基于世賽的數(shù)控銑實訓課程應用研究

摘 要：我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級促使職業(yè)教育面臨更高要求以滿足高技能人才需求。世界技能大賽體現(xiàn)職業(yè)技能先進水平，職業(yè)院校需緊盯其賽事各方面，培養(yǎng)高素質(zhì)人才。文中重點闡述世界技能大賽數(shù)控銑項目，包括其實操考核方式、比賽模塊與設(shè)施等內(nèi)容。通過與該項目對比，指出我國職業(yè)院校在數(shù)控銑教學中存在實訓基礎(chǔ)設(shè)施落后、教學模式與軟件應用滯后等問題，導致學生技能與企業(yè)需求不符。為此，提出應對標世賽標準更新實訓基礎(chǔ)設(shè)施，依據(jù)競賽內(nèi)容修訂實訓課程，注重學生基本技能培養(yǎng)和工件質(zhì)量，從而為制造強國戰(zhàn)略提供人才支持。

關(guān)鍵詞：世界技能大賽 數(shù)控銑 實訓課程

隨著我國由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷加快，各行各業(yè)對高技能人才需求越來越迫切[1]。為了滿足新時代背景下高技能人才的需求，這就對職業(yè)教育有了更高的要求。世界技能大賽代表了職業(yè)技能發(fā)展的世界先進水平，我國要實現(xiàn)從制造大國走向制造強國的戰(zhàn)略目標，職業(yè)高等院校必須要緊盯“世界技能大賽”，與時俱進研究世界技能大賽的賽事項目門類、賽事項目競賽規(guī)程、賽事項目評分標準、賽事項目組織經(jīng)驗等，培養(yǎng)出更多符合國家戰(zhàn)略要求的高素質(zhì)、高技能人才[2]。世界技能大賽競賽項目有當前先進的技術(shù)技能，其比賽項目流程與企業(yè)生產(chǎn)流程大體一致，有很強的實用性和實踐性[3]。專業(yè)課程內(nèi)容可以參考與借鑒世界技能大賽競賽項目，不斷豐富和完善專業(yè)課程內(nèi)容，使課程內(nèi)容更加與實際生產(chǎn)相貼合。

對世界技能大賽的技術(shù)標準、技術(shù)理論、評分標準等內(nèi)容的研究來重新完善課程標準、教學考核標準等專業(yè)課程體系。有必要將世界技能大賽的技術(shù)標準、技術(shù)理論、評分標準等內(nèi)容有機融入專業(yè)課程體系和人才培養(yǎng)方案[4]。對接世界技能大賽的技能標準規(guī)范，促進專業(yè)課程標準修訂，使學生掌握國際通用的行業(yè)規(guī)則、技術(shù)要求、操作規(guī)范，增強學生對外企職業(yè)環(huán)境適應能力的課程標準。通過對世界技能大賽技術(shù)標準的研究，來增強課程標準與行業(yè)需求的貼合度，實現(xiàn)課程內(nèi)容與職業(yè)標準相對接，教學過程與生產(chǎn)過程相對接。

借鑒世界技能大賽評判標準，細化教學考核標準，完善人才培養(yǎng)方案。根據(jù)本校專業(yè)教學的實際情況，充分吸納世界技能大賽評判的先進方式與理念，建立專業(yè)教學考核體系。比如以世界技能大賽數(shù)控銑項目為例，世界技能大賽數(shù)控銑項目是以企業(yè)生產(chǎn)為導向，加工的尺寸精度和位置精度必須符合圖紙要求，并且加工工件的測量是采用三坐標檢測。而職業(yè)院校平時教學中，強調(diào)加工工件輪廓的完整性，對尺寸精度和位置精度要求不嚴。在現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案里，學生能學習到三坐標檢測相關(guān)知識是有限的。因此，吸收和參考世界技能大賽評判標準，來完善人才培養(yǎng)目標，使培養(yǎng)的學生更加貼合企業(yè)的需求。

