復雜部件數控多軸聯動加工技術賽項在多軸課程中的應用探究

陳恩雄

［摘? ? ? ? ? ?要］? 數控多軸聯動加工技術是當前制造業中重要的技術之一，而復雜部件數控多軸聯動加工技術又是該領域中的難點問題。以長沙航空職業技術學院數控專業課程多軸數控加工技術為例，研究了近三年全國職業技能大賽復雜部件數控多軸聯動加工技術賽項樣題，并將口罩機的主動輪和從動輪作為項目載體融入課程改革中，主要以定軸銑削和曲線驅動方法為主，培養學生的定軸銑削及多軸編程加工的能力，為后續多軸加工項目奠定基礎。同時，結合該課程的特點和人才培養方案，進行課程的項目重組，優化多軸課程教學改革探究。

［關? ? 鍵? ?詞］? 復雜部件數控多軸聯動加工技術賽項；口罩機；多軸課程教學改革

［中圖分類號］? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文章編號］? 2096-0603（2023）14-0143-04

一、背景介紹

近年來，隨著制造業的不斷發展和技術的不斷提升，數控技術也得到了廣泛的應用。其中，數控多軸聯動加工技術是當前制造業中的重要技術之一，其可以實現對復雜零部件的精確加工，提高生產效率和產品質量。

然而，復雜部件數控多軸聯動加工技術中仍然存在一些難點問題，如加工精度、加工效率以及程序編寫等方面的問題。為了培養能夠勝任這類加工任務的人才，相關院校應該加強數控多軸聯動加工技術的教學，并將其與實踐相結合，提高學生解決實際問題的能力。

近三年來，全國職業技能大賽復雜部件數控多軸聯動加工技術賽項的樣題都是以口罩機為載體。因此，本文以我校數控專業課程多軸數控加工技術為例，研究了復雜部件數控多軸聯動加工技術在多軸課程中的應用，并優化了多軸課程教學改革。

二、復雜部件數控多軸聯動加工技術賽項樣題分析

（一）加工難度較大

該樣題的加工難度較大，需要采用數控多軸聯動加工技術才能完成。這種高級加工技術涉及定軸銑削和曲線驅動方法等多種加工方式的組合使用，需要選手具備較高的數控編程、操作和維護能力。

口罩機作為一個關鍵部件較為復雜，需要精密加工才能保證其質量和性能。其中，口罩機的主動輪和從動輪是核心部件之一，它們的加工非常重要。由于主動輪和從動輪的形狀比較復雜，不同面之間的角度和曲率變化也很大，單純的定軸銑削和曲線驅動方法都無法滿足精密加工的要求，需要采用數控多軸聯動加工技術來實現高精度加工。

在數控多軸聯動加工中，選手需要根據加工圖紙制訂相應的數控程序，設定各個軸的運動參數，并根據實際情況進行多次調整。對于主動輪和從動輪的加工，選手需要結合定軸銑削和曲線驅動方法，采用多種加工方式，如三軸聯動、四軸聯動和五軸聯動等，來完成不同形狀的加工。

在實際操作過程中，選手需要非常注重細節，例如，確定切削速度、進給速度、轉速和刀具的選擇等，以確保加工效果。同時，還需要經常檢查加工質量，如表面光潔度、尺寸精度和形位公差等，及時調整數控程序和機床參數，避免出現偏差和誤差。

（二）加工程序涉及多軸編程和曲線驅動方法

口罩機多軸聯動加工技術需要使用多軸編程和曲線驅動方法，是高級數控加工技術的代表之一。這種技術需要學生具備一定的數控編程和操作技能，才能夠完成精準、高質量的加工過程。因此，在教學中，應注重培養學生的實踐能力和對技術的深入理解。

首先，多軸編程是指將工件沿不同軸向運動，使其達到預定位置和姿態的過程。在口罩機多軸聯動加工技術中，選手需要根據加工圖紙制訂相應的數控程序，設定各個軸的運動參數，并根據實際情況進行多次調整。這就要求學生對數控系統的基本知識有一定的了解，并且能夠熟練地使用數控編程軟件進行編程。同時，也需要學生具備較強的數學和物理知識，以便正確計算軸的運動參數和精確掌握加工過程。

其次，曲線驅動方法是通過在機床上進行的任意軌跡加工，實現對復雜形狀工件的加工。在口罩機多軸聯動加工技術中，曲線驅動方法常用于加工工件的曲面和特殊形狀，需要選手精確地掌握機床坐標系、刀具半徑等參數，以確保加工精度。這就要求學生具備良好的空間想象能力和手眼協調能力，在操作中能夠靈活運用曲線驅動方法完成復雜形狀工件的加工。

