多轴数控加工技能证书培训考核中的问题及对策

李鹏志 曹 侃 刘江然

(石家庄职业技术学院 机电工程系,河北 石家庄 050081)

目前,国家正在大力推进“1+X”证书制度试点工作,鼓励职业院校学生在获得学历证书的同时,积极取得多类职业技能等级证书,拓展就业创业空间,缓解结构性就业矛盾.石家庄职业技术学院(以下简称“学院”)于2020年11月第一次承接多轴数控加工技能等级证书培训及考核任务.在推进这一全新任务的过程中,遇到了设备调试、技术储备、课程调整、学生技能训练等诸多问题.本文通过探索和实践,解决了多轴数控加工技能等级证书培训及考核过程中遇到的问题,为提高培训质量和证书通过率打下了基础.

1 考前准备与培训

1.1 考前准备

1.1.1 设备改造

按照证书鉴定单位要求,多轴数控加工职业技能初级证书试点单位的实训设备要求有两台四轴加工中心,中级证书试点单位需要有两台五轴加工中心.而学院现有四轴加工中心一台,智能制造产线装备的华中数控8 型系统JT-GL8-V 五轴加工中心一台,受设备限制,本次学院组织学生参加了多轴数控加工职业技能初级证书的考证工作.____________

要保证培训考核工作正常进行,需要将五轴加工中心从智能制造产线中独立出来,在考核工作完成后,再将产线复原,并保证产线正常运行.为此,制定了相关的实施方案.

(1)保持气动卡盘位置不变,将五轴机床内卡爪装夹方式改为外卡爪装夹.松开卡爪紧固螺钉,根据夹具外径尺寸调整卡爪位置,保证卡爪松开时夹具取放自如,卡紧时能紧固工件.

(2)为保证智能制造产线正常运转,保持五轴机床与控制线路连接,在培训和考核过程中,应先启动智能制造产线总控开关,再启动五轴数控加工机床.

(3)为适应双转台五轴机床气动卡盘装夹方式和工件加工要求,设计并加工了专用夹具,夹具图见图1.

图1 多轴数控加工技能等级考核专用夹具图

为了增加五轴加工中心的活动空间,便于学生加工操作,加高、加宽了机床脚踏板;将旋转轴中的A轴的周限度调整为35°～-100°,以保证工件在正常加工过程中不出现限位报警信息.

1.1.2 五轴数控系统后处理程序修改

自动编程时,在工序导航器中选中一个程序组或者一个加工工序后,可以通过后处理程序来处理刀具路径,从而生成数控机床能够识别的数控程序.不同类型的数控机床的硬件功能和加工要求不同,需要专用的后处理程序[1].在多轴数控加工技能等级证书考证培训过程中,发现当工件装夹到卡盘,加工程序加载到数控机床控制系统时,加工程序不能正常运行,机床出现报警信号.检查程序发现,数控机床的后处理程序存在问题.原因在于机床后处理程序中没有加入M141(液压卡盘夹紧指令)和M146(机床防护门关闭指令),而五轴机床处在智能制造产线的总控台控制下,当卡盘未夹紧和防护门未关闭时运行程序,就会出现报警信息.为此,修改了机床的后处理程序,在程序开头加入了M141和M146模块,解决了机床报警的问题,程序初始化相关参数设置截图见图2.同时,对后处理程序进行了初始化设置,加工程序开头设定为G54G90G17.

图2 程序初始化相关参数设置截图

在多轴数控加工实操加工过程中,还遇到了因后处理程序设置不当导致的加工工件过切问题.由于加工的零件为回转体,当零件的一面加工完成,转台带动零件转向另一面的过程中,刀具没有抬起足够的高度,使工件发生了过切现象.经程序检查和反复研讨,发现可以通过修改后处理程序来避免这个问题.在每个加工工序结束时,先使刀具返回机床参考点,再让零件转到适当的位置,而后再进刀加工,即在后处理程序中加入G91G28Z0 模块和M05 M09模块,从而解决了零件过切的问题,提高了多轴数控加工技能等级证书考证培训的效率,参数设置截图见图3.

图3 后处理程序结束参数设置截图

1.2 考前培训

根据学生掌握基础知识的熟练程度,进行小组划分,由综合实力较强的学生担任组长,让其带领组内成员共同学习.安排之前参加并取得证书的学生作为教师的助手,在课余时间协助教师对参加多轴数控加工职业技能初级证书考试的学生进行指导,以提高培训效率.学院多轴数控加工设备台套数少,无论日常教学还是考前培训及考核都很紧张,学生实操次数少,为此,安排教师利用晚上或周末对参加考试的学生进行专门培训,以提高设备利用率,延长学生上机实操时间.

2 评价标准及考试成绩分析

2.1 评价标准

初级证书实操采用百分制考核,内容包括零件加工和安全文明生产两部分,占比分别为90%和10%.

2.1.1 零件加工部分

零件加工包括工件的完成度、重要面尺寸精度和表面粗糙度3个指标.

工件完成度部分满分25分,包括零件的所有外形特征,每个特征分值为1～3分.

重要面尺寸精度指标共60 分,其分值比重最大,这也凸显了职业技能等级考试对零件加工质量的重视.重要面尺寸精度共考核12个尺寸指标,其中8个为图纸中已注公差尺寸,4个为未注公差尺寸.从尺寸精度看,前5项公差控制严格,一旦超差,该项目就不得分;后7 项公差根据超差情况酌情扣分.

表面粗糙度配分为5分,要求整体为Ra1.6,每处降一级扣0.5分.如果零件有部分特征未完成加工,则该特征的表面粗糙度视为不合格.