1 數(shù)控銑項目介紹

世界技能大賽數(shù)控銑項目是在規(guī)定時間內(nèi)按照圖紙要求使用數(shù)控銑床完成零件的切削加工。世界技能大賽數(shù)控銑項目只進行實操考核，不進行理論知識和軟件應用的考核。數(shù)控銑項目要求參賽者必須獨立地、在規(guī)定時間內(nèi)完成CAM編程、數(shù)控程序優(yōu)化、數(shù)控程序的傳輸、刀具的安裝、工件找正、工件測量、工件的加工等工作[5]。數(shù)控銑項目賽場提供的設(shè)施有立式加工中心、三坐標測量機、精密虎鉗、投影式對刀儀、粗糙度檢測儀、工作臺、裝刀座、臺鉗、刀架車、計算機及軟件、計算機桌椅等。數(shù)控銑項目比賽內(nèi)容分成三個模塊進行。模塊一的毛坯材料為鋁合金，毛坯尺寸為100×100×50mm，加工面為兩面，競賽時間為4.25小時。選手可在比賽時間內(nèi)自主安排CAM編程、刀具準備、上機加工等工作內(nèi)容，完成工件的加工。模塊二的毛坯材料為中碳鋼，毛坯尺寸為150×100×50mm，加工面為兩面，競賽時間為6.25小時。其中競賽的過程順序是：先進行CAM編程（2.5小時），再進行刀具準備（0.25小時），最后上機加工（3.5小時）。選手需要按照順序進行，且需要遵循前不可做后、后可以做前的原則。模塊三和模塊二基本相同，不同的地方是加工面為3面，加工時間為7.25小時。工件的檢測分為主觀評判和客觀評判。客觀評判是由三坐標測量機、粗糙度檢測儀完成客觀評分要素的檢測。主觀評判是客觀評測不能檢測的部分由5位專家進行打分，去掉最高最低分取平均值。

2 基于世賽標準完善實訓項目

2.1 將世賽職業(yè)素養(yǎng)的標準應用到課程標準

在世界技能大賽的現(xiàn)場，對于選手的防護用品情況以及操作機床過程的規(guī)范，有著堪稱極其嚴苛的要求。無論是防護用品的配備是否齊全、穿戴是否正確得當，還是在操作機床過程中每一個細微的動作步驟是否符合精準的規(guī)范標準，都處于嚴格的監(jiān)督與把控之下。任何一點疏忽或偏差都可能影響選手的比賽成績，甚至關(guān)乎整個比賽的公正性和安全性。這種嚴格要求旨在確保選手在安全的前提下，以最高的專業(yè)水準展現(xiàn)技能，同時也體現(xiàn)了世界技能大賽對專業(yè)品質(zhì)和規(guī)范操作的極致追求。在比賽正式開始之前，安全員會以極為嚴格的標準細致檢查選手防護用品的穿戴狀況，其中涵蓋工作服是否整齊合身、勞保鞋是否完好無損且符合安全標準、護目鏡是否佩戴正確且清晰無破損等方面。在比賽進行過程中，裁判會關(guān)注選手在操作機床時的每一個細節(jié)，著重查看其是否嚴格遵守安全操作規(guī)程，例如明確規(guī)定操作機床時不允許戴手套以及必須正確佩戴護目鏡等要求是否落實到位；同時，還會留意刀具、毛坯以及工量具是否按照“6S”管理規(guī)定精準擺放到指定位置，確保操作現(xiàn)場的規(guī)范與有序。而當比賽結(jié)束之后，選手清理工作臺的情況也會被納入考量范疇，以此來實現(xiàn)對選手從比賽前準備到比賽過程操作再到比賽后整理的全過程職業(yè)素養(yǎng)評價，全面、客觀地衡量選手在各個環(huán)節(jié)的綜合表現(xiàn)。

在實訓教學的實際開展過程中，完全可以將世界技能大賽對于選手的職業(yè)素養(yǎng)要求標準，合理地推廣應用至日常的實訓教學活動之中。具體而言，教師可擔當起安全員的角色，在每堂實訓課上課之前，對學生進行全面細致的防護用品穿戴情況檢查，諸如工作服的穿著是否符合規(guī)范、勞保鞋的穿著是否正確且無破損、護目鏡的佩戴是否到位等方面都要逐一核查。

