基于虚实结合的五轴加工技术实训方案设计

了五轴加工虚实结合的实训方案；以全国技能大赛赛题为项目载体，采用项目教学法的综合实训模式，克服了高职院校

缺少五轴加工设备的现状；采用新旧知识耦合，巩固已学知识和技能；对知识进行逐级递进式分解，深入浅出；经过实际

教学验证，实训方案可以提高学生对数控加工技术的综合应用能力（关键词 五轴加工；虚实结合；实训；NXUG； VERICUT中图分类号 G712 文献标志码 A 文章编号 1671 — 8100（2019）04 — 0088 — 062015年国务院颁布的《中国制造2025》行动

等。其中，UGNX的刀轴矢量控制更加灵活，所 带的插补刀轴矢量控制和顺序铳削等编程功能可

纲要及教职成30164号文件《制造业人才发展 规划指南》，明确指出要发展“高档数控机床”并

以使用户轻松地完成五轴加工⑵。因此，本实训 项目选取UGNX10. 0作为CAM软件。表1五轴加工中心技术参数行程X/Y/Z轴行程培养该领域高技术人才-/。目前，五轴加工技术

1实践性强、刀轴位姿控制复杂、设备昂贵等特点， 导致高职教育五轴加工技术教学实训环节存在 课时不足、效果不理想等问题。在缺少设备的现

A/C轴行程主轴转速510/510/460mm+ 30°.〜一120°. ? /360°.状下，如何把复杂的五轴加工技术引入数控应用

CNC装置刀具最大直径12000rpmMAZATROL MATRIX技术课堂成为各高职院校都面临的问题。笔者 以全国技能大赛赛题为项目载体，基于CAM软 件NXUG10. 0与加工虚拟仿真软件Vericut8. 1. 1,开发了虚实结合的五轴加工技术综合实训

项目。!80加工虚拟仿真软件有两种，一种是CAM软

件自带的仿真功能模块，针对自身产生的刀路轨 迹进行仿真;另一种是第三方虚拟仿真软件。目

前市场上广泛应用的是VERICUT,该软件可以 进行机床仿真和刀具轨迹验证，模拟机床加工过

1实训资源简介1.1实训硬件实训I硬件设备选取日本山崎马扎克株式会社 生产的型号为VARIAXS 500 — 5X II的五轴联

程，避免机床碰撞事故；还可以对程序进行优化,

提高生产效率，改善零件表面质量［3—5］（除了考

虑教学效果,也考虑软件在五轴加工技术领域的 实用性，本实训项目选取VERICUT & 1. 1作为

虚拟仿真平台。动加工中心一台，普通数控车床一台，四轴立式加 工中心一台。五轴加工中心主要技术参数如表1 所示。1.3教学载体教学载体选自第八届全国数控大赛一教师职 工组（多轴联动加工技术）样题，CAD模型如图1

1.2实训软件所示。自2008年以来，技能大赛引领了专业发

常见的CAM软件有UGNX、CATIA、Pro/

E、 Mastercam、 CimatronE、 Surfcam、 Powermil收稿日期#019 — 08 — 24作者简介：赵华，女，硕士，副教授，研究方向：机械制造及其自动化（

展，大赛资源转化为教学素材，推动了专业教 学［6］„全国技能大赛的赛题内容设计符合企业与88•基于虚实结合的五轴加工技术实训方案设计 赵 华行业的生产需求，跟踪产业新技术，贴合现场工艺 总课时36学时。实训目标是提高学生对CAD/

CAM技术、刀具、五轴加工操作、五轴机床参数

要求，可以集中反映职业标准和岗位要求。第八 届全国数控大赛教师职工 轴联动加工技术赛

设置、五轴编程、五轴工艺、五轴后置、代 配等技能的综合运用能力。项目

「输、项的赛题，包含的几何 类 ，装配精度要小组形式求高。通过该项目的 ，学生的CAD/CAM技 展开，以学生实际操作为主，以老师教学为辅。术、多轴联动编程技术、加工技术等都会有显著提 咼。实 目 实结合的方式展开。所谓虚实结合是指 实

