职业院校数控多轴加工教学探究

孙晶海

1.上海工程技术大学高等职业技术学院 上海 200437

2.上海市高级技工学校 上海 200437

一、前言

数控专业在当下各机械类职业院校中发展迅猛,但是在相关技能实训课程的设置上还是以人社部的“国家职业资格鉴定”为主,数控铣削的加工仍是围绕三轴机床的教学。根据教育、人社与工信三部委联合发布的《制造业人才发展规划指南》中预测,到2020年止我国高端数控机床领域人才缺口将达到300万,到2025年,缺口将进一步扩大到450万。为满足现代制造业加工的需求、多轴机床等快速发展的技术环境下,职业院校学生进行加工制造类学习的方法也需要相应进行发展变化和提高,将先进的技术和概念引入进来。职业院校学生与普通院校学生有所区别,我们学生更注重实际操作的方法掌握,由此,有针对性的教学方法和手段是教学所关注的焦点问题。在各种加工技术如此发达的今天,需要引入更加有效的教学方法和手段。目前国内多数职业院校已经引入了多轴数控机床,但是多轴加工课程的开发以及如何授课,是很多学校面临的急需解决的问题之一。

二、多轴加工技术在数控专业中的应用

现代机械加工制造经常使用的技术就是数控加工技术,它使得机加工制造发生了明显的变化。数控加工技术与传统加工技术相比,无论是在加工过程,加工工艺,还是工装夹具与加工设备等均有明显不同。我们所常用的数控机床一般有三个直线坐标轴分别为X、Y、Z,多轴数控机床是指在机床上至少装备了某一直线轴的旋转轴既是第四轴。所以通常指代的多轴数控加工是指拥有四根以上坐标轴进行的数控加工,其中最具有代表性的是五轴数控加工。

数控多轴加工在数控专业领域得到了越来越为广泛的应用,原本的立式加工中心所存在的局限性显得越来越明显。多轴加工可以实现一次装夹对机械零部件的精密和复杂加工,采用高速多轴联动机床使用高效能刀具加工出高质量的切削表面就变得更加容易,而过去较为落后的传统加工工艺手段就很难实现如此加工效果。采用高速多轴联动机床加工机械零件和模具可以很快的完成其加工,可以更好的保证机械零件和模具的加工质量,使产品加工变得更加容易,并且使精度控制也变得容易。传统的机械零件加工中,一般使用立式加工中心来完成零件的铣削加工,某些形状复杂的产品在加工中极易发生加工干涉,需要定制机床夹具等多次定位装夹,加工效率较低。多轴加工技术克服了上述的不足之处,使得加工精度提升显著、减少了不必要的设备和工装、缩短加工链等。

三、将多轴加工技术课程引入数控教学

1.多轴加工典型案例的引入。引入经典加工案例,是数控理论教学与专业实践课衔接最直接的途径。第一,可以强化学习动机。按照建构主义理论,学生学习动机的强弱,会直接影响学习的主观能动性。引进专业应用案例,可以强化学生学习的主观能动性,激发学生的内有动力与潜能,有利于多轴加工知识经验的建构。第二,理解其加工的本质。数控加工的概念来源于实践,应用于实践。结合实践应用的知识可以“活”起来,而不是高度抽象的、枯燥无趣的纯理论。例如“刀轴”这个概念,利用“坐标偏移”和“坐标旋转”的问题引入,归纳总结出刀轴的概念。第三,培养应用能力。学生的实操能力,通常是指应用机械加工知识和加工方法来完成实际产品制造加工的能力。在应用型人才的培养过程中,从多轴加工这一课程考虑,加强学生对典型案例的理解无疑是对该课程概念最好的引导。

2.教学案例举例。多轴加工技术有别于三轴加工的最大区别在于编程方面,以“叶轮”作为多轴加工的经典模型用来作为教学案例分析。多轴数控编程抽象、操作困难,这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴,而多轴数控机床结构形式多样。数控编程除了直线运动之外,还需要得到各坐标点上矢量方向的数据等,处理的信息量很大,数控编程极其抽象。叶轮类零件数模适用于四轴以及五轴机床的多轴加工技术,其典型的“流道”和“叶片”复杂曲面用传统三轴的机床无法进行加工,对教师而言,使用其数模来举例讲解可以让学生更好的理解刀轴、角度、旋转坐标等概念。

3.计算机辅助设计与制造技术强化。数控技术发展至今,从二轴半加工到多轴联动加工,计算机辅助设计与制造技术(CAD/CAM)的发展也功不可没。多轴加工中,不仅要得到各基点的值,还需要计算刀轴在矢量方向上的位置,在操作多轴机床的同时也对操作者的计算机辅助制造能力提出了很大的挑战。现使用的UG、Mastercam、Hyper Mill等软件都具有强大的编程功能,对于学生的教学需要花费大量的时间和精力去掌握。强化计算机辅助设计与制造软件的学习和应用,是对全面掌握数控多轴加工的强力支撑,因此CAD/CAM技术课程的开发和探索也尤为总要。

四、结束语

现代制造业正朝着自动、智能、信息和多功能等方向发展。虽然我国数控专业经过多年发展已经得到了巨大的提升,但多轴数控加工技术研究起步较晚,在机械加工应用领域还存在着很大的发展空间,而职业院校的多轴加工技术课程也没有跟上企业实际的加工和用人需求。为此,只有自主的开发有针对性的课程,坚持技能水平和职业素养的培养,才能提高职业院校机械类学生的专业能力。