数控多轴正逆向制造实训基地建设探索

郑绍芸

摘要：本文阐述了多轴正逆向制造发展趋势，基地建设的必要性，以五轴加工中心、五轴仿真模拟面板、三维扫描仪、3D打印机等为主的加工、逆向、快速成形先进前沿设备，形成多元化的先进制造实习链，满足、丰富实训内容，提升学生社会就业竞争力。

Abstract： This paper describes the development trend of multi axis forward and reverse manufacturing， the necessity of base construction， advanced cutting-edge equipment such as five axis machining center， five axis simulation panel， three-dimensional scanner， 3D printer， etc.， to form a diversified advanced manufacturing practice chain， meet and enrich the training content， and improve the social employment competitiveness of students.

關键词：多轴;正逆;理实一体;实习链

0  引言

近几年我国加工制造业得到了空前发展，数字制造技术的提升促使了我国相关制造技术的更新换代，传统加工设备的使用率在合理的范围内逐渐减少，同时先进数控装备的使用率日益增加，然而为了满足不断提高的产品精度、速度、难度等要求，高端数控装备的发展与使用已经成为了制造业发展的必然趋势，五轴数控机床作为高端装备的代表，受到了制造业的广泛追捧，然而能够操作五轴数控设备的技术工人却出现了严重短缺。同时随着加工产品日益复杂，很多多轴产品零部件没有原始图纸、文档或CAD模型，为了能快速获取零件的模型，提高零件产品的自主化，快速加工出零件的原形，必须借助扫描仪对所加工的零部件进行点云数据的获取，采用CAD软件重塑模型，最后进行加工。

本文通过数控多轴正逆向制造技能提升实践探索，以适应企业人才需求，提高学生学习兴趣。

1  增加多轴数控设备，适应需求

在数控技术面向自动化、智能化、高速化和高精度发展的今天，五轴数控加工设备在企业中的应用越来越多。简单的三轴数控机床加工操作岗位缺少市场竞争力，其工资待遇和发展空间都有很大的局限。掌握五轴数控加工设备的操作及编程已经成为企业对高技能人才的需求，主要体现在以下三点：

1.1 数控多轴加工技术人员的职业现状、行业人才需求需要

目前企业对多轴加工设备的操作人员和多轴加工程序编制的人员的需求旺盛。同时通过调研，调研人员了解到这些企业对多轴加工设备和技术人员需求旺盛的原因主要是：一是随着现在制造企业之间的加工价格竞争越来越激烈，同时招工越来越难，而多轴加工设备能够减少工位人员的需求;二是随着国家经济结构不断优化，产业升级转型大势所趋，依靠廉价劳动力获取企业利润的时代基本终结，而多轴加工设备相比其他传统的数控机床能够产生较高的附加值，这一点正是许多企业进行装备升级的重要动力。

综合上述几点的分析，多轴加工技术人员不仅在企业有较高的薪酬待遇以及较好的发展空间，而且是市场紧缺型高技能人才，潜在的需求量巨大，目前数控五轴加工技术应用工程师培养主要来自设备厂商和企业培养两个途径，相关培训教材来自于设备厂商的培训材料，显然无法解决企业批量人才需求。

1.2 数控高、精、尖产品加工需要

在全球工业高速发展的背景下，先进制造技术高速发展，使得未来制造业发展的主要趋势是向精密化、数字化、智能化、集成化、柔性化、网络化的方向发展。数控多轴技术是制造领域质量技术保证、高效率生产、低能耗生产的重要现代制造技术，如以下零件在三轴机床要经过多道工序才能完成，零件形位精度也不一定能保证，但用五轴设备只需一次装夹即可完成，不但加工效率高，精度也高。零件模型及加工如图1到图3所示。

1.3 学生技能培养需要

随着改革开放、产业升级获得空前的发展。越来越多的企业对于学生的全面素质和综合能力提出了越来越高的要求。不仅要求学生具备精湛的单一加工技能，还需具有综合的加工能力，因此传统的单一技能教学已经越来越不适应教育的发展要求，由于五轴技能涵盖了三轴、四轴技能，购买五轴设备后，能更好的把理论教学与职业技能训练相结合。注重感知、操作，强调学生学习的主体性。这种一体化教学模式能很好解决理论教学和实践教学脱节问题，减少理论课之间及理论与实操课之间知识的重复，增强教学直观性，充分体现学生主体参与作用，必将有助于教学质量的提高和高技能人才的培养。

