“五軸聯動加工中心操作與編程”教學模式研究

黃麗

（武昌工學院，湖北 武漢430000）

五軸聯動數控機床已經成為當今加工工業中最重要的生產工具之一，其加工的精度高、應用的范圍廣。近幾年來，中國自主研發的高速高精設備有了質的飛躍，因此需要培養大量的技術人員，從事五軸聯動數控機床的編程與操作工作。

通過校企深度合作，共同建設五軸聯動操作與編程課程，切實提高教學質量，對培養應用型人才具有十分重要的意義。

1 課程介紹

本課程是武昌工學院機械設計制造及其自動化（高端智能制造裝備技術方向）、智能制造專業開設的專業核心課程，學時48，學分3。

本課程在整個課程體系中起承上啟下作用。它既是前導課程“數控編程與操作”的應用和深化，也是后續課程“五軸聯動加工中心操作與編程實訓”的學習準備。課程前后支撐關系如表1所示。

表1 “五軸聯動加工中心操作與編程”課程前后支撐關系

本課程由校企合作單位——武漢華中數控股份有限公司企業教師授課，學校配備了PowerMILL仿真軟件、綜合實驗室、五軸數控機床，教學資源豐富。

通過本課程的學習，學生具有五軸加工基礎知識和應用能力，熟悉機床工藝特點，掌握五軸加工中心機床的使用、參數調試、編程的基本理論與基本技能，能獨立完成曲面類零件的整個加工過程。培養認真負責的工作態度，一絲不茍的工作作風，激發學習興趣，提高自信心，培養學生手腦并用的良好學習習慣。

2 教學內容

2.1 了解多軸數控機床的特點及結構

多軸數控機床是指四軸以上的數控機床，該課程以五軸為重點研究對象。多軸聯動機床可以將數控車、數控銑、數控鏜、數控鉆等功能組合在一起，工件一次裝夾后，可以對加工面進行多工序加工，有效避免了由于多次安裝造成的定位誤差，提高加工效率和零件精度。

五軸聯動數控機床大多是3+2的結構，主要有三種結構形式，即雙擺頭式、雙轉臺式和轉臺+擺頭式。結構形式不同決定了機床的加工對象和工件規格大小也不相同。

2.2 熟悉多軸加工的工藝特點

多軸數控加工可以有效的減少基準面的轉變，將加工工序進行有效集成，不僅有效提高了工藝的有效性，還可以讓工件實現一次裝夾，多工序加工的目標，提高零件加工精度。

2.3 PowerMILL軟件模擬加工及實操

多軸數控機床生產成本及使用成本高，對編程人員及其操作者的要求很高，如果一旦發生碰撞就會影響機床的使用精度和壽命，因此對于初學者而言，仿真軟件模擬加工尤其重要。武昌工學院購置的PowerMILL軟件是一款功能強大，加工策略豐富的CAM軟件，可快速生成合理的刀具路徑，并對其進行優化。通過軟件模擬生成程序，為后面的機床實操奠定基礎，提高安全性，保護機床。

3 教學中待解決的問題

3.1 校企溝通協調

企業教師授課形式與武昌工學院專任教師授課方式有很大區別，如何適應學生的特點，達到高效學習的目標，就要求校企多次溝通協作。

3.2 教學內容優化

課程思政與教學內容有機融合問題。把課堂作為立德樹人的主陣地，實現全方位育人，恰當自如地將課程思政引入到“五軸聯動加工中心操作與編程”的教學中，培養高水平、高素質人才。

課程理論知識的前沿性與專業基礎性兼顧問題。中國制造2025的總體結構中重要的一點是：從制造業大國向制造業強國轉變，涉及到的十大領域包括高檔數控機床和機器人。人才培養要體現技術發展的時代特征，提升課程的高階性和創新性。

3.3 教學模式創新

教學模式如何適應現代應用型本科生的問題。隨著互聯網及多媒體對傳統教育的沖擊，教學手段、教學形式需要及時優化。

3.4 教學評價多樣化

課程評價主要以考核學生掌握五軸聯動加工中心的操作和編程能力為主，輔以考核學生的職業素養、團隊合作能力、工作態度等綜合素質。

4 實施方案

4.1 校企溝通

校企專業共建項目，加強了高校與企業的深度合作，校企合作為培養應用型創新人才提供了平臺和載體，是培養學生創新實踐能力的重要途徑。大力開展校企合作，通過聯合共建實驗室、共建實踐創新基地、開展基于項目的合作等形式，把課堂教學與課外活動，校內教學與校外實踐，學校教學資源與企業教學資源有機結合起來，將課堂教學的“小課堂”延伸到課外、校外，變成課內課外、校內校外相結合的“大課堂”。

但是在真正實施中，會存在諸多問題，例如企業教師將培訓學員的形式搬到學生課堂，教學文件及規范要求無法滿足等。通過近幾年的摸索，武昌工學院建立了比較完善的溝通橋梁，主要有以下幾點。

第一，企業教師在武昌工學院有固定辦公場所，學院將每位企業教師劃分到具體系部，定期參加教學例會。

第二，系部組織日常教學活動，包括進企業教師課堂聽課、評課、磨課，相互學習，共同探討，使之更適應武昌工學院教學特色。

第三，系主任與企業教師一對一的形式，負責講解教學文件要求、教學過程注意事項、考核文件規范等，并負責檢查驗收。

第四，由企業教師承擔的課程，學院指定專任教師1～2名進課堂旁聽，充分利用企業優勢，加強本專業教師的專業培訓及轉型，培養雙師型教師。

第五，定期組織專任教師及學生到企業參觀學習、集中培訓，熟知行業發展現狀及需求，加強溝通，將校企合作落實到實處，實現學生、學校、企業三者共贏。

4.2 課程內容改革

將思政融入課堂，實現全程育人。立德樹人，寓德育教育于日常教學之中，講述機械加工行業在國家GDP中的比重，培養學生正確的人生觀、價值觀，培養學生的愛國情懷。講述數控指令及仿真調試培養工程師的嚴謹、求實、創新的工作作風。