真与实际操作交替出现-—9/。目的虚实结合的主要理念为：“有虚有实、先虚后实、以虚促实、能虚不实\"以此来解决

五轴加工中心设 2.2项目分解贵，数 足的问题。根据实际加工工艺流程把实训项目分解成若

目，具体如表2所示。3 项目分析图1 第八届全国数控大赛一教师职工组（多轴联动

加工技术）样题CAD模型3. 1教学重点实训项目面向的对象是已经完成了数控机床

2 实训项目设计操作职业技能鉴定，并取得中级和高级的学生，实

目主要目的是查漏补缺的同时

2. 1 总体设计学生学习五轴加工技术。因此实 工和五轴 动 工是

目 的 点是定

目的教学重点主要是实训项目面向的学生是具有一定理论基础及 实操基础的数控技术、模具、机械设计与制造专业

五轴加工技术部分,而对于五轴加工技术,定向加

的 能， 因 实的学生。在学生 数控机床操作职业技能鉴定 并取得中级和高级之后，开展此实训课程。实训工和五轴 动 工的指令和编程方法。工作任务熟悉五轴机床的基础操作表2实训项目子项目分解表号目名学时教学目标122机床综合操作4488822培养五轴机床的操作能力提高学生对图纸的综合分析能力；CAD建 模能力CADCAM对项目图纸进行分析；将工程图转化为3D 模型提高学生的工艺规划能力；提高学生对NX-UG10. 0软件的综合应用能力培养学生 VERICUT对NC程序进行真 的能力工工艺规划、加工工艺参数设置、创建刀具、坐标系、工序；规划 轨迹；后处理3VERICUT虚拟仿真实际加工检验及装配配置VERICUT仿真模型；刀具轨迹验证，具夹具机床加工 真选择最合理的加工方案进行实际加工检验456提高学生对各类机床的综合应用能力提高学生对常用测量工具的应用技能* 配实 目重点难点RTCP、后处设计、VERICUT仿真机床及系统配

总结巩 学 与技能；引导学生规划五轴加工技术学习方；

置等32教学五轴 工技术的 点在于 具 轴位 控制

刀路轨迹规划方法和刀轴位姿控制方法，是教学点4 教学实施由于实训对象已经具备一定知识技能，因此89

的复杂性及加工过程干涉的难预测性，这使得五

轴加工不得不借助于CAM平台和 真平台。其中CAM平台NXUG10. 0提供了大量的•武汉船舶职业技术学院学报2019年第4期以学生为导向的自主应用为主，以教师的点拨引

工方式之一「9/。五轴定向加工指的是在五轴机床

轴固定在一个方

工，一般应用辅, 点难点 递进的分解教学指导。以零件“基体”为例，给出实 的知识于 工、 工，也可以用于无曲面分解示例，如表3、表4所示。41

加工面加工要求低的型腔精加工。五轴定向加工是五轴加工中最经常使用的加表3定向加工重点难点内容分解示例序号

加T方法及加T-区域重点参数设置刀路轨迹效果型腔铳：主要用于移除大量区域 材料，沿着垂直于固定刀轴 〜

1的平面层进行切削。加T区域：内凹曲面及平台 部分的粗加T刀具 ©16立铳刀 选择__________________刀轴 +ZMAxis 选择底壁铳削：同时加工底面、

壁以及底面和壁的组合。加T区域：立侧面的精加T壁选择

刀具

选择2

统的控制下同时协调运动加工。五轴联动加工主

要用于复杂曲面的加工。90•基于虚实结合的五轴加工技术实训方案设计 赵 华序号加工方法及加工区域表a

重点参数设置刀路轨迹效果可变轴曲面轮廓铳：沿

部件轮廓移除材料，对 轮廓已加工的曲面区 域进行精加工，加工过 g

R4球头铳刀1程可以定义不同的刀 轴位姿。al插补矢量加工区域：内凹曲面的 精加工。切区可变轴外形轮廓铳：使面削底 ZM 用刀具侧面来加工倾 斜壁，加工过程根据壁 2自动改变刀轴以获得 光滑刀轨。加工区域：底面内弧面壁选

精加工。择

S

© 16立铳刀鴛自动控制.Sh顺序铳削：连续加T一

系列边缘相连的曲面。 可以通过控制刀轴使 刀具准确地沿曲面轮 廓进行。加工区域：裙面的精加 工。© 16立铳刀91•武汉船舶职业技术学院学报2019年第4期4.3仿真及加工件。依次将坐标系、刀具设置好，将毛坯、夹具模 型和NC程序导入VERICUT 8. 1. 1,进行虚拟仿 真，如图2所示。在虚拟仿真平台VERICUT8. 1. 1的机床模

