“五轴联动加工中心操作与编程”教学模式研究

黄丽

（武昌工学院，湖北 武汉430000）

五轴联动数控机床已经成为当今加工工业中最重要的生产工具之一，其加工的精度高、应用的范围广。近几年来，中国自主研发的高速高精设备有了质的飞跃，因此需要培养大量的技术人员，从事五轴联动数控机床的编程与操作工作。

通过校企深度合作，共同建设五轴联动操作与编程课程，切实提高教学质量，对培养应用型人才具有十分重要的意义。

1 课程介绍

本课程是武昌工学院机械设计制造及其自动化（高端智能制造装备技术方向）、智能制造专业开设的专业核心课程，学时48，学分3。

本课程在整个课程体系中起承上启下作用。它既是前导课程“数控编程与操作”的应用和深化，也是后续课程“五轴联动加工中心操作与编程实训”的学习准备。课程前后支撑关系如表1所示。

表1 “五轴联动加工中心操作与编程”课程前后支撑关系

本课程由校企合作单位——武汉华中数控股份有限公司企业教师授课，学校配备了PowerMILL仿真软件、综合实验室、五轴数控机床，教学资源丰富。

通过本课程的学习，学生具有五轴加工基础知识和应用能力，熟悉机床工艺特点，掌握五轴加工中心机床的使用、参数调试、编程的基本理论与基本技能，能独立完成曲面类零件的整个加工过程。培养认真负责的工作态度，一丝不苟的工作作风，激发学习兴趣，提高自信心，培养学生手脑并用的良好学习习惯。

2 教学内容

2.1 了解多轴数控机床的特点及结构

多轴数控机床是指四轴以上的数控机床，该课程以五轴为重点研究对象。多轴联动机床可以将数控车、数控铣、数控镗、数控钻等功能组合在一起，工件一次装夹后，可以对加工面进行多工序加工，有效避免了由于多次安装造成的定位误差，提高加工效率和零件精度。

五轴联动数控机床大多是3+2的结构，主要有三种结构形式，即双摆头式、双转台式和转台+摆头式。结构形式不同决定了机床的加工对象和工件规格大小也不相同。

2.2 熟悉多轴加工的工艺特点

多轴数控加工可以有效的减少基准面的转变，将加工工序进行有效集成，不仅有效提高了工艺的有效性，还可以让工件实现一次装夹，多工序加工的目标，提高零件加工精度。

2.3 PowerMILL软件模拟加工及实操

多轴数控机床生产成本及使用成本高，对编程人员及其操作者的要求很高，如果一旦发生碰撞就会影响机床的使用精度和寿命，因此对于初学者而言，仿真软件模拟加工尤其重要。武昌工学院购置的PowerMILL软件是一款功能强大，加工策略丰富的CAM软件，可快速生成合理的刀具路径，并对其进行优化。通过软件模拟生成程序，为后面的机床实操奠定基础，提高安全性，保护机床。

3 教学中待解决的问题

3.1 校企沟通协调

企业教师授课形式与武昌工学院专任教师授课方式有很大区别，如何适应学生的特点，达到高效学习的目标，就要求校企多次沟通协作。

3.2 教学内容优化

课程思政与教学内容有机融合问题。把课堂作为立德树人的主阵地，实现全方位育人，恰当自如地将课程思政引入到“五轴联动加工中心操作与编程”的教学中，培养高水平、高素质人才。

课程理论知识的前沿性与专业基础性兼顾问题。中国制造2025的总体结构中重要的一点是：从制造业大国向制造业强国转变，涉及到的十大领域包括高档数控机床和机器人。人才培养要体现技术发展的时代特征，提升课程的高阶性和创新性。

3.3 教学模式创新

教学模式如何适应现代应用型本科生的问题。随着互联网及多媒体对传统教育的冲击，教学手段、教学形式需要及时优化。

3.4 教学评价多样化

课程评价主要以考核学生掌握五轴联动加工中心的操作和编程能力为主，辅以考核学生的职业素养、团队合作能力、工作态度等综合素质。

4 实施方案

4.1 校企沟通

校企专业共建项目，加强了高校与企业的深度合作，校企合作为培养应用型创新人才提供了平台和载体，是培养学生创新实践能力的重要途径。大力开展校企合作，通过联合共建实验室、共建实践创新基地、开展基于项目的合作等形式，把课堂教学与课外活动，校内教学与校外实践，学校教学资源与企业教学资源有机结合起来，将课堂教学的“小课堂”延伸到课外、校外，变成课内课外、校内校外相结合的“大课堂”。

但是在真正实施中，会存在诸多问题，例如企业教师将培训学员的形式搬到学生课堂，教学文件及规范要求无法满足等。通过近几年的摸索，武昌工学院建立了比较完善的沟通桥梁，主要有以下几点。

第一，企业教师在武昌工学院有固定办公场所，学院将每位企业教师划分到具体系部，定期参加教学例会。

第二，系部组织日常教学活动，包括进企业教师课堂听课、评课、磨课，相互学习，共同探讨，使之更适应武昌工学院教学特色。

第三，系主任与企业教师一对一的形式，负责讲解教学文件要求、教学过程注意事项、考核文件规范等，并负责检查验收。

第四，由企业教师承担的课程，学院指定专任教师1～2名进课堂旁听，充分利用企业优势，加强本专业教师的专业培训及转型，培养双师型教师。

第五，定期组织专任教师及学生到企业参观学习、集中培训，熟知行业发展现状及需求，加强沟通，将校企合作落实到实处，实现学生、学校、企业三者共赢。

4.2 课程内容改革

将思政融入课堂，实现全程育人。立德树人，寓德育教育于日常教学之中，讲述机械加工行业在国家GDP中的比重，培养学生正确的人生观、价值观，培养学生的爱国情怀。讲述数控指令及仿真调试培养工程师的严谨、求实、创新的工作作风。