2.1.2 安全文明生产部分

安全文明生产共10分,文明生产和操作规范各占5分.

文明生产包括工作态度如何,着装是否规范,操作过程有无受伤,刀具、工具、量具的放置是否规范,工件装夹、刀具安装是否规范,是否正确使用量具,卫生、设备保养如何,关机后机床停放位置是否合理.

操作规范包括是否撞刀,加工中是否使用锉刀或纱布,加工场地工量具摆放是否混乱.

这部分主要考查学生的6S职业规范、安全生产等在生产加工中的执行情况.正常生产情况下,考生该项分数可得满分,一旦出现违规操作,根据规定扣分,直至取消实操考核资格.

2.2 考试成绩分析

在实操考试中,大部分考生都完成了零件加工,零件的完成情况、表面粗糙度、安全文明生产得分较高,但由于出现了较多的尺寸精度超差现象,总分较低,通过率并不理想.

3 提高多轴数控加工技能等级证书培训质量的对策

(1)严格要求加工精度

在日常教学中,要培养学生的质量意识,注重对加工精度的严格要求.由于加工零件质量在数控加工系列课程成绩评定中占比较少,学生对保证尺寸精度不够重视,尤其在初学数控加工时,往往仅满足于完成零件外形加工,甚至在未经测量的情况下,就将零件从夹具上卸下.数控加工系列课程教师要注重检查零件加工质量,尤其要严格要求尺寸精度,培养学生质量优先的意识.

(2)正确分析和处理图纸尺寸公差

对学生来说,识读图纸上已注公差尺寸并不难,但往往容易忽视未注公差尺寸的公差,即没有根据GB/T 1801-2000为未注公差尺寸控制公差.未注公差尺寸的精度要求不高,目前数控机床大都能满足加工精度要求.对于带有公差的尺寸,如果上下偏差不对称,应对公差带作适当变动,将基本尺寸换算成公差中值尺寸.如对尺寸应进行中值处理,即将上下偏差相加后除以2,再加上基本尺寸18得到中值尺寸18.015,并用该尺寸作为手工编程或自动编程的依据,处理后的中值尺寸标注为

(3)优化加工工艺和正确选用刀具

在粗加工和精加工工序之间增加半精加工工序和检验工序[2].在半精加工工序完成后,要暂停机床运行,对工件尺寸进行测量.根据测量结果修正精加工的进刀量.对工件壁加工时,可以通过刀具半径补偿修正精加工进刀量;对工件底面加工时,可以通过刀具长度补偿修正精加工进刀量,也可以通过自动编程软件重新生成精加工程序.精加工时,要适当增大主轴转速,减小进给速度.精加工侧壁时,刀具径向进刀量要小,深度方向进刀量要适当大.精加工完成后,若尺寸偏大,可以再运行一遍精加工程序,以减少让刀产生的影响.为保证工件加工精度,要注意提高芯轴夹具表面质量和尺寸精度,尽可能减少工件装夹次数.此外,要选择合理的主轴转速和工作台进给速度,尽量加快加工速度,避免考生出现由于加工时间过长,没有足够时间修正精加工工艺参数而存在的尺寸超差问题.

为提高工件加工精度,粗加工工序和精加工工序要选用不同的刀具,不能用同一把刀具进行粗加工后接着进行精加工.在刀具材料选择上,要优先选用刚性和耐磨性好的硬质合金刀具或涂层刀具[3];在刀具长度选择时,要在满足工件加工深度的前提下,优先选用短柄铣刀,防止加工过程中由于刀具颤动而影响加工尺寸和精度.另外,要注意优化对刀工艺,通常采用试切法对刀容易产生误差,可采用对刀仪对刀或芯棒对刀来减少系统误差,进一步提高加工精度.

(4)进行课程改革,适应多轴数控加工技能等级证书考试要求

要进行课程改革和人才培养方案调整,把多轴数控加工技能等级证书考核内容融入到课程中,补齐技术和教学内容短板,使专业教学内容覆盖对应职业技能等级证书考核内容,逐步完善课程体系,实现课证融通和书证融合.这样既能减轻考试前教师的额外负担,又能有效地提高学生的专业技能水平和考证通过率.在日常教学中,要使质量意识贯穿整个数控加工教学和职业技能等级考试中.

学生要想顺利通过多轴数控加工技能证书考试,除具备机械识图、金属材料及热处理基础、普通机械加工、误差测量分析基础、数控加工工艺与编程技术、CAD/CAM 技术基础等方面的知识外,还需要熟练掌握数控加工仿真及实操加工技能,能在保证表面质量和尺寸精度的前提下限时完成工件加工.为此,应在机械零部件识图与绘图、机械测绘与CAD、三维造型技术与应用、机械零件技术测量、数控加工工艺与编程、CAM 技术及加工中心等课程的基础上增加数控车削加工实训、数控多轴加工技术等选修课程,为学生顺利通过多轴数控加工技能等级考核和在数控加工岗位零距离就业奠定基础.

4 需进一步解决的问题

(1)提高教师的专业素养

提高教师的专业素养是高职院校保障教学质量的重要途径[4].学院应加大软件造型编程及数控加工技能师资培训力度,不断提高教师综合素质及专业技能水平,逐步实现由专业教师向专业技师的转变,真正使专任教师具备“双师”素质.

(2)增加设备数量

设备是开展数控加工实训教学活动的基础[5].学院现有的多轴加工设备,在恢复智能制造产线正常运行的情况下,只有一台四轴机床可用于日常教学,不能满足多轴数控加工技能的培训要求,应在现有设备基础上再增加2～4 台五轴数控加工中心机床.