型库中调取mazak_variaxis500. meh文件，在数

控系统模型库中调取mazatrol_matrix_m. ctl文

图2 VERICUT虚拟仿真环境及仿真结果由于机床设备短缺，因此经过对虚拟仿真结 评比，选

解等教学方法。经过实际实训教学验证,该实训

削效

3所示。的 实方案& 学生巩固了 学过的 和技能,际加工并装配，学生作品 且使深 的五轴加工技术更易理解，调动了学生的积极性。参考文献1王小荣，王朝琴.以全国数控技能大赛为契机构建本科毕业设

计新模式 J 实验技术与管理,2016,33(12) )86 — 207.2王华侨，张颖，王建国•典型CAM平台数控铳削加工编程功

能对比应用 J 航空造技术,2008,(2))8 — 433郑金兴，程慧•基于UG/CAM和VERICUT的复杂零件数控

加工仿真 J 模具制造,2006(11)) — 134陈波，赵福令.基于UG与VERICUT的虚拟机床技术研究

:D/大连：大连理工大学，2005.5赵立忠，郭登月，马云辉等.基于VERICUT的数控仿真环境

建立与教学应用实验室研究与探索,2013,32(1) = 24 —

图3 优秀作品装配体52019年2月13 B，国务院印发《国家职业教

326吕景泉，吴淑媛，汤晓华•技能大赛：引领职业教育教学改革发

展走向新高度中国职业技术教育，2017,(16) )9 — 105.7上官林建,运红丽•智能制 真工程训练项目设计与实践 J 实验技术与管理,2019,36(8) )11 — 214.8崔立军，王燕霜，张国亮等•基于微课程和虚实结合的车铳加

工中心实训课程研究教育教学论坛，2019,(35):265 —

2669郎永兵.CAXA V2011五轴定向加工及后置设置［J/.金属加

工(冷加工),2011,(20) )9 — 80.育改革实施方案》，明 “职业院校实践性教学课时原则上占总课时一半以上”。五轴加工技 术的实践课

何开展将会是高职数控类专业急决的问题。本实训方案在五轴机床数量有限

的 下& 实结合，新 合，逐级分92•基于虚实结合的五轴加工技术实训方案设计赵华Design of Five Axis Machining Skills Training Scheme

based on Virtual Reality TechnologyZHAO Hua（Tianjin Vocational College of Mechanics and Electricity,Tianjin 300131,China）Abstract: The CAM softwareNX10. 0 and virtual simulationsoftware VERICUT8. 1. 1 have

been introduced into five axis machining skills training class of vocational education. A five axis machining skills training planwasput forward, with the national skills competition con­

test for project carrier, using comprehensive-project training mode& by which higher voca- 7ionalcolegescanovercome7helackoffive-axismachiningequipmen7.Oldandnewknowl-

edge coupling in the scheme & consolidate the knowledge and skills. The result of teaching prac7iceshow7ha77his7rainingschemecanac7ualyimproves7uden7s'comprehensiveapplica- 7ionabili7yofNC machining7echnology.Key words：five-axis machining； training； virtual reality； NXUG；VERICUT（责任编辑：程洁）（上接第83页）Construction and Application of \"Internet + \"Online Course for

InnovationandEntrepreneurshipTrainingJIANG Xian-liang（Wuhan Institute of shipping technology, Wuhan （30050, China）Abstract: Withrapid development of information technology, more and more teachers use va-

riousne7work mul7imedia and informa7ion7echnology7o carry ou7curriculum cons7ruc7ion. Due7o7heuseofne7work7echnologyindaily7eaching7hespaceand imecons7rain7scanbe

broken7oacer7ainex7en7whichcanefec7ivelysupplemen7classroom7eachingcon7en7sand enrich teaching methods. Therefore& the construction of online open courses in the \"Internet + ' era is the top priority. This paper discusses the characteristics of innovation and entre- preneurshiptrainingonlineopencoursesandputsforwardthestrategiesofcourseconstruc-

, ,,tionandapplication.Key words： ' internet + ' ； innovation and entrepreneurship ； online open courses ； construc-

tionandapplication（责任编辑：程洁）93