基于典型軸類(lèi)裝配件加工技術(shù)提高機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生職業(yè)能力的研究

傅祖發(fā)

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平353000）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，數(shù)控設(shè)備在企業(yè)使用率也不斷增加[1]。數(shù)控機(jī)床作為一種操作性較強(qiáng)的自動(dòng)控制裝備，對(duì)于動(dòng)手能力要求較高職機(jī)電類(lèi)的學(xué)生，掌握數(shù)控車(chē)床就尤為重要。如今高職學(xué)生拿到機(jī)械圖紙時(shí)，往往無(wú)從下手。教師需要教會(huì)學(xué)生對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，設(shè)備選用，制定零件加工工序，模擬仿真，首件試切等。本文以企業(yè)典型軸類(lèi)裝配件載體，通過(guò)軸類(lèi)零件的技術(shù)分析，對(duì)現(xiàn)在設(shè)備的進(jìn)行選擇，充分考慮加工工序、裝夾方式、加工用量等。通過(guò)CAD 軟件對(duì)客戶(hù)的要求進(jìn)行數(shù)字建模、斯沃仿真軟件進(jìn)行加工程序的檢驗(yàn)，達(dá)到不斷優(yōu)化程序，減小成本，從而達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)目的。高職機(jī)電類(lèi)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)典型零件加工，對(duì)熟練掌握數(shù)控操作技能具有重要意義，為進(jìn)入企業(yè)高級(jí)技能人才提供堅(jiān)實(shí)的技能保障。

1 教學(xué)改革思路

教師以企業(yè)典型軸類(lèi)裝配件為載體，在軸類(lèi)零件選擇上，包含了掌握螺紋、錐度、端面等加工常用指令。在理實(shí)一體化車(chē)間中，教師前半部分時(shí)間集中給學(xué)生分析圖紙中需要加工零件技術(shù)參數(shù)，并講解其加工指令及操作注意事項(xiàng)。后半時(shí)間學(xué)生通過(guò)老師的講解，獨(dú)立編寫(xiě)其程序，將程序輸入仿真軟件驗(yàn)證程序的合理性。程序完善后，學(xué)生進(jìn)入真實(shí)機(jī)床中加工出合格產(chǎn)品。教師通過(guò)邊講解邊實(shí)操方式，課堂上學(xué)生氣氛更加活躍，進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)機(jī)電類(lèi)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控積極性，學(xué)生的職業(yè)能力也得到極大提高。

2 教學(xué)改革實(shí)施

2.1 軸類(lèi)零件技術(shù)分析，提高讀圖水平

教師通過(guò)對(duì)圖1 的分析：該零件是典型的軸類(lèi)零件，需加工外螺紋、外錐度、圓柱表面、內(nèi)錐度、過(guò)渡圓弧。外螺紋為細(xì)牙螺紋，有較高的公差等級(jí)要求公差為0.02 mm。另查表得知：自由線(xiàn)性尺寸大于6～30 的尺寸公差是±0.1 mm，大于30 ～120 mm 的為±0.15 mm。倒圓角和倒斜角的公差數(shù)值大于6 ～30 mm 為±1 mm，M26×2 螺紋直徑為26 mm，選用的是Φ50*100 毛坯的45#鋼。在加工R10 mm 圓弧上，需分次進(jìn)行加工，加工圓弧結(jié)合處，最好是超過(guò)分界點(diǎn)0.5 mm 左右，在加工圓弧時(shí)應(yīng)給進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置刀具的補(bǔ)償值。對(duì)于學(xué)生而言需要學(xué)會(huì)查加工技術(shù)參數(shù)表，毛坯選擇，提高讀圖能力等。

圖1 配合軸加工零件圖

2.2 配合套類(lèi)零件技術(shù)分析，拓展讀圖能力

圖2 所示，該零件是典型的套類(lèi)零件，該配合套類(lèi)零件由圓端面、錐度、圓弧、內(nèi)螺紋、內(nèi)孔、中心孔等組成，其中內(nèi)孔尺寸公差要求較高，要求學(xué)生操作機(jī)床技術(shù)水平較好。內(nèi)螺紋為細(xì)牙螺紋，有較高的公差等級(jí)要求，公差為0.03 mm。另查表得知：自由線(xiàn)性尺寸大于6 ～30 的尺寸公差是±0.1 mm，大于30 ～120 的為±0.15 mm；倒圓角和倒斜角公差數(shù)值大于6～30 為±1mm。M26×2 螺紋直徑為Φ26 mm。選擇Φ50*60 毛坯的45#鋼。考慮到裝配的問(wèn)題，該零件是套類(lèi)零件孔尺寸只許小不許大。由零件圖紙分析，編程加工都以圖紙上軸中心線(xiàn)與右端表面的交點(diǎn)處為零點(diǎn)。通過(guò)分析，學(xué)生需要學(xué)會(huì)內(nèi)孔，原點(diǎn)選擇，內(nèi)螺紋加工等目的。