（三）加工精度要求高

該樣題的加工精度要求高，需要選手具備一定的加工技能和精度控制能力。口罩機作為關鍵部件，其加工精度對整個機器的性能和質量有著直接的影響。因此，在數控多軸聯動加工技術中，選手需要在實際操作中注重加工精度的控制，以達到預期的加工效果。

首先，選手需要具備一定的加工技能。在數控多軸聯動加工技術中，選手需要根據加工圖紙進行程序編寫，并設定各種機床參數，如切削速度、進給速度、轉速和刀具半徑等，以確保工件能夠按照要求的形狀和尺寸加工。同時，在加工過程中，選手需要靈活運用各種加工技巧，如定軸銑削和曲線驅動方法等，以適應不同形狀和尺寸工件的加工需求。

其次，選手需要具備精度控制能力。在數控多軸聯動加工技術中，精度控制是保證加工質量的重要手段之一。選手需要仔細檢查機床坐標系、刀具偏置和工件參考點等參數，以確保加工精度的穩定性和精確性。同時，選手需要注重刀具軌跡與加工圖紙之間的對比，及時發現和修正偏差，以避免對工件加工質量的影響。除此之外，選手還需要密切關注機床潤滑、冷卻和除塵等系統的運行情況，以確保整個加工過程的順暢和穩定。

基于以上結論，可以將該樣題作為教學實踐的載體，將其與數控多軸聯動加工技術的教學相結合，提高學生的實踐操作能力和解決問題的能力。

三、口罩機多軸聯動加工技術在多軸課程中的應用探究

（一）口罩機多軸聯動加工技術的應用

口罩機是當下非常重要的生產設備。要實現高效、穩定地生產，需要對其關鍵部件進行復雜加工，而數控多軸聯動加工技術正是可以滿足這種要求的一種高級加工技術。

1.定軸銑削

定軸銑削是一種數控加工方式，它是指在加工過程中沿著一個或多個固定坐標軸進行銑削。這些固定坐標軸包括X、Y、Z三個方向，可以根據需要增加其他方向。定軸銑削適用于直線、平面以及簡單曲面等形狀的工件。

在定軸銑削時，需要通過程序設置刀具的運動軌跡和轉速，以實現對工件的加工。首先，需要將工件放置在機床工作臺上并夾緊。其次，設置好機床坐標系和刀具偏置，并編寫加工程序，確定工件的加工輪廓和深度等參數。最后，根據程序設定好切削速度、進給速度、轉速和刀具半徑等參數，并啟動機床進行加工。

在加工過程中，機床按照預設的程序進行刀具路徑運動，刀具沿著X、Y、Z三個方向移動，對工件進行切削。在切削過程中，需要注意保持加工穩定性和精度，避免產生振動和毛邊等缺陷。同時，還需要注意機床潤滑、冷卻和除塵等系統的運行情況，以確保加工效率和質量。

2.曲線驅動方法

曲線驅動方法是一種數控加工方式，它可以實現對復雜形狀工件的加工。曲線驅動方法可以分為點切削和線切削兩類。

點切削是指在工件表面的特定點進行切削，通常用于雕刻等細節加工。在點切削中，選手需要根據工件的形狀和加工需求，編寫合適的程序，確定刀具運動軌跡和運動速度等參數。除此之外，還需要選擇合適的刀具和切削參數，以確保加工效率和質量。

線切削是指沿著工件表面的特定線進行切削，可以實現復雜曲面的加工。在線切削中，選手需要將工件的曲面數據轉換成數學模型，并將其轉化為機床系統可以識別的程序代碼。然后，選手需要編寫相應的程序，確定刀具運動軌跡和運動速度等參數，以實現對工件的精細加工。

曲線驅動方法需要選手具備一定的數控編程和操作技能。首先，選手需要了解各種數控編程語言和軟件，熟悉G代碼和M代碼等基本指令。其次，選手需要掌握數控機床的基本操作方法和功能，如坐標系設定、刀具設定、速度設定等。最后，選手需要根據工件形狀和材質選擇合適的刀具和切削參數，以確保加工效率和質量。

3.定軸銑削和曲線驅動互相結合

口罩機的生產加工需要高精度和高效率，而多軸聯動加工技術可以實現對口罩機關鍵部件的加工。在口罩機多軸聯動加工技術中，定軸銑削和曲線驅動方法可以互相結合，實現對口罩機關鍵部件的加工。