1.4 参加职业技能大赛需要

技能竞赛能够激发学生对专业知识和职业技能的学习兴趣和热情，开拓学生视野和知识面，吸引学生投身到中国制造，而函盖五轴加工的技能大赛是中国机械行业职业院校的顶尖赛事。数控高级人才培养除了需要研究开发、设计制造人才，还需要操作、编程、维修、后处理人才，目前学校亟需一套高级人才培养方案、一套精选教材、一个开放式的基地、一支有实践经验的人才队伍、一套标准机制以及产学研一体化合作。五轴数控技术大赛的举办，正好为国内数控高级人才培养带来了很好的促进作用。

2  增加逆向、快速成形、虚拟仿真设备，适应实训配套需求

2.1 增加三维扫描仪，实现逆向加工

五轴零件相对三轴、四轴零件比较复杂，在先进制造技术高速发展的今天，目前很多产品零件部件没有原始图纸、文档或CAD模型，为了能快速获取零件的模型，提高零件产品的自主化，快速加工出零件的原形，这必须借助扫描仪对所需加工的零部件进行点云数据的获取，采用CAD软件重塑模型，最后进行加工。

2.2 增加3D打印机，便于快速读图

五轴零部件图纸相对三、四轴零件不但形状很复杂，而且尺寸很多，老师读图都很困难，况且是学生，更容易读错，加工出废品，为了能让学生快速读懂复杂的五轴零部件图纸，可以在上课前预先把加工图模型打印出，让学生对零件整体形状、尺寸上有个感性认识，减少加工废品率，所以购进一台打印机，多轴基地现场可随时打印零件模型，提高学生读图能力，高效加工实训。

2.3 增加虚拟仿真设备，高效加工、防止碰撞

五轴加工中心相对其它三、四轴设备昂贵的多，并且参加实训班级人数一般会在30人左右，为了防止加工过程中机床产生碰撞，增加实习工位，购买五轴操作模拟机，机器的整体尺寸与教室中的课桌大小相近，可以直接摆放在课桌上，教师机用于教师操作演示，演示过程可同步显示在投影仪上，可以实现高效加工、防止碰撞。

2.4 增加五轴设备，增强教师、学生实际加工能力

为提升学生综合高技能，提高人才的竞争力，结合本校实际情况、其它学校、企业五轴使用情况，五轴性价比等多个方面进行考虑，在五轴机床的购置方面可以考虑分购置多台国产组装五轴加工中心，形成一定的小规模，便于展开教学，同时价格相对便宜，维修费用低，周期又短，又具有一定的金属切削能力，系统可以选择目前社会、企业流行的数控系统，通过五轴加工中心购进能让学生对五轴加工流程不但有一个整体的掌握，还通过五轴实训练习能掌握一定的企业类似产品的实际加工能力，从而培养和提升学生五轴机床编程与加工产品的全过程加工能力。

3  多轴正逆向实训室功能定位

培养五轴应用及逆向人才、开办五轴正逆向加工教学在中国制造2025的号召下已经成为各职业院校发展的重点，所以项目的实现是在学院现有数控专业建设的基础上，以多轴加工技术五轴数控加工中心为核心，以实际项目开发为主线，以达到实训、培训、服务、科研、竞赛、鉴定功能六位一体的“教学工厂”模式教学。

①教学、培训：充分应用平台，在相关的数控、模具、机械等专业开展教学、培训工作，以适应企業技术进步对人才技能的要求;

②创新能力培养：通过平台训练，掌握企业从“开发设计—加工制造—加工效率—节拍优化”的全过程，形成较系统的概念和感性认识，培养学生的创新思维;

③校企合作：开发平台潜在功能，成为学校周边企业提供技术支持与服务的平台，提高为企业技术服务的能力和校企合作深度，锻炼一批熟练掌数控五轴加工技术、逆向加工技术的双师队伍，提升学校影响力;

④科研活动：应用平台的技术及设备，依托高校和科研单位的科研拉动，鼓励教师逐步开展企业相关课题、科研活动，提高教学水平，促进教学与科研的良性互动。

4  结束语

通过数控多轴正逆向制造技能提升实践探索，建设基于多轴正逆向制造平台，为教师“赋能”，让教师既能在学校授课，又能攻关企业技术难题，还能在培训机构开展职业资格培训，同时也实现虚拟仿真，逆向、3D打印，五轴加工理实一体的实习链，将信息化、逆向打印工程、精密制造与数控专业融合，将数字化制造作为本专业主要培养的技术技能，形成虚拟制造、绿色制造、装备制造三个未来发展方向。丰富实训设备的种类，扩展实训的项目模块，提高学生的综合技能水平，为学生更好的适应企业的人才需要打下了良好的基础。

参考文献：

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[3]徐金亭，牛金波，陈满森，孙玉文.精密复杂曲面零件多轴数控加工技术研究进展[J/OL].航空学报：1-27[2020-12-18].