在教學推進的過程中，教師要不斷進行巡查，密切關(guān)注學生操作機床的規(guī)范性。與此同時，還可以充分發(fā)揮學生之間互相監(jiān)督的積極作用，讓暫時不操作機床的同學對正在進行操作的同學進行實時監(jiān)督和客觀打分。通過這樣的方式，促使學生逐步養(yǎng)成安全操作的規(guī)范習慣以及良好的職業(yè)素養(yǎng)，讓學生在日常實訓中不斷強化自身的職業(yè)意識和行為規(guī)范，為今后的職業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.2 對標世賽標準完善實訓教學設(shè)備

通過對世界技能大賽的數(shù)控銑項目的解析可知，數(shù)控銑項目比賽由易到難，毛坯的材料是加工中最常見的鋁合金和中碳鋼。模塊二和模塊三的競賽流程完全是按照企業(yè)工作崗位要求來進行比賽的，更注重選手的基本技能和工件的加工質(zhì)量。

通過對標世界技能大賽的數(shù)控銑項目比賽的設(shè)施，發(fā)現(xiàn)本校的實訓基礎(chǔ)設(shè)施相對落后，得不到及時更新，使得教學內(nèi)容和水平達不到當前企業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求。例如在數(shù)控實訓教學過程中，Z向?qū)Φ洞蠖嗖捎迷嚽蟹ɑ蚴褂脤Φ秹K，這種方法對刀精度低且容易出錯。而投影式對刀儀可以準確地測量出刀具的長度，精度高且不容易出錯；實訓教學中，對于學生加工完成的工件大多是采用目測或用手觸摸來檢測表面粗糙度，很少使用粗糙度檢測儀進行測量；工件尺寸公差大多采用游標卡尺或者數(shù)顯千分尺檢測，而工件的形位公差沒有被檢測；三坐標測量機不僅可以檢測工件的尺寸公差而且還能檢測工件的形位公差。這說明由于實訓基礎(chǔ)設(shè)施不完善，導致專業(yè)教學的質(zhì)量下降，學生的基本技能達不到行業(yè)和企業(yè)的要求。因此要及時對標世界技能大賽的數(shù)控銑項目的技術(shù)文件，完善和更新實訓基礎(chǔ)設(shè)施，例如增加三坐標測量機、粗糙度儀和高度儀等設(shè)備，以滿足學生技能訓練的要求。除了對設(shè)備進行更新之外，將現(xiàn)代新型刀具引入課程也是勢在必行之舉。就拿打孔這一操作來說，在傳統(tǒng)的加工過程中，若使用麻花鉆進行打孔，事先必須打中心孔，以此來保障孔的位置精度，可這種方式不僅煩瑣，而且麻花鉆打孔的加工效率極為低下。然而，如今有了新的選擇 ——U 鉆。使用 U 鉆進行打孔時，無需再打中心孔，其加工效率更是麻花鉆的數(shù)倍之多，大大提高了打孔作業(yè)的效率。在傳統(tǒng)教學涉及的工件找正環(huán)節(jié)，通常采用的是試切法或者分中棒的方法。但實踐表明，這兩種找正方式存在明顯的缺陷，它們不僅效率低下，而且找正的精度也差強人意。不過，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以運用光電尋邊器和測頭來對工件進行找正。這一新型找正方式的出現(xiàn)，顯著提高了找正的效率和精度，為工件加工的精準度提供了有力保障。

2.3 依據(jù)世賽數(shù)控銑項目競賽內(nèi)容修訂實訓課程內(nèi)容

通過對數(shù)控銑項目比賽的研究發(fā)現(xiàn)，比賽更加考察選手的工藝安排能力和工件的精度質(zhì)量。大部分實訓教學中更多的是要求工件形狀的完成度，而不是工件的尺寸和位置精度。實訓的教學模式是使用虎鉗裝夾一塊較高的方形鋁料，第一個學生按照圖紙加工完成后，老師檢查形狀有無過切再測量幾個關(guān)鍵尺寸，然后第二個同學把上一個同學加工的零件銑成平面再接著加工。這種教學模式下，學生不需要多次裝夾工件，學不到工件二次找正和工藝安排等基本技能，更沒有工件質(zhì)量的概念。再者數(shù)控銑項目比賽指定采用Mastercam軟件進行數(shù)控編程，而目前的專業(yè)教學中采用國產(chǎn)軟件相對落后。Mastercam軟件的優(yōu)勢之一在于動態(tài)銑削功能，可以充分利用刀具切削刃長度，實現(xiàn)刀具高速切削，大大提高粗加工效率。傳統(tǒng)的粗加工策略是先采用大直徑的機夾刀具，再換小直徑的銑刀進行二次開粗。使用動態(tài)銑削功能，就可以直接用小直徑的銑刀開粗，減少二次開粗，提高加工效率。由此可看出，CAM軟件的先進技術(shù)，會直接影響加工的工藝安排。