例如，對于口罩機的熔噴布成型模具，可以采用定軸銑削的方法先將其基礎部分加工出來，然后采用曲線驅動方法加工更為復雜的曲面部分。具體而言，選手可以通過定軸銑削方法先將模具的基礎部分進行加工，包括平面、直線和簡單曲面等形狀。在此基礎上，選手可以再采用曲線驅動方法，通過數控編程和操作技能，將工件的曲面數據轉換成數學模型，并將其轉化為機床系統可以識別的程序代碼。接著，選手可以編寫相應的程序，確定刀具運動軌跡和運動速度等參數，以實現對工件的精細加工。

這種定軸銑削和曲線驅動方法的結合，既保證了加工精度，又提高了加工效率。定軸銑削可以實現對基礎部分的加工，使得曲線驅動加工的難度降低，同時也能提高加工精度和效率。而曲線驅動加工可以實現對復雜曲面形狀的加工，使得口罩機成型模具的質量更加優良。

4.其他方法

除了定軸銑削和曲線驅動方法之外，口罩機多軸聯動加工技術還需要涉及其他方面的知識和技巧。

首先，選手需要學習如何選擇合適的切削參數。在口罩機多軸聯動加工中，選手需要根據不同的加工材料和形狀選擇合適的刀具和切削參數，以實現對工件的高質量加工。這包括切削速度、進給速度、轉速、切削深度等參數的選擇和設定。

其次，選手需要學習如何設置軸向運動和轉速。在口罩機多軸聯動加工中，選手需要根據工件的形狀和加工需求，靈活控制各個軸向的運動和轉速，以確保刀具能夠沿著預定路徑移動，實現對工件的高精度加工。

再次，選手還需要學習如何使用各種測量儀器。在加工過程中，選手需要隨時檢查工件的尺寸和形狀，以確保加工精度和質量。為此，選手需要熟悉各種測量儀器的使用方法，如卡尺、游標卡尺、高度計、投影儀等。

最后，選手還需要具備良好的空間想象能力和動手能力。在實際加工中，選手需要根據工程圖紙或3D模型，將其轉化為數控編程代碼，并在機床上進行相應的操作。這需要選手有較強的空間想象能力和動手能力，以便快速、準確地完成加工任務。

（二）口罩機多軸聯動加工技術在多軸課程中的應用

隨著現代制造業的發展，多軸數控加工技術在工業生產中的應用越來越廣泛。然而，由于教學內容不夠豐富，一些學生往往難以真正理解和掌握這種高級加工技術。因此，有必要將口罩機多軸聯動加工技術作為多軸課程的重點，通過實際操作幫助學生更好地理解和掌握多軸數控加工技術。

口罩機是一種常見的制造業產品，其生產需要高精度、高效率的加工技術。在口罩機多軸聯動加工技術中，定軸銑削和曲線驅動方法是兩種常用的加工方式。因此，將口罩機作為項目載體融入多軸數控加工技術課程中，可以有效提高學生對這些加工方式的理解和掌握水平。

1.教學過程

首先，可以介紹口罩機的主動輪和從動輪。主動輪是指能夠主動旋轉以驅動加工刀具的部件，而從動輪則是指不能主動旋轉，但能夠被主動輪牽引運動的部件。通過介紹這些部件，可以讓學生初步了解口罩機多軸聯動加工技術的基本原理和加工流程。

其次，教師可以演示定軸銑削和曲線驅動方法的基本原理，并通過實際操作幫助學生掌握這些加工方式。定軸銑削是一種常見的多軸加工方式，它可以通過對不同軸向的切削參數進行調整，實現對復雜曲面的加工。而曲線驅動方法則是利用數控系統的高效率和精度，通過對自由曲線的高精度控制，實現對復雜曲面的加工。

在實際操作過程中，教師可以在機床上設置相關的加工程序，并讓學生進行實際的操作。在實際操作過程中，教師應該注重指導學生合理選擇切削參數，根據不同的加工需求，選取合適的刀具和切削參數，確保加工質量和效率。同時，還應該關注學生的安全操作能力，保證其操作過程中的安全性。

在實際操作過程中，學生可能會遇到各種困難和問題，此時教師應該及時給予指導和幫助，通過實際操作幫助學生克服困難，提高加工效率和質量。在操作結束后，教師可以與學生一同評估操作結果，反思操作中存在的問題和不足之處，以便于更好地改進操作技術和提高實際操作能力。

