基于工學(xué)結(jié)合一體化課程構(gòu)建《多軸數(shù)控加工》的教學(xué)設(shè)計(jì)

吳華才

(廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西 柳州 545005)

1學(xué)習(xí)任務(wù)開發(fā)

多軸數(shù)控加工是數(shù)控加工專業(yè)的一門核心技能課程。采用一體課程六步法開展項(xiàng)目化教學(xué)。課程框架圖見圖1。

圖1課程框架圖

1.1選題價(jià)值

公道杯五軸編程與加工是《多軸數(shù)控編程與加工》課程的第四個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，公道杯零件是一種具有彎曲弧度、形狀存在負(fù)角面結(jié)構(gòu)及表面精度要求高的零件，要求加工過程中刀軸矢量能跟隨曲面作變化以避免干涉，是多軸數(shù)控加工專業(yè)學(xué)生要完成的一個(gè)重要學(xué)習(xí)任務(wù)。通過任務(wù)學(xué)習(xí)，學(xué)生具備Powermill五軸聯(lián)動(dòng)加工編程的能力，能操作五軸數(shù)控機(jī)床完成零件的加工。

1.2本次微任務(wù)價(jià)值

本次微任務(wù)選自學(xué)習(xí)活動(dòng)1“公道杯工藝設(shè)計(jì)與編程”，主要培養(yǎng)學(xué)生Powermill五軸聯(lián)動(dòng)加工編程的能力，要求會(huì)選擇公道杯零件精加工策略并設(shè)置參數(shù)，能輸出加工程序，具備程序校驗(yàn)的能力,能解決加工干涉的問題。

1.3工作任務(wù)描述

通過工作描述使學(xué)生更貼合工作實(shí)際。某公司需制作一批鋁制公道杯(工藝品)零件，現(xiàn)委托本校產(chǎn)教中心進(jìn)行生產(chǎn)。本校產(chǎn)教中心接到任務(wù)后，將公道杯的加工任務(wù)交給多軸數(shù)控專業(yè)(預(yù)備技師)的學(xué)生進(jìn)行加工，共20件要求3d內(nèi)完成。毛坯為鋁合金2A12，需提交成品及檢驗(yàn)報(bào)告。

1.4本次微任務(wù)分析

已經(jīng)完成公道杯零件的工藝分析，并完成粗加工編程與校驗(yàn)。通過工藝分析，發(fā)現(xiàn)公道杯存在負(fù)角面結(jié)構(gòu)，使用三軸數(shù)控機(jī)床或其它加工方法，生產(chǎn)效率低且加工精度不能滿足要求，故使用五軸聯(lián)動(dòng)的加工方法來完成精加工。

前課已經(jīng)確定公道杯的精加工策略——曲線投影精加工策略，本次微任務(wù)是以公道杯精加工編程與校驗(yàn)(參數(shù)設(shè)置與校驗(yàn))為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。精加工的參數(shù)設(shè)置關(guān)系到加工程序的正確性，如果精加工參數(shù)設(shè)置不合理，將導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)欠切、過切、碰撞等問題，對(duì)加工的完成起到?jīng)Q定性的影響。

考慮到五軸數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，在機(jī)床上校驗(yàn)程序經(jīng)濟(jì)性較差，如果使用仿真軟件校驗(yàn)程序又缺少真實(shí)感，故引入五軸模擬機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的校驗(yàn)，提高學(xué)生的解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，又增長(zhǎng)學(xué)生操作機(jī)床的能力。

1.5學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)：

(1)參考線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與繪制方法。

(2)刀軸與刀軸界線的定義與設(shè)置方法。

(3)PowerMill中曲線投影精加工策略的快進(jìn)高度，切入切出和連接，進(jìn)給和轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)。

學(xué)習(xí)技能點(diǎn)：

(1)會(huì)使用PowerMill軟件，繪制參考線與設(shè)置曲線投影精加工策略的參數(shù)，并輸出加工程序。

(2)會(huì)操作五軸模擬機(jī)校驗(yàn)程序的正確性，驗(yàn)證參數(shù)設(shè)置的合理性，具有分析與解決加工干涉等問題的能力，并能優(yōu)化程序。