實訓教學項目內(nèi)容可以根據(jù)世界技能大賽數(shù)控銑項目競賽題拆分出單面加工零件、兩面加工零件、三面加工零件和多面加工零件，加工零件由簡單到困難遞進，對應的技能要求是二次找正、工藝安排、裝夾方式的選擇和專用夾具的設(shè)計[6]。加工大尺寸鋁零件時，為了保障加工精度，粗加工結(jié)束后需要進行時效處理或者敲擊法，目的是讓工件充分釋放內(nèi)應力以及內(nèi)應力產(chǎn)生的變形，等內(nèi)應力釋放和工件變形結(jié)束后，再進行精加工保障尺寸精度。加工不規(guī)則工件時，虎鉗或者三爪卡盤不能滿足裝夾時，需要設(shè)計專用夾具。世賽數(shù)控銑項目中經(jīng)常會用到軟鉗口來裝夾不規(guī)則工件，這就要求選手具備軟鉗口設(shè)計和加工的能力。軟鉗口設(shè)計過程中除了需要注意避免發(fā)生干涉外，還需要注意定位和受力點均勻避免發(fā)生變形。軟鉗口加工過程中，不能進行空載荷加工，需要夾持與工件尺寸相近的墊鐵，為了避免鉗口產(chǎn)生喇叭口似的變形，墊鐵盡可能地靠近鉗口頂部。以上工藝的時效處理和軟鉗口的使用在日常教學中很少涉及，因此只有在實訓教學項目內(nèi)容上要不斷地更新，跟上科學技術(shù)的發(fā)展，和更加注重學生的基本技能和工件的質(zhì)量，才能使培養(yǎng)的學生更加貼合企業(yè)的需求。

3 結(jié)論

通過對世界技能大賽數(shù)控銑項目競賽深入研究可知，該項目的比賽設(shè)置從實操考核內(nèi)容、模塊設(shè)計到設(shè)施要求等都緊密貼合企業(yè)生產(chǎn)實際和先進技術(shù)標準。我國職業(yè)院校在數(shù)控銑相關(guān)教學中存在諸多與世界技能大賽標準不符之處，如實訓基礎(chǔ)設(shè)施落后導致教學質(zhì)量下降，學生基本技能難以滿足企業(yè)要求；教學模式和軟件應用方面也相對滯后，影響學生工藝安排能力和工件精度質(zhì)量的培養(yǎng)。一方面，要及時對標世界技能大賽的技術(shù)文件，更新和完善實訓基礎(chǔ)設(shè)施，如增添先進的測量設(shè)備等，以提升教學水平，滿足學生技能訓練需求。另一方面，依據(jù)世界技能大賽競賽內(nèi)容修訂實訓課程內(nèi)容，將競賽題進行合理拆分轉(zhuǎn)化為教學項目，注重培養(yǎng)學生的二次找正、工藝安排等基本技能，關(guān)注工件質(zhì)量，不斷更新教學內(nèi)容以跟上科技發(fā)展步伐。通過這些舉措，使職業(yè)教育培養(yǎng)的學生更加符合國家戰(zhàn)略要求，更能適應企業(yè)的實際需求，為我國從制造大國走向制造強國提供堅實的高技能人才支撐。

基金項目：天津市高等職業(yè)技術(shù)教育研究會，2023-2024年度課題，高職教育“崗、課、證、賽”一體化模式與融合機制研究——以數(shù)控技術(shù)專業(yè)為例，編號：2024-H-060。

參考文獻：

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[5]魯宏勛—世界技能大賽（數(shù)控銑項目）技術(shù)解讀[Z].

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