對課程內容進行更新，提高課程的兩性一度。圍繞學校人才培養定位，重新規劃教學內容，使之更適應于“高素質本科應用型人才”的培養。

2019年與武漢華中數控股份有限公司開展了深度校企合作，不斷拓展合作空間，優化教學設備，共建培養過程、共建師資隊伍、共促科研創新，給學生提供更好的學習平臺，提升學生的綜合能力，增強學生的就業競爭力。

教材選用朱克憶，彭勁枝主編的《PowerMILL多軸數控加工編程實用教程》，此課程由具體的零件引入教學內容，例如導向輪、泳鏡、異性模等，采用項目式教學方式，有利于學生消化吸收。

4.3 教學模式

對教學模式進行改革，體現以學生為中心的教學目標。構建多層次教學模式，為了使學生更好地掌握課程理論知識，提高數控編程與數控機床操作技能，采用理論、仿真、實訓并行并重的理虛實一體化教學模式，充分利用仿真實驗室、工程實訓中心，把考取職業資格證書作為該課程的拓展環節，提高學生的技能獲得感和認可度。

“五軸聯動加工中心操作與編程”采用項目式教學，每個項目學習加工周期長，全靠課堂教學無法完成，擬采用線上線下混合教學的模式。

理論講解部分利用“學習通”“智慧樹”平臺提供線上網絡資源，授課錄播視頻可以反復觀看，滿足不同層次學生的需求。線上完成教學項目中工藝設計、程序編制等學習環節，實操部分采用線下指導，現場教學，通過示范教學方式，手把手傳授學生操作技能。該課程計劃制作全套電子課件，操作指導書，指導視頻等教學資源，幫助學生自主學習。

另外在理論課堂上采用了翻轉課堂、小組討論的形式，例如曲面零件的加工編程，由于程序靈活，每位同學編程思路不一樣，采用翻轉課堂，3～5人一組，相互討論、相互評價，提高編程效率。課后采用了專題講座、校企協同、綜合評價等多樣化、多維度的形式，教師和學生都喚醒自我，調動積極性，激發學習的興趣和潛力。

在教學流程方面，每一次課的教學過程中，都按如下形式展開：①任務引入，通過項目驅動，激發興趣；②復習舊課，通過查閱筆記回憶所學內容，溫故知新，承上啟下；③新課探究，引出新知識點，并講解實例，采用翻轉課堂，多元教學方式；④模擬加工，利用仿真軟件生成程序，驗證走刀軌跡，要求學生分工協作，反復調試；⑤尺寸測量，強調過程改進，注重結果分析，并歸納小結。

通過理論學習及后期2周課程實訓，鼓勵學生積極參加相關加工技能競賽。近幾年來武漢華中數控股份有限公司一直舉辦復雜零件的加工制造項目，緊跟社會和企業發展需求，涉及五軸聯動加工技術、智能制造生產線、機器人等專業，隨著數控大賽難度不斷增加，考核的內容更加全面。多參加類似比賽，讓學生了解行業領先技術，熟悉企業特色，促進學生自主學習的能力，有助于提升學生的技術水平和動手能力。

本課程的主要創新為以學生為中心，以教師為導向，以能力培養為目標。目前已經形成一支由企業教師、專任教師組成的雙師型教學團隊，線上線下教學資源豐富，教學設備先進，為課程提供了良好的平臺。

4.4 改革學習評價方法

本課程考核采用過程性考核與終結性考核相結合的方式，平時成績占總評成績的40%，期末成績占總評成績的60%。

4.4.1 過程性考核

過程性考核有效衡量了學生的學習狀態，是成績的重要組成部分。過程性考核的側重點是對學生日常學習過程中的表現、所取得的成績以及所反映出的情感、態度、策略等方面的發展作出綜合評價。其目的是激發學生學習，幫助學生有效調控自己的學習過程，使學生獲得成就感，增強自信心，培養合作精神。過程性考核有利于學生從被動接受評價轉變成為評價的主體和積極參與者。為了使評價有機地融人教學過程，應建立開放、寬松的評價氛圍，以測試和非測試的方式以及個人與小組結合的方式進行評價，鼓勵學生與教師共同參與評價，實現評價主體的多元化。

過程性考核的形式有多種，如課堂知識點掌握情況、學習效果自評、問卷調查、小組互評、線上測驗等。過程性考核可采用描述性評價、等級評定或評分等評價記錄方式。無論何種方式，都應注意評價的正面鼓勵和激勵作用。教師要根據評價結果與學生進行不同形式的交流，充分肯定學生的進步，鼓勵學生自我反思、自我提高。

4.4.2 終結性考核

本門課程終結性考核是檢測學生實際操作和加工的能力，考核結果是反映教學效果的重要指標之一。必須以考查學生實際操作能力為目標，力爭科學、全面地考查學生在經過一段時間學習后所具有的操作水平。

5 總結

以“校企專業共建項目”為平臺，梳理了武昌工學院智能制造學院“五軸聯動加工中心操作與編程”核心課程的教學模式。從形式和內容上提高教學質量，提升學科創新能力和工程創新能力，促進人才培養質量的躍升，培養高端智能制造的創新應用型人才。