基于工學結合一體化課程構建《多軸數控加工》的教學設計

吳華才

(廣西機電技師學院，廣西 柳州 545005)

1學習任務開發

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

圖1課程框架圖

1.1選題價值

公道杯五軸編程與加工是《多軸數控編程與加工》課程的第四個學習任務，公道杯零件是一種具有彎曲弧度、形狀存在負角面結構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，是多軸數控加工專業學生要完成的一個重要學習任務。通過任務學習，學生具備Powermill五軸聯動加工編程的能力，能操作五軸數控機床完成零件的加工。

1.2本次微任務價值

本次微任務選自學習活動1“公道杯工藝設計與編程”，主要培養學生Powermill五軸聯動加工編程的能力，要求會選擇公道杯零件精加工策略并設置參數，能輸出加工程序，具備程序校驗的能力,能解決加工干涉的問題。

1.3工作任務描述

通過工作描述使學生更貼合工作實際。某公司需制作一批鋁制公道杯(工藝品)零件，現委托本校產教中心進行生產。本校產教中心接到任務后，將公道杯的加工任務交給多軸數控專業(預備技師)的學生進行加工，共20件要求3d內完成。毛坯為鋁合金2A12，需提交成品及檢驗報告。

1.4本次微任務分析

已經完成公道杯零件的工藝分析，并完成粗加工編程與校驗。通過工藝分析，發現公道杯存在負角面結構，使用三軸數控機床或其它加工方法，生產效率低且加工精度不能滿足要求，故使用五軸聯動的加工方法來完成精加工。

前課已經確定公道杯的精加工策略——曲線投影精加工策略，本次微任務是以公道杯精加工編程與校驗(參數設置與校驗)為主要學習內容。精加工的參數設置關系到加工程序的正確性，如果精加工參數設置不合理，將導致加工過程中出現欠切、過切、碰撞等問題，對加工的完成起到決定性的影響。

考慮到五軸數控機床價格昂貴，在機床上校驗程序經濟性較差，如果使用仿真軟件校驗程序又缺少真實感，故引入五軸模擬機進行參數設置的校驗，提高學生的解決生產實際問題的能力，又增長學生操作機床的能力。

1.5學習內容分析

學習知識點：

(1)參考線結構特點與繪制方法。

(2)刀軸與刀軸界線的定義與設置方法。

(3)PowerMill中曲線投影精加工策略的快進高度，切入切出和連接，進給和轉速等參數設置要點。

學習技能點：

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

(2)會操作五軸模擬機校驗程序的正確性，驗證參數設置的合理性，具有分析與解決加工干涉等問題的能力，并能優化程序。

1.6教學策略選擇與分析

根據教學目標要求和學生學習特點，運用工學結合的一體化教學模式，采用任務驅動式教學策略。通過情景導入模擬企業生產車間環境，角色扮演讓學生體會職業特點。采用頭腦風暴法，小組討論、合作學習的方式，充分發揮學生自主學習能動性。

開展線上/線下混合式學習，學生利用網絡平臺、微課視頻、學校在線測試系統、學校(多軸數控專業)學習資源庫資源等多種形式學習曲線投影精加工策略的參數設置要點、參數線的繪制、刀軸與刀軸界線的參數設置，有利于化解教學重點與難點。首先，通過學習工作頁的引導，并通過教師時時跟蹤、指導，完成程序的輸出。其次，操作五軸模擬機的校驗程序，培養學生分析與解決加工干涉等問題的能力，從而優化程序。再次，通過拓展練習，鞏固所學知識，培養知識遷移能力，達到全面培養學生綜合能力的目標。

2教學實施過程

2.1課前學習

采用輪崗制進行小組分工，增強學生崗位意識。

2.2課中學習

組織學生在學習通上簽到，檢查著裝。聽取安全員對于6S檢查情況的匯報并點評。按企業工作流程進行教學組織，模擬生產線班前會，讓學生了解崗位要求。通過課前檢測環節，檢驗學生課前學習情況。讓學生回顧前課學習內容，檢查前課學習效果，并做好本次任務的學習準備。