圖2 配合套加工零件圖

3 設(shè)備的選用，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的認(rèn)識(shí)

教師通過(guò)工藝分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，選擇CK6150 型號(hào)機(jī)床。該型號(hào)機(jī)床通用性較強(qiáng)，企業(yè)中使用較為廣泛，配備4 工位刀塔，適合于加工常用軸類(lèi)裝配工件，具有刀具誤差補(bǔ)償功能[2]。本機(jī)床X 軸260 mm，Z 軸750 mm，軸類(lèi)零件毛坯Φ50*100，套類(lèi)零件毛坯Φ50*60，不超過(guò)其加工的最大尺寸。加工裝配件需主軸最大800 r/min，進(jìn)給120 mm/min，加工精度0.001 mm，該型號(hào)的數(shù)控參數(shù)滿(mǎn)足上述裝配件加工精度。因此，綜合考慮選擇其型號(hào)機(jī)床合適。通過(guò)設(shè)備的選用，學(xué)生對(duì)該型號(hào)的設(shè)備的技術(shù)參數(shù)更加了解，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的認(rèn)識(shí)，然而達(dá)到精度更高的產(chǎn)品的目的。

4 零件加工工序，分析提升職業(yè)能力

4.1 軸類(lèi)零件加工工序分析，建立工序的概念

教師通過(guò)對(duì)學(xué)生分析軸類(lèi)零件圖后，將工件加工原點(diǎn)定在零件右端面的中心點(diǎn)，工件放入三爪卡盤(pán)裝中夾緊工件。零件的加工需要90°外圓粗、精車(chē)刀、機(jī)夾切槽刀、機(jī)夾外螺紋車(chē)刀。在這個(gè)零件的加工前，應(yīng)重點(diǎn)考慮零件尺寸和形位公差，并選擇加工順序，具體步驟如下。

用G71 指令對(duì)坯料4 次循環(huán)精加工，接近尺寸要求時(shí)采用精加工，保證φ30 mm、φ38 mm、φ42 mm、φ48 mm、R8 mm、R10 mm 尺寸至圖紙要求。分別用切槽刀切出4 mm、4.5 mm 槽，至尺寸要求。用外螺紋車(chē)刀進(jìn)行螺紋加工M26 螺紋，至圖樣要求，左端面具體加工參數(shù)見(jiàn)表1。調(diào)頭墊銅皮加持φ30 mm 外圓表面，伸出卡盤(pán)端面62 mm，保證總長(zhǎng)尺寸至公差要求。用外圓車(chē)刀，采用G71 對(duì)零件右端進(jìn)行輪廓循環(huán)粗、精加工，保證φ32 mm、φ42 mm 尺寸至圖紙要求。具體加工參數(shù)見(jiàn)表2。通過(guò)工序分析，學(xué)生對(duì)自己所加工的軸類(lèi)零件工序有更清晰思路，學(xué)會(huì)了寫(xiě)工序卡，建立起了工序概念，為加出精度更高的產(chǎn)品，提供了重要技術(shù)保障。

4.2 配合套零件加工工序分析，加深對(duì)工藝流程的理解

教師通過(guò)對(duì)學(xué)生配合套零件圖分析后，確定零件是套類(lèi)復(fù)合零件，零件在加工后需要保證同軸度形位公差。將工件加工原點(diǎn)定在零件左端面的中心點(diǎn)，工件放入三爪卡盤(pán)裝中夾緊工件。零件的加工需要90°外圓粗、精，共用車(chē)刀、機(jī)夾切槽刀、φ20 mm 麻花鉆、機(jī)夾內(nèi)鏜孔車(chē)刀、機(jī)夾內(nèi)螺紋車(chē)刀，并選擇加工順序，具體步驟如下。

用φ20 mm 麻花鉆鉆通孔、手動(dòng)平端面。用外圓車(chē)刀，采用G71 對(duì)配合套零件輪廓循環(huán)粗加工，接近尺寸要求時(shí)精加工，保證φ48 mm、R23 mm、R2 mm、R10 mm 尺寸至圖紙要求。用鏜孔車(chē)刀，輪廓循環(huán)加工φ30 mm，φ26 mm 孔。用內(nèi)螺紋車(chē)刀進(jìn)行螺紋加工至圖樣要求，套類(lèi)零件左端面具體如表3 所示。將零件調(diào)頭墊銅皮加持φ48 mm 外圓表面，伸出卡盤(pán)端面20 mm，保證總長(zhǎng)尺寸至公差要求。用外圓車(chē)刀，采用G71 對(duì)零件進(jìn)行輪廓循環(huán)加工，保證φ48 mm 尺寸至圖紙要求。用切槽刀切出3.5 mm，4.5 mm 兩槽，至尺寸公差要求。套類(lèi)零件右端面如表4 所示。通過(guò)配合套工序分析，學(xué)生對(duì)鏜孔、內(nèi)螺紋的加工、內(nèi)循環(huán)等工序認(rèn)識(shí)，加深對(duì)工藝流程的理解。

