零件多軸加工技術(shù)教學(xué)的職業(yè)能力培養(yǎng)

王凌云 王丹 黃紅輝 周立波

摘 要：以殼體類(lèi)零件數(shù)控多軸加工加工為例，探索職業(yè)能力培養(yǎng)在《數(shù)控多軸加工技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用，闡述了大學(xué)生工程職業(yè)技能訓(xùn)練在課程教學(xué)改革中的具體措施。實(shí)踐證明，通過(guò)數(shù)控多軸機(jī)床加工工藝制定、多軸機(jī)床后置處理程序的設(shè)以及加工能力的訓(xùn)練，學(xué)生綜合職業(yè)能力和創(chuàng)新能力得到了較大的提高。

關(guān)鍵詞：殼體類(lèi)零件多軸加工 教學(xué)改革 職業(yè)能力培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G71 文 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）5（b）-0136-02

以殼體類(lèi)零件多軸加工教學(xué)為例，探索數(shù)控多軸加工技術(shù)課程對(duì)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)。零件曲面較多，側(cè)面還需要刻字，使用三軸數(shù)控銑床加工，在使用球頭刀加工曲面時(shí)，由于球頭刀的球心的切削速度為0，主軸與工件的相對(duì)角度也是固定的，因此其表面質(zhì)量很難達(dá)到統(tǒng)一。在使用三軸機(jī)床加工側(cè)面文字時(shí)，因文字是在曲面上的，三軸無(wú)法保證刀軸一直處于曲面的法向上，加工出來(lái)的文字容易出現(xiàn)粗細(xì)、深淺不均勻的情況且加工之前需要重新裝夾工件；五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)用于復(fù)雜多面體零件在一次安裝條件下，通過(guò)增設(shè)的機(jī)床回轉(zhuǎn)軸可以方便地完成除安裝基面外所有平面的銑、鉆、鏜等加工；不僅如此，而且在加工斜面時(shí)，通過(guò)刀具或工件的回轉(zhuǎn)，可以使刀具更好地接近加工表面，縮短刀具伸出長(zhǎng)度，有利于提高切削能力和刀具壽命；此外還能解決依靠直線軸運(yùn)動(dòng)無(wú)法解決的內(nèi)凹表面的加工。因此利用五軸數(shù)控加工中心加工曲面可以獲得更好的表面加工質(zhì)量，減少裝夾次數(shù)；工作任務(wù)包含零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析、零件制造的機(jī)械加工工藝過(guò)程的分析、機(jī)床的選擇、切削刀具的選擇、加工參數(shù)的選擇、利用UG 軟件對(duì)零件復(fù)雜曲面的加工刀路進(jìn)行設(shè)計(jì)、數(shù)控程序的編制及數(shù)控程序的仿真加工。對(duì)五軸加工的特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)加工中可能會(huì)發(fā)生的干涉利用VERICUT軟件進(jìn)行充分的檢查。

1 零件的加工工藝分析

1.1 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析

如圖1所示，是一個(gè)殼體類(lèi)零件，材料為45#鋼，為小批量生產(chǎn)，零件的整體以曲面為主，一個(gè)大平面，一個(gè)小平面，三個(gè)φ13 腰型槽，三個(gè)φ6 腰型槽，R1、R3、R4 圓角面，R14.21、R7.16 大曲面等。整個(gè)零件都以曲面為主，側(cè)面還需要刻字，因此需要采用五軸數(shù)控加工中心加工。

1.2 工藝路線的確定

根據(jù)零件的形狀、技術(shù)要求和生產(chǎn)性質(zhì)制定出工藝路線并填寫(xiě)機(jī)械加工工藝過(guò)程，工藝路線主要為：備料-預(yù)備熱處理-加工基準(zhǔn)面-數(shù)控多軸機(jī)床加工內(nèi)外形面。

2 數(shù)控加工工序的確定

2.1 機(jī)床的選擇

采用工序集中的加工原則，零件的曲面較多，且在曲面上還需要刻字，因此選用VMC0656e 五軸數(shù)控加工中心來(lái)完成加工任務(wù)。

2.2 刀具的選擇

由于該零件有內(nèi)輪廓和外輪廓，因此選用Φ12的90°可轉(zhuǎn)位刀具進(jìn)行粗加工，Φ10和Φ6的整體式硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行平面和鍵槽的精加工，曲面部分采用Φ6的2刃整體式硬質(zhì)合金球頭刀?？套植糠植捎忙?的圓角銑刀。

3 夾具設(shè)計(jì)

夾具裝配圖如圖 2所示，偏心夾緊機(jī)構(gòu)22是利用偏心件的幾何中心和回轉(zhuǎn)中心不同，形成一個(gè)弧形楔塊逐漸楔入“基圓盤(pán)”與工件之間，從而夾緊工件。 氣動(dòng)夾緊是通過(guò)給氣室中充入氣體，使得由塑料構(gòu)成的下氣室18發(fā)生膨脹，推動(dòng)杠桿14，杠桿推動(dòng)導(dǎo)向元件3，導(dǎo)向元件推動(dòng)卡爪3繞著卡爪連接座11轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。

4 零件的加工仿真

并將軟件生成的程序的保存成TXT文件，VERICUT軟件可以直接導(dǎo)入TXT進(jìn)行模擬。目前的五軸機(jī)床相比三軸機(jī)床和老的五軸機(jī)床多了RTCP功能，該功能的作用是在A軸或C軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具還能保持在坐標(biāo)系中的位置。即坐標(biāo)系會(huì)隨著工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行自動(dòng)偏置補(bǔ)償，這樣使得編程人員不用再去根據(jù)每把刀具的長(zhǎng)度預(yù)先計(jì)算出偏置量，減少了編程了工作量。

在正式的加工前，要對(duì)程序進(jìn)行充分的檢查，檢查是否存在刀具與夾具碰撞的可能，過(guò)切，欠切等一切造成工件報(bào)廢和機(jī)床損壞的情況。因此需要編寫(xiě)加工程序，使用仿真VERICUT軟件進(jìn)行加工仿真。仿真結(jié)束后，在零件視圖中可以得到較為精細(xì)的模型顯示，檢查是否有過(guò)切和欠切，結(jié)果如圖3所示。確認(rèn)程序沒(méi)有問(wèn)題之后，可以到機(jī)床上進(jìn)行首件試切。

5 零件的加工

將加工程序輸入VMC0656e五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，注意刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償，對(duì)刀完成后進(jìn)行零件的加工。通過(guò)類(lèi)似的曲面殼體零件數(shù)控多軸加工的工程應(yīng)用能力的訓(xùn)練，學(xué)生職業(yè)技能得到較大的提高。

6 結(jié)語(yǔ)

學(xué)生接受數(shù)控多軸加工職業(yè)技術(shù)能力訓(xùn)練以及職業(yè)素質(zhì)訓(xùn)導(dǎo)，掌握數(shù)控加工工藝與多軸加工編程，能設(shè)計(jì)中等或復(fù)雜程度零件的數(shù)控加工工藝并完成零件的加工，特別是數(shù)控多軸機(jī)床加工能力、復(fù)雜零件數(shù)控工藝制定能力及創(chuàng)新制造等職業(yè)能力得到較好的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王凌云，黃紅輝.產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型下的數(shù)控技術(shù)專(zhuān)業(yè)改革[J].新課程研究（中旬刊），2013（8）：35-37.

[2] 高平，王科社.五軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀[C]//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集（下卷）.2006.

[3] 宋放之.數(shù)控機(jī)床多軸加工技術(shù)實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.