引入信息技術(shù)的數(shù)控加工工藝教學實踐

杜俊

摘 要：數(shù)控加工工藝是機械加工、數(shù)控技術(shù)等制造類專業(yè)的核心課程，也是從事相關(guān)工作必須具備的知識與能力。本文以典型的臺階軸工藝分析和加工為例，討論數(shù)控加工工藝的教學過程，并與利用信息化教學手段后的數(shù)控加工工藝教學對比分析，探討利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育思維開展職業(yè)教育教學改革。

關(guān)鍵詞：臺階軸加工工藝分析；數(shù)控加工與編程；“互聯(lián)網(wǎng)+”教育思維

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】B 【文章編號】1008-1216（2016）07C-0089-02

數(shù)控加工工藝是職業(yè)學校數(shù)控專業(yè)的一門核心課程，編制加工零件的加工工藝，制訂合理的零件加工工藝規(guī)程，是教學的重點內(nèi)容。

在企業(yè)生產(chǎn)過程中，零件加工工藝是否合理，直接影響工件產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)乎企業(yè)勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。軸類零件是最常見最典型的零件之一，廣泛應用在各類機械裝備或汽車、洗衣機等生活用品中，最具有代表性。軸類零件在設備中支承齒輪、帶輪等傳動零件，傳遞轉(zhuǎn)矩或運動。按照結(jié)構(gòu)形式，通常將軸類零件分為光軸、臺階軸和曲軸三類，一般包括圓柱面、圓錐面、孔、螺紋、溝槽、球面等，其中臺階軸零件的加工工藝反映了軸類零件加工的基本規(guī)律和主要內(nèi)容，是職業(yè)學校機械加工、數(shù)控技術(shù)等專業(yè)教學和實習實訓中最基本最重要的必學必練內(nèi)容。

本文以減速箱中的傳動軸為例，分析信息技術(shù)在臺階軸的加工工藝教學中的應用。

一、傳統(tǒng)的臺階軸工藝規(guī)程分析

（一）臺階軸零件圖分析

分析臺階軸零件圖工藝，不能就零件圖分析零件圖，要結(jié)合零部件裝配圖、產(chǎn)品總裝配圖和工件驗收標準綜合分析，在此前提下，分析零件的幾何結(jié)構(gòu)特點、加工精度、選用材料、熱處理方法等技術(shù)要求。傳動軸由不同直徑的圓柱面、螺紋、退刀槽、越程槽和鍵槽等組成，由零件圖標注尺寸看出外圓面（P、Q）、軸頸（M、N）和軸肩（G、H、I）有較高的尺寸精度、位置精度和表面質(zhì)量要求，這是由傳動軸工作性能與條件決定的，傳動軸外圓P、Q和軸頸M、N的加工是關(guān)鍵工序，這些技術(shù)指標和熱處理要求都必須在加工中得到保證，這樣才能保證傳動軸成為合格產(chǎn)品，確保加工質(zhì)量。

（二）毛坯材料和尺寸的確定

加工零件的毛坯選擇是由零件圖提出的技術(shù)要求決定的。毛坯材料選擇是否合理直接影響零件的質(zhì)量和機械性能，還要考慮零件的加工成本和材料成本。減速器傳動軸屬于一般傳動軸，材料選為45鋼比較理想，45鋼也是公認的制造軸類零件、螺栓的主要材料。傳動軸外徑尺寸在￠30-￠52之間，選擇￠60mm的熱軋圓鋼作為毛坯最合理。

（三）關(guān)鍵表面加工方法的確定

減速器傳動軸結(jié)構(gòu)主要是回轉(zhuǎn)表面，如傳動軸表面P、Q、M、N的公差等級為IT6，表面粗糙度為Ra=0.8 um，確定采用加工方法是：粗車→半精車→磨削。

（四）加工定位基準的選擇

為保證零件的尺寸和位置精度必須合理選擇定位基準，包括粗基準和精基準。一般情況下把非加工面作為粗基準，只使用一次。按照基準重合原則選擇精基準，并且選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠的表面作為精基準。同時盡可能選設計基準或裝配基準作為定位基準，在多數(shù)工序中使用，使測量基準與定位基準重合。減速器傳動軸的主要配合表面（P、Q、M、N）及軸肩面（G、H）對基準軸線A-B均有徑向圓跳動和端面圓跳動的要求，又是實心軸，故應選擇兩端中心孔為基準，采用雙頂尖裝夾方法，以保證達到零件的技術(shù)要求，粗基準采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。

（五）傳動軸的工藝路線確定

加工精度要求較高的零件，應將粗加工、精加工分開進行，以保證加工零件的質(zhì)量。傳動軸加工工藝可以分為粗車、半精車、粗磨和精磨三個階段，在粗車外圓之后，半精車外圓之前，安排傳動軸調(diào)質(zhì)處理。由此傳動軸工藝路線確定為：下料→車端面、鉆中心孔→粗車外圓→調(diào)質(zhì)處理→修研中心孔→半精車外圓、切槽、倒角→車螺紋→劃加工線（鍵槽）→銑鍵槽→修研中心孔→磨削→檢驗。