教師描述工作情境，通過軟件分發工作頁，下達學習任務。引導學生閱讀工作頁，明確本次課學習任務和教學重點與難點。通過引入企業真實產品，幫助學生梳理工作過程 ，強化工作意識，做中學、學中做。

指導學生使用PowerMill軟件。2.進行演示，繪制參考線。教師巡回指導學生進行參考線的繪制，并點評、選擇最佳參考線繪制方案。指導學生完成刀軸與刀軸界線設置，對其中的共性問題集中講解。引導學生回憶前課學習任務中相同參數設置方法并講解異同點。點評各小組參數設置的刀具路徑。通過小組協作學習，提高學生的合作學習的能力。教師巡回指導，及時發現學生問題，指明方向，提高學習效率，達到學習目標，攻克學習重點與難點。通過類比學習，提高學生舉一反三的能力。

安全員強調安全操作規范。利用仿真軟件完成公道杯零件的加工準備。操作五軸模擬機完成模擬校驗程序。安全員記錄模擬加工過程中出現的問題。小組匯報模擬加工出現的問題。

討論找出模擬加工出現如欠切、過切碰撞等問題的原因。設置碰撞避讓參數，修改參數設置，通過后置處理輸出程序。操作五軸模擬機，檢驗新程序。利用五軸模擬機高效、準確校驗程序正確性，驗證參數的設置合格性，提高學生操作機床的能力。通過前一環節的“試錯”，學生更易發現自己的問題所在， 在此基礎上進行分析與知識點的講解，學生容易接收與理解。

教師組織、引導學生匯報。記錄學生匯報情況。點評各組匯報的優點與不足。制作本次學習任務的課堂測試題。完成學生評價測評。檢查工作頁完成情況。通過學生代表匯報，培養了學生表達、歸納和總結能力。通過在線測試及時掌握學生學習情況，自評與互評環節更公正、公開。

2.3課后拓展

教師通過資源庫上傳拓展練習(水杯的加工)。線上與學生互動交流，答疑解惑。通過拓展練習，引導學生掌握相似工件編程方法，培養學生知識遷移能力，達到課后目標。

3教學成效

通過師生共同努力，順利完成本次課的教學任務。學生學習基本達到課前、課中和課后學習目標，能設置公道杯投影精加工策略的參數，并能輸出加工程序，通過五軸模擬機校驗程序正確性，驗證參數設置的合理性，從而優化程序，具備分析與解決加工干涉等問題的能力。

(1)多種信息化手段運用，實現線上/線下同步學習，借用學習通軟件發布課前、課后學習任務，并與學生時時交流，答疑解惑。學校(多軸數控專業)學習資源庫提供豐富的學習資料，滿足學生自學與課后拓展學習的需要。

(2)學習要點制作成微課，讓學生能實時學習，反復觀看，利于學生掌握。

(3)創設職業情境，角色扮演讓學生體會工作崗位需求。

(4)五軸模擬機的采用，既解決五軸機床昂貴，操作要求高的問題，又提高學生真實機床操作能力，提高學習效率，讓學生在“試錯”中尋找問題，解決問題，培養學生分析和解決問題的能力。

(5)采用自評、互評、教師評價的方式，更公平、公正評價學生表現。

4 結語

本次學習任務是基于企業真實訂單要求，通過公道杯的加工使學生掌握多軸數控機床的操作，滿足企業崗位需求，助力中國制造2025。教學效果反饋表明，多數學生懂原理，能編程，會操作。掌握精加工編程與校驗方法。職業技能和職業素養方面得到提升。多種信息化手段應用于一體化課堂中，提高了學生自主學習能力，知識遷移、應用能力，團隊合作能力，總結提煉能力，專業素養大幅提升。同時也要看到部分學生語言能力有待加強，需多提供機會，讓學生展示自己的風采。