軟件中加工刀具與切削用量，設計出高效的加工路徑;根據不同的零件進行編制合理的加工程序，能在仿真數控機床上完成零件加工;能夠掌控實際加工現場，解決出現的基本問題。知識目標：了解多軸加工數控機床結構及其工藝基礎理論;熟悉PowerMILL的三軸曲面刀具路徑建立，并合理設置刀具路徑各項參數;熟悉PowerMILL的四軸、五軸的零件加工刀具路徑建立，并合理設置刀具路徑各項參數。素質目標：培養學生有較強的生產安全防護意識，吃苦耐勞精神，服從生產管理;有愛護數控機床的職業道德品質，愛崗敬業;學會溝通及團隊合作意識。

2.3 教學項目的確定

本課程選取了9個教學項目，都是以企業典型的多軸加工產品為任務載體，按照實際工作過程設計教學，如表1所示。每個項目包括工藝分析、數控編程、加工仿真、實際加工和質量檢測一系列完整的工作流程。由淺入深，循序漸進的學習掌握多軸加工和數控仿真技術。通過學習，學生在技術上可以達到企業生產的基本要求，同時課程采用靈活的行動導向的教學方法。

每個項目學習結束后，學生都需完成相應的項目報告（電子版），為日后畢業設計的撰寫奠定了有利的基礎。

2.4 課程實施條件

目前，國內高職院校都面臨著多軸加工機床價格昂貴、學校配置數量少的問題。但又要讓每個學生都能掌握該課程的知識及技能，應有效的將使用PowerMILL軟件進行數控程序的編制、刀具路徑的編輯、優化及模擬加工與實際操作教學相結合，解決機床設備數量有限和安全等問題，提高教學效率和效果。

我校現有的多軸加工教學資源：法國優龍五軸聯動加工中心機床，西門子840D控制系統;科教城先進機械制造技術基地的兩臺五軸加工機床、兩臺車銑復合機床;科教城數字化設計與制造基地配套50臺裝有CAD、CAM軟件（UG、PowerMILL）的計算機以及虛擬仿真機房。

3? 實踐教學過程及考核評價方式的改革

3.1 實踐教學過程的改革

相較于原有的數控機床而言，先進的數控機床操作難度更大，不當的使用方式也更容易發生事故。因此，在實訓過程中，需要將虛擬設備與現實設備相結合，讓學生在仿真環境中對機械產品的零件進行技術培訓。除此之外，在操作過程中還需要提供實時的程序檢測功能。并在實驗結束后，記錄操作過程生成視頻，以供教師對學生的表現進行評價。

在實踐教學過程中，學生和老師進入真實操作間進行實訓。而虛擬技術的應用不僅能夠大幅度提高學生在實訓過程中的安全性，同時還能夠有效解決設備數量短缺的問題，滿足每一個學生的訓練需求。以一個班級（40名學生）為例，將對班級學生根據實訓基地現有設備進行分組教學，具體分組情況見表2。

通過表2可知，在實踐過程中，設備的實訓人數和傳統加工實訓人數基本持平。這樣做的好處在于能夠充分保證學生實訓的質量和安全，同時教師還能夠及時指導學生，避免事故發生。

3.2 考核評價方式的改革

形成性評價和終結性評價是多軸加工課程的主要評價方式。該評價方式不僅能夠較為全面的考察學生的知識水平，同時對學生的實訓能力和對突發情況的應對能力都能有一定的涉獵。形成了多層次，多元化的考核標準和考核體系。

在表3的課程考核評價中，主要包括了態度評價，技能型評價、知識性評價和創新性評價等四個方面。其中技能型評價包括對型芯、型腔、“3+2”軸零、大力神杯、整體葉輪等零件的數控自動編程、優化、后處理以及模擬仿真加工等技能完成情況的評價。創新性評價則包括與該課程相關的論文，競賽、專利等學習方面的評價。

4? 多軸加工課程改革今后的方向

4.1 師資隊伍建設

加強教學團隊的建設，增加“雙師素質”教師的比例，引進企業兼職教師。組織團隊成員參加先進制造技術方面的各種培訓，從而達到提高教學效果和教學質量的目的。

4.2 實踐教學基地建設

將每臺多軸加工設備接入實訓基地的局域網中，再通過局域網的終端接入互聯網中。并購置些便攜式攝像機等器材，同時根據先進制造行業的需求，對CAM軟件進行實時更新。在多軸加工課程實施過程中，教師可以通過遠程控制或攝像等方式，將教學內容共享至課堂，從而實現教師，學生和實訓現場的三位一體的互動模式，完成教學教學。

除此之外，還可以將實訓基地中的多軸加工設備對其課外開放，在教師的現場指導下對多軸加工技術更深層次的學習、訓練。輔助教師共同為企業解決技術及工藝上的難題。指導團隊成員參加每年的全國五軸數控加工技能競賽以及各類創新創業大賽。

4.3 信息化建設

在多軸加工課程教學中加強信息化建設，不僅能夠充分提高教學質量，滿足學生的學習生活需要，同時還能夠充分發揮學校的資源效能。在教學中，信息化的建設體現在教學的方方面面。建立數字化資源庫是構筑網絡學習交流平臺，實現網上教學的主要途徑。

5? 結束語

本文主要闡釋了在多軸加工課程教學中的教學思路和教學方式，著力于培養學生的實訓能力和職業素養。因此，只有深化多軸加工課程改革，提高學生先進制造技術的專業技能，才能夠為企業培養出合格的技術技能型人才。

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