对课程内容进行更新，提高课程的两性一度。围绕学校人才培养定位，重新规划教学内容，使之更适应于“高素质本科应用型人才”的培养。

2019年与武汉华中数控股份有限公司开展了深度校企合作，不断拓展合作空间，优化教学设备，共建培养过程、共建师资队伍、共促科研创新，给学生提供更好的学习平台，提升学生的综合能力，增强学生的就业竞争力。

教材选用朱克忆，彭劲枝主编的《PowerMILL多轴数控加工编程实用教程》，此课程由具体的零件引入教学内容，例如导向轮、泳镜、异性模等，采用项目式教学方式，有利于学生消化吸收。

4.3 教学模式

对教学模式进行改革，体现以学生为中心的教学目标。构建多层次教学模式，为了使学生更好地掌握课程理论知识，提高数控编程与数控机床操作技能，采用理论、仿真、实训并行并重的理虚实一体化教学模式，充分利用仿真实验室、工程实训中心，把考取职业资格证书作为该课程的拓展环节，提高学生的技能获得感和认可度。

“五轴联动加工中心操作与编程”采用项目式教学，每个项目学习加工周期长，全靠课堂教学无法完成，拟采用线上线下混合教学的模式。

理论讲解部分利用“学习通”“智慧树”平台提供线上网络资源，授课录播视频可以反复观看，满足不同层次学生的需求。线上完成教学项目中工艺设计、程序编制等学习环节，实操部分采用线下指导，现场教学，通过示范教学方式，手把手传授学生操作技能。该课程计划制作全套电子课件，操作指导书，指导视频等教学资源，帮助学生自主学习。

另外在理论课堂上采用了翻转课堂、小组讨论的形式，例如曲面零件的加工编程，由于程序灵活，每位同学编程思路不一样，采用翻转课堂，3～5人一组，相互讨论、相互评价，提高编程效率。课后采用了专题讲座、校企协同、综合评价等多样化、多维度的形式，教师和学生都唤醒自我，调动积极性，激发学习的兴趣和潜力。

在教学流程方面，每一次课的教学过程中，都按如下形式展开：①任务引入，通过项目驱动，激发兴趣；②复习旧课，通过查阅笔记回忆所学内容，温故知新，承上启下；③新课探究，引出新知识点，并讲解实例，采用翻转课堂，多元教学方式；④模拟加工，利用仿真软件生成程序，验证走刀轨迹，要求学生分工协作，反复调试；⑤尺寸测量，强调过程改进，注重结果分析，并归纳小结。

通过理论学习及后期2周课程实训，鼓励学生积极参加相关加工技能竞赛。近几年来武汉华中数控股份有限公司一直举办复杂零件的加工制造项目，紧跟社会和企业发展需求，涉及五轴联动加工技术、智能制造生产线、机器人等专业，随着数控大赛难度不断增加，考核的内容更加全面。多参加类似比赛，让学生了解行业领先技术，熟悉企业特色，促进学生自主学习的能力，有助于提升学生的技术水平和动手能力。

本课程的主要创新为以学生为中心，以教师为导向，以能力培养为目标。目前已经形成一支由企业教师、专任教师组成的双师型教学团队，线上线下教学资源丰富，教学设备先进，为课程提供了良好的平台。

4.4 改革学习评价方法

本课程考核采用过程性考核与终结性考核相结合的方式，平时成绩占总评成绩的40%，期末成绩占总评成绩的60%。

4.4.1 过程性考核

过程性考核有效衡量了学生的学习状态，是成绩的重要组成部分。过程性考核的侧重点是对学生日常学习过程中的表现、所取得的成绩以及所反映出的情感、态度、策略等方面的发展作出综合评价。其目的是激发学生学习，帮助学生有效调控自己的学习过程，使学生获得成就感，增强自信心，培养合作精神。过程性考核有利于学生从被动接受评价转变成为评价的主体和积极参与者。为了使评价有机地融人教学过程，应建立开放、宽松的评价氛围，以测试和非测试的方式以及个人与小组结合的方式进行评价，鼓励学生与教师共同参与评价，实现评价主体的多元化。

过程性考核的形式有多种，如课堂知识点掌握情况、学习效果自评、问卷调查、小组互评、线上测验等。过程性考核可采用描述性评价、等级评定或评分等评价记录方式。无论何种方式，都应注意评价的正面鼓励和激励作用。教师要根据评价结果与学生进行不同形式的交流，充分肯定学生的进步，鼓励学生自我反思、自我提高。

4.4.2 终结性考核

本门课程终结性考核是检测学生实际操作和加工的能力，考核结果是反映教学效果的重要指标之一。必须以考查学生实际操作能力为目标，力争科学、全面地考查学生在经过一段时间学习后所具有的操作水平。

5 总结

以“校企专业共建项目”为平台，梳理了武昌工学院智能制造学院“五轴联动加工中心操作与编程”核心课程的教学模式。从形式和内容上提高教学质量，提升学科创新能力和工程创新能力，促进人才培养质量的跃升，培养高端智能制造的创新应用型人才。