（六）擬定工藝過程，編制工藝過程卡及工序簡圖

按照上面確定的傳動軸加工工藝路線，教師查閱《切削用量手冊》和《機械加工工藝手冊》，確定每個工序的切削用量，編制加工工藝過程卡并繪制加工工序簡圖。

二、數(shù)控加工程序編制

選擇在數(shù)控機床上加工減速器傳動軸，需將編制好的零件加工工藝規(guī)程，編制成為數(shù)控機床操作系統(tǒng)可以識別的加工程序，將程序輸入機床，即可加工出合格零件。

（一）數(shù)控編程的方法

數(shù)控編程可分為手動編程和自動編程兩種方法。采用手動編程時，從零件圖分析開始，制定工藝規(guī)程、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟均由人工完成，適用于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件加工。由空間曲面組成的和幾何形狀復雜的零件，編制程序量很大，計算數(shù)值工作煩瑣，程序校驗困難，工作量大，手動編程完成困難，這時可利用計算機完成大部分工作程序編制工作，即自動編程?？梢娛謩泳幊淌亲詣泳幊痰幕A。

（二）數(shù)控編程的步驟

首先根據(jù)工件零件圖，編制零件加工工藝規(guī)程。其次根據(jù)工藝規(guī)程進行數(shù)值計算，確定輪廓相鄰幾何元素的交點或切點坐標值，明確幾何元素的起點終點和圓弧的圓心坐標值。最后，按照確定的坐標值、加工參數(shù)和輔助動作，利用數(shù)控機床配置的數(shù)控操作系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標指令代碼和程序段格式，編寫零件加工程序，輸入數(shù)控機床CNC裝置的存儲器。

（三）數(shù)控模擬運行及自動加工

編制好的數(shù)控加工程序輸入選用的數(shù)控車床后，首先進行對刀，在機床上進行加工程序校驗，模擬加工路線是否存在干涉、過切、出錯等問題，經(jīng)過修改程序、保存，再校驗，直到程序完全正確，達到零件圖技術(shù)要求。這時再將毛坯在機床上裝夾好，調(diào)用模擬運行好的程序，進行自動加工直至程序結(jié)束，卸下加工好的零件，完成零件生產(chǎn)任務。經(jīng)過這樣的模擬運行，避免了打刀等損壞機床部件的現(xiàn)象發(fā)生，消除了操作人員的人身安全隱患。

（四）零件加工精度及質(zhì)量檢查

用游標卡尺、千分尺等測量工具對零件的尺寸精度、粗糙度進行檢測，并與零件圖的技術(shù)要求進行對比，滿足所有尺寸精度、位置精度和表面質(zhì)量要求即為合格產(chǎn)品，完成檢驗工序，將產(chǎn)品放置在成品區(qū)。

三、引入教學軟件的數(shù)控工藝教學實踐

社會發(fā)展已經(jīng)進入“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，教師將信息化手段引入教學，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育思維開展教學改革和教學實踐，是時代的要求，也是職業(yè)教育發(fā)展的需要。學校利用“CAXA制造工程師”教學軟件開展數(shù)控加工及編程操作課程，收到了很好的教學效果。繼續(xù)以臺階軸加工教學為例。

1.課程引入從“工作任務描述”開始。學校數(shù)控車間接到XXX機械廠一批減速器傳動軸零件的加工任務，要求在2天內(nèi)交付使用。

2.學生以學校車間工人的角色，在規(guī)定學時內(nèi)完成零件圖解讀、三維造型、二維繪圖、工藝分析、數(shù)控編程、模擬生產(chǎn)加工、質(zhì)量檢驗、真實加工、總結(jié)評價等任務。

綜上所述，教師利用教學軟件開展數(shù)控工藝的教學，將傳統(tǒng)的軸類零件加工工藝分析與數(shù)控加工技術(shù)、數(shù)控編程與操作等知識整合為一體，將學科知識轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€工作任務，創(chuàng)設了一個與學生將來工作崗位結(jié)合的工作情境，利用信息技術(shù)手段，開展網(wǎng)上交互學習，學習內(nèi)容綜合且貼近工作。教學手段現(xiàn)代且融入生活，符合學生互聯(lián)網(wǎng)原居民的成長經(jīng)歷和職業(yè)需要，滿足了學生的心理需求，使教學更形象、直觀、簡捷易懂，增加了學生的學習興趣和學習主動性，收到了非常好的學習效果，為制造類專業(yè)的教學改革積累了經(jīng)驗，提供了有效的方法和途徑。

參考文獻：

[1]丁文政，王娟，汪木蘭，侯軍明.數(shù)控裝備維修的綜合實踐項目[J]. 實驗室研究與探索， 2013，（7）.

[2]李鐵鋼，范智廣.數(shù)控加工工藝與編程課程教學體系建構(gòu)[J]. 沈陽工程學院學報，2012，（1）.

[3]汪木蘭，周明虎，張艷麗.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”中系列化探究式項目教學的設計原則[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2011，（23）.

[4]孫樹峰.“數(shù)控加工工藝”課程教學改革與應用型創(chuàng)新數(shù)控人才培養(yǎng)[J]. 長春理工大學學報， 2010，（11）.