1.6教學(xué)策略選擇與分析

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求和學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，運(yùn)用工學(xué)結(jié)合的一體化教學(xué)模式，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)策略。通過情景導(dǎo)入模擬企業(yè)生產(chǎn)車間環(huán)境，角色扮演讓學(xué)生體會(huì)職業(yè)特點(diǎn)。采用頭腦風(fēng)暴法，小組討論、合作學(xué)習(xí)的方式，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性。

開展線上/線下混合式學(xué)習(xí)，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、微課視頻、學(xué)校在線測(cè)試系統(tǒng)、學(xué)校(多軸數(shù)控專業(yè))學(xué)習(xí)資源庫資源等多種形式學(xué)習(xí)曲線投影精加工策略的參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)、參數(shù)線的繪制、刀軸與刀軸界線的參數(shù)設(shè)置，有利于化解教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)。首先，通過學(xué)習(xí)工作頁的引導(dǎo)，并通過教師時(shí)時(shí)跟蹤、指導(dǎo)，完成程序的輸出。其次，操作五軸模擬機(jī)的校驗(yàn)程序，培養(yǎng)學(xué)生分析與解決加工干涉等問題的能力，從而優(yōu)化程序。再次，通過拓展練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)知識(shí)遷移能力，達(dá)到全面培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目標(biāo)。

2教學(xué)實(shí)施過程

2.1課前學(xué)習(xí)

采用輪崗制進(jìn)行小組分工，增強(qiáng)學(xué)生崗位意識(shí)。

2.2課中學(xué)習(xí)

組織學(xué)生在學(xué)習(xí)通上簽到，檢查著裝。聽取安全員對(duì)于6S檢查情況的匯報(bào)并點(diǎn)評(píng)。按企業(yè)工作流程進(jìn)行教學(xué)組織，模擬生產(chǎn)線班前會(huì)，讓學(xué)生了解崗位要求。通過課前檢測(cè)環(huán)節(jié)，檢驗(yàn)學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況。讓學(xué)生回顧前課學(xué)習(xí)內(nèi)容，檢查前課學(xué)習(xí)效果，并做好本次任務(wù)的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備。

教師描述工作情境，通過軟件分發(fā)工作頁，下達(dá)學(xué)習(xí)任務(wù)。引導(dǎo)學(xué)生閱讀工作頁，明確本次課學(xué)習(xí)任務(wù)和教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)。通過引入企業(yè)真實(shí)產(chǎn)品，幫助學(xué)生梳理工作過程 ，強(qiáng)化工作意識(shí)，做中學(xué)、學(xué)中做。

指導(dǎo)學(xué)生使用PowerMill軟件。2.進(jìn)行演示，繪制參考線。教師巡回指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行參考線的繪制，并點(diǎn)評(píng)、選擇最佳參考線繪制方案。指導(dǎo)學(xué)生完成刀軸與刀軸界線設(shè)置，對(duì)其中的共性問題集中講解。引導(dǎo)學(xué)生回憶前課學(xué)習(xí)任務(wù)中相同參數(shù)設(shè)置方法并講解異同點(diǎn)。點(diǎn)評(píng)各小組參數(shù)設(shè)置的刀具路徑。通過小組協(xié)作學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的合作學(xué)習(xí)的能力。教師巡回指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生問題，指明方向，提高學(xué)習(xí)效率，達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，攻克學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)。通過類比學(xué)習(xí)，提高學(xué)生舉一反三的能力。

安全員強(qiáng)調(diào)安全操作規(guī)范。利用仿真軟件完成公道杯零件的加工準(zhǔn)備。操作五軸模擬機(jī)完成模擬校驗(yàn)程序。安全員記錄模擬加工過程中出現(xiàn)的問題。小組匯報(bào)模擬加工出現(xiàn)的問題。

