職業院校數控多軸加工教學探究

孫晶海

1.上海工程技術大學高等職業技術學院 上海 200437

2.上海市高級技工學校 上海 200437

一、前言

數控專業在當下各機械類職業院校中發展迅猛,但是在相關技能實訓課程的設置上還是以人社部的“國家職業資格鑒定”為主,數控銑削的加工仍是圍繞三軸機床的教學。根據教育、人社與工信三部委聯合發布的《制造業人才發展規劃指南》中預測,到2020年止我國高端數控機床領域人才缺口將達到300萬,到2025年,缺口將進一步擴大到450萬。為滿足現代制造業加工的需求、多軸機床等快速發展的技術環境下,職業院校學生進行加工制造類學習的方法也需要相應進行發展變化和提高,將先進的技術和概念引入進來。職業院校學生與普通院校學生有所區別,我們學生更注重實際操作的方法掌握,由此,有針對性的教學方法和手段是教學所關注的焦點問題。在各種加工技術如此發達的今天,需要引入更加有效的教學方法和手段。目前國內多數職業院校已經引入了多軸數控機床,但是多軸加工課程的開發以及如何授課,是很多學校面臨的急需解決的問題之一。

二、多軸加工技術在數控專業中的應用

現代機械加工制造經常使用的技術就是數控加工技術,它使得機加工制造發生了明顯的變化。數控加工技術與傳統加工技術相比,無論是在加工過程,加工工藝,還是工裝夾具與加工設備等均有明顯不同。我們所常用的數控機床一般有三個直線坐標軸分別為X、Y、Z,多軸數控機床是指在機床上至少裝備了某一直線軸的旋轉軸既是第四軸。所以通常指代的多軸數控加工是指擁有四根以上坐標軸進行的數控加工,其中最具有代表性的是五軸數控加工。

數控多軸加工在數控專業領域得到了越來越為廣泛的應用,原本的立式加工中心所存在的局限性顯得越來越明顯。多軸加工可以實現一次裝夾對機械零部件的精密和復雜加工,采用高速多軸聯動機床使用高效能刀具加工出高質量的切削表面就變得更加容易,而過去較為落后的傳統加工工藝手段就很難實現如此加工效果。采用高速多軸聯動機床加工機械零件和模具可以很快的完成其加工,可以更好的保證機械零件和模具的加工質量,使產品加工變得更加容易,并且使精度控制也變得容易。傳統的機械零件加工中,一般使用立式加工中心來完成零件的銑削加工,某些形狀復雜的產品在加工中極易發生加工干涉,需要定制機床夾具等多次定位裝夾,加工效率較低。多軸加工技術克服了上述的不足之處,使得加工精度提升顯著、減少了不必要的設備和工裝、縮短加工鏈等。

三、將多軸加工技術課程引入數控教學

1.多軸加工典型案例的引入。引入經典加工案例,是數控理論教學與專業實踐課銜接最直接的途徑。第一,可以強化學習動機。按照建構主義理論,學生學習動機的強弱,會直接影響學習的主觀能動性。引進專業應用案例,可以強化學生學習的主觀能動性,激發學生的內有動力與潛能,有利于多軸加工知識經驗的建構。第二,理解其加工的本質。數控加工的概念來源于實踐,應用于實踐。結合實踐應用的知識可以“活”起來,而不是高度抽象的、枯燥無趣的純理論。例如“刀軸”這個概念,利用“坐標偏移”和“坐標旋轉”的問題引入,歸納總結出刀軸的概念。第三,培養應用能力。學生的實操能力,通常是指應用機械加工知識和加工方法來完成實際產品制造加工的能力。在應用型人才的培養過程中,從多軸加工這一課程考慮,加強學生對典型案例的理解無疑是對該課程概念最好的引導。

2.教學案例舉例。多軸加工技術有別于三軸加工的最大區別在于編程方面,以“葉輪”作為多軸加工的經典模型用來作為教學案例分析。多軸數控編程抽象、操作困難,這是每一個傳統數控編程人員都深感頭疼的問題。三軸機床只有直線坐標軸,而多軸數控機床結構形式多樣。數控編程除了直線運動之外,還需要得到各坐標點上矢量方向的數據等,處理的信息量很大,數控編程極其抽象。葉輪類零件數模適用于四軸以及五軸機床的多軸加工技術,其典型的“流道”和“葉片”復雜曲面用傳統三軸的機床無法進行加工,對教師而言,使用其數模來舉例講解可以讓學生更好的理解刀軸、角度、旋轉坐標等概念。

3.計算機輔助設計與制造技術強化。數控技術發展至今,從二軸半加工到多軸聯動加工,計算機輔助設計與制造技術(CAD/CAM)的發展也功不可沒。多軸加工中,不僅要得到各基點的值,還需要計算刀軸在矢量方向上的位置,在操作多軸機床的同時也對操作者的計算機輔助制造能力提出了很大的挑戰。現使用的UG、Mastercam、Hyper Mill等軟件都具有強大的編程功能,對于學生的教學需要花費大量的時間和精力去掌握。強化計算機輔助設計與制造軟件的學習和應用,是對全面掌握數控多軸加工的強力支撐,因此CAD/CAM技術課程的開發和探索也尤為總要。

四、結束語

現代制造業正朝著自動、智能、信息和多功能等方向發展。雖然我國數控專業經過多年發展已經得到了巨大的提升,但多軸數控加工技術研究起步較晚,在機械加工應用領域還存在著很大的發展空間,而職業院校的多軸加工技術課程也沒有跟上企業實際的加工和用人需求。為此,只有自主的開發有針對性的課程,堅持技能水平和職業素養的培養,才能提高職業院校機械類學生的專業能力。