2.課程設計

首先，在教學過程中，需要介紹多軸數控加工技術的基本概念和主要特點，讓學生了解多軸加工技術的優越性和實際應用前景。也可以引導學生了解口罩機多軸聯動加工技術的關鍵部件和加工流程。通過了解口罩機的主動輪、從動輪等關鍵部件，并結合案例分析方法，讓學生更好地理解多軸聯動加工技術的基本原理和實際應用。

其次，在口罩機多軸聯動加工技術中，還可以引導學生了解如何選擇合適的切削參數、如何設置軸向運動和轉速、如何使用各種測量儀器等方面的知識和技巧。例如，可以介紹各種材料的加工特點和對應的切削參數選擇方法，讓學生了解如何根據不同的加工需求，選取合適的刀具和切削參數。除此之外，還可以演示如何使用高度計、投影儀等測量儀器進行尺寸檢查，以確保加工精度和質量。

針對口罩機多軸聯動加工技術的教學內容設置，可以采用理論與實踐相結合的方式進行教學，通過實際操作來幫助學生更好地掌握相關知識和技能。在實際操作中，教師可以設置多種不同難度的加工任務，讓學生逐步掌握口罩機多軸聯動加工技術的基本原理和實際應用。同時，還可以引入虛擬仿真技術，提供更加真實的實驗環境，讓學生更好地理解和掌握多軸數控加工技術。

最后，在多軸數控加工技術課程中，還應該注重學生的創新能力和團隊協作能力的培養。可以通過組織各類科技創新活動和競賽，鼓勵學生積極參與，提高其創新意識和實戰能力。同時，還可以采用團隊協作的方式進行實驗和項目設計，讓學生掌握團隊協作和溝通的能力。

（三）多軸課程的進一步優化提升

除了優化多軸課程的教學內容外，還可以結合該課程的特點和人才培養方案進行課程的項目重組，進一步推動多軸數控加工技術的教學改革。具體可以從以下幾個方面入手。

1.重新編排多軸數控加工技術課程的教學內容

增加實際生產中常用的多軸數控加工技術的講解和練習。可以通過引入針對復雜曲面加工的教學內容，如曲線驅動方法、五軸聯動加工技術等，幫助學生更好地理解和掌握多軸聯動加工技術及其在實際生產中的應用。同時，還應注重教學內容與實際生產相結合，鼓勵學生參與真實的工業實踐項目，提高其實踐操作能力和解決問題的能力。

2.加強實訓設施建設

增加口罩機多軸聯動加工技術的實訓機床數量，并采取模擬實戰項目的形式，加強學生與實際生產之間的聯系。在實訓過程中，應該設置不同難度的加工任務，幫助學生逐漸掌握多軸聯動加工技術，并提高其實踐操作能力和解決問題的能力。同時，還可以引入先進的虛擬仿真技術，提供更加真實的實驗環境，讓學生更好地理解和掌握多軸數控加工技術。

3.開展多樣化的課外實踐活動

為了提高學生的實踐操作能力和解決問題的能力，可以組織各類數控技能大賽、職業技能鑒定等活動，并引導學生積極參與。這些活動能夠激發學生學習興趣和創造力，培養實際操作能力和解決問題的能力。除此之外，還可以邀請企業專家來校指導學生實際操作，加深學生對多軸數控加工技術的認知和了解。這樣做不僅能提高學生的競技意識和實戰能力，還能為學生的就業和職業發展打下堅實的基礎。

四、結語

口罩機多軸聯動加工技術是當前制造業中的重要技術之一，其可以實現對復雜零部件的精確加工，提高生產效率和產品質量。本文以口罩機多軸聯動加工技術為例，研究了該技術在多軸數控加工技術課程中的應用，并從重新編排教學內容、加強實訓設施建設、開展多樣化的課外實踐等方面入手，優化多軸課程教學改革。這些措施不僅可以增加實際生產中常用的多軸加工技術的講解和練習，還可以提高學生的實踐操作能力和解決問題的能力，為后續多軸數控加工項目奠定基礎。

綜上所述，通過口罩機多軸聯動加工技術在多軸課程中的應用探究，可以加深學生對多軸數控加工技術的理解和掌握，培養學生的實際操作能力和解決問題的能力，更好地滿足市場需求和行業發展趨勢，推動多軸數控加工技術的教學改革。

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編輯 栗國花