表3 套類(lèi)零件左端面

表4 套類(lèi)零件右端面

5 程序檢驗(yàn)，培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)

學(xué)生在編寫(xiě)程序時(shí)，為程序檢驗(yàn)的正確性，防止損壞數(shù)控機(jī)床，達(dá)到工序的優(yōu)化。通過(guò)斯沃軟件的模擬仿真，對(duì)數(shù)控加工建立感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)習(xí)效率達(dá)到快速提升目的，有效解決了因?qū)W生較多數(shù)控設(shè)備數(shù)量不足，驗(yàn)證工藝的合理性，編寫(xiě)程序的正確性都有重要意義[3]。學(xué)生將編寫(xiě)完的程序輸入軟件，進(jìn)行模擬加工，將機(jī)床回原點(diǎn)，采用模擬對(duì)刀，刀具補(bǔ)償后，生成模擬仿真圖，零件仿真效果圖如圖3。分析模擬加工的走刀路徑后，檢驗(yàn)加工圖中合理性，優(yōu)化程序，達(dá)到程序檢驗(yàn)的目的。通過(guò)斯沃仿真過(guò)程，將學(xué)生所寫(xiě)程序進(jìn)行檢驗(yàn)，培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)。

圖3 零件仿真效果圖

6 首件試切，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的方法

教師給學(xué)生試測(cè)試運(yùn)行選擇在計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行，也可以被顯示在CNC 機(jī)器上時(shí)在動(dòng)態(tài)仿真與刀具路徑的功能。這里所用的方法被輸入到數(shù)值控制裝置對(duì)應(yīng)于在CRT 模式中，模擬處理運(yùn)行的顯示路徑，該程序可以檢查正確的語(yǔ)法[4]。如果走刀路線(xiàn)無(wú)發(fā)生相關(guān)的干涉和碰撞，所選擇的工具及進(jìn)退刀方式是合理的。如有語(yǔ)法和計(jì)算錯(cuò)誤，運(yùn)行中自動(dòng)顯示出錯(cuò)報(bào)警并相應(yīng)修改。首件試切過(guò)程，采用逐段程序運(yùn)行加工的方法驗(yàn)證，但需要注意的是，對(duì)于多次加工進(jìn)給指令，需運(yùn)行完一個(gè)周期才能停下，如加工螺紋切削時(shí)，由于螺紋切削指令需多次進(jìn)給循環(huán)切削，運(yùn)行完整一次進(jìn)刀量才能停下，若強(qiáng)行停止，螺紋刀尖會(huì)停在工件中引起扎刀現(xiàn)象[5]。因此，學(xué)生要認(rèn)真檢查程序，當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)誤時(shí)，分析程序錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，修改其程序，直至加工出企業(yè)生產(chǎn)要求零件。通過(guò)不斷修正首件試切效果如圖4 所示。通過(guò)首件加工效果，學(xué)生遇到加工問(wèn)題時(shí)，學(xué)會(huì)了分析問(wèn)題，并找到誤差解決問(wèn)題的方法。

圖4 首件試切效果

7 教學(xué)改革效果

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)典型裝配零部件加工后，絕大多數(shù)學(xué)生都能加工出滿(mǎn)足圖紙要求的產(chǎn)品。學(xué)生對(duì)掌握數(shù)控設(shè)備加工技能積極性也得到提高，教師也樂(lè)于教學(xué)。同時(shí)，學(xué)生對(duì)課本學(xué)習(xí)的加工精度要求有更深刻的認(rèn)識(shí)，加工出的產(chǎn)品精度明顯改善，教學(xué)效果顯著。

8 結(jié)束語(yǔ)

總之，高職機(jī)電類(lèi)學(xué)生通過(guò)對(duì)零件圖的工藝分析、設(shè)備選用、程序編寫(xiě)、模擬仿真和首件試切等一系列過(guò)程學(xué)習(xí)，提高了數(shù)控車(chē)床在典型零件加工圓柱、圓錐、圓弧、螺紋、內(nèi)孔、中心孔方面的加工精度，同時(shí)零件的加工、裝配精度和生產(chǎn)效率都得到了極大的提高，滿(mǎn)足了高職學(xué)生的學(xué)習(xí)與生產(chǎn)需求，為今后學(xué)生進(jìn)入企業(yè)工作提供極大的技術(shù)保障。