討論找出模擬加工出現(xiàn)如欠切、過切碰撞等問題的原因。設(shè)置碰撞避讓參數(shù)，修改參數(shù)設(shè)置，通過后置處理輸出程序。操作五軸模擬機(jī)，檢驗(yàn)新程序。利用五軸模擬機(jī)高效、準(zhǔn)確校驗(yàn)程序正確性，驗(yàn)證參數(shù)的設(shè)置合格性，提高學(xué)生操作機(jī)床的能力。通過前一環(huán)節(jié)的“試錯(cuò)”，學(xué)生更易發(fā)現(xiàn)自己的問題所在， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析與知識(shí)點(diǎn)的講解，學(xué)生容易接收與理解。

教師組織、引導(dǎo)學(xué)生匯報(bào)。記錄學(xué)生匯報(bào)情況。點(diǎn)評(píng)各組匯報(bào)的優(yōu)點(diǎn)與不足。制作本次學(xué)習(xí)任務(wù)的課堂測(cè)試題。完成學(xué)生評(píng)價(jià)測(cè)評(píng)。檢查工作頁完成情況。通過學(xué)生代表匯報(bào)，培養(yǎng)了學(xué)生表達(dá)、歸納和總結(jié)能力。通過在線測(cè)試及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，自評(píng)與互評(píng)環(huán)節(jié)更公正、公開。

2.3課后拓展

教師通過資源庫上傳拓展練習(xí)(水杯的加工)。線上與學(xué)生互動(dòng)交流，答疑解惑。通過拓展練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生掌握相似工件編程方法，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移能力，達(dá)到課后目標(biāo)。

3教學(xué)成效

通過師生共同努力，順利完成本次課的教學(xué)任務(wù)。學(xué)生學(xué)習(xí)基本達(dá)到課前、課中和課后學(xué)習(xí)目標(biāo)，能設(shè)置公道杯投影精加工策略的參數(shù)，并能輸出加工程序，通過五軸模擬機(jī)校驗(yàn)程序正確性，驗(yàn)證參數(shù)設(shè)置的合理性，從而優(yōu)化程序，具備分析與解決加工干涉等問題的能力。

(1)多種信息化手段運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)線上/線下同步學(xué)習(xí)，借用學(xué)習(xí)通軟件發(fā)布課前、課后學(xué)習(xí)任務(wù)，并與學(xué)生時(shí)時(shí)交流，答疑解惑。學(xué)校(多軸數(shù)控專業(yè))學(xué)習(xí)資源庫提供豐富的學(xué)習(xí)資料，滿足學(xué)生自學(xué)與課后拓展學(xué)習(xí)的需要。

(2)學(xué)習(xí)要點(diǎn)制作成微課，讓學(xué)生能實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)，反復(fù)觀看，利于學(xué)生掌握。

(3)創(chuàng)設(shè)職業(yè)情境，角色扮演讓學(xué)生體會(huì)工作崗位需求。

(4)五軸模擬機(jī)的采用，既解決五軸機(jī)床昂貴，操作要求高的問題，又提高學(xué)生真實(shí)機(jī)床操作能力，提高學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生在“試錯(cuò)”中尋找問題，解決問題，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。

(5)采用自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)的方式，更公平、公正評(píng)價(jià)學(xué)生表現(xiàn)。

4 結(jié)語

本次學(xué)習(xí)任務(wù)是基于企業(yè)真實(shí)訂單要求，通過公道杯的加工使學(xué)生掌握多軸數(shù)控機(jī)床的操作，滿足企業(yè)崗位需求，助力中國(guó)制造2025。教學(xué)效果反饋表明，多數(shù)學(xué)生懂原理，能編程，會(huì)操作。掌握精加工編程與校驗(yàn)方法。職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)方面得到提升。多種信息化手段應(yīng)用于一體化課堂中，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，知識(shí)遷移、應(yīng)用能力，團(tuán)隊(duì)合作能力，總結(jié)提煉能力，專業(yè)素養(yǎng)大幅提升。同時(shí)也要看到部分學(xué)生語言能力有待加強(qiáng)，需多提供機(jī)會(huì)，讓學(xué)生展示自己的風(fēng)采。