零件數(shù)控車削加工工藝情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)的有效性分析與實(shí)踐

林翠青 劉衛(wèi)東

【摘要】在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要把被加工的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)編制成程序，用它控制機(jī)床的加工。數(shù)控機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝在原則上基本是相同的，但數(shù)控加工的整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，因而又有不同之處。情境創(chuàng)設(shè)教學(xué)可以改變傳統(tǒng)的教師向?qū)W生傳輸知識(shí)為主的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】加工工藝 加工方案 情境創(chuàng)設(shè)教學(xué) 車刀

0引言

數(shù)控車床適合于加工圓柱形、圓錐形、各種成形回轉(zhuǎn)表面、螺紋以及各種盤類工件，并可進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鏜孔加工。加工工藝是程序編制和零件加工的前期準(zhǔn)備工作，工藝將直接影響到工藝制定是否合理，而工藝制定的合理性，又將對(duì)程序編制、數(shù)控加工效率和零件的加工精度等有重要的影響。所以工程人員必須在編程前對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。

1 表面加工方法的選擇。外圓表面的加工方法主要是車削和磨削。當(dāng)表面粗糙度要求較小時(shí)，還要進(jìn)行光整加工：內(nèi)孔表面的加工方法有鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、拉、磨以及光整加工等;平面的主要加工方法有銑削、刨削、車削、拉削以及磨削等，精度要求較高的表面需經(jīng)過(guò)研磨或刮削等光整加工方法加工。

2加工順序的安排

2.1加工階段的劃分。零件機(jī)械加工時(shí)，先加工哪些表面，后加工哪些表面：熱處理工序和檢驗(yàn)工序應(yīng)安排何處，均需統(tǒng)籌合理安排。工藝過(guò)程的加工階段一般可分為粗加工階段、半精加工階段、精加工階段、光整加工階段四個(gè)階段。粗加工階段，從毛坯上切除大部分加工余量，只能達(dá)到較低的加工精度和表面質(zhì)量;半精加工階段，介于粗加工和精加工的切削加工過(guò)程，它能完成一些次要表面的加工，并為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備（如精加工前必要的精度、表面粗糙度和合適的加工余量等）：精加工階段。使各主要表面達(dá)到規(guī)定質(zhì)量要求;光整加工和超精密加工。對(duì)要求特別高的零件增設(shè)的加工方法，主要目的是達(dá)到所要求的光潔表面和加工精度。

2.2合理選擇加工路線。選擇原則：主要應(yīng)保證被加工工件的加工精度和表面粗糙度：同時(shí)力求使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)便，以減少編程工作量：力求使加工路線最短，以便減少程序段和減少空行程時(shí)間。

3車刀的類型及選用

3.1車刀的類型。數(shù)控車削用的車刀一般分為三類：即尖形車刀、成型車刀和圓弧形車刀。

3.2常用車刀的選用。刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)零件的表面質(zhì)量及切削性能影響極大，應(yīng)根據(jù)零件的形狀、刀具的安裝位置以及加工方法等，正確選擇刀具的幾何形狀及有關(guān)參數(shù)。尖形車刀的選擇方法與使用普通車削時(shí)基本相同，但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點(diǎn)如走刀路線及加工干涉等進(jìn)行全面考慮。選用零件的曲面精度要求不高時(shí)，可以選擇用尖形車刀進(jìn)行加工，當(dāng)曲面形狀精度和表面粗糙度均有要求時(shí)，可用圓弧形車刀，圓弧形車刀刀具有寬刃切削（修光）性質(zhì)，能使精車余量均勻而改善切削性能。

4切削用量選擇

4.1背吃刀量（ap）的確定。在車床主體一夾具一刀具一零件這一系統(tǒng)剛性允許的條件下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。當(dāng)零件的精度要求較高時(shí)，則應(yīng)考慮留出精車余量，常取0.1-0.5mm。

4.2主軸轉(zhuǎn)速n的確定。光車時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速的確定應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來(lái)確定。在實(shí)際生產(chǎn)中，主軸轉(zhuǎn)速可用下式計(jì)算：

n=1000Vc/πd

式中，n：主軸轉(zhuǎn)速（r/min）;Vc：切削速度（m/min）;d：零件待加工表面的直徑（mm）。

數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開(kāi)關(guān)，可在加工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際加工情況對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。車削螺紋時(shí)，車床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距（或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動(dòng)電機(jī)的升降頻特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響，故對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦有不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。

4.3進(jìn)給量（f）。進(jìn)給量是指工件每轉(zhuǎn)一周，車刀沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離（mm/r），它與背吃刀量有著較密切的關(guān)系。粗車時(shí)一般取為0.3 -0.8mm/r，精車時(shí)常取0.1-0.3mm/r，切斷時(shí)宜取0.05 -0.2mm/r，具體選擇時(shí)，可參考實(shí)際切削情況進(jìn)行選擇。

4.4切削線速度（Vc）。切削線速度也稱單齒切削量，單位為mlmm，是指車刀切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)于待加工表面在主運(yùn)動(dòng)方向上的瞬時(shí)速度。如何確定加工時(shí)的切削速度，主要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。在生產(chǎn)中，提高Vc值也是提高生產(chǎn)效率的一個(gè)有效措施，但Vc與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著Vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故Vc的選擇主要取決于刀具耐用度。一般好的刀具供應(yīng)商都會(huì)在其手冊(cè)或者刀具說(shuō)明書中提供刀具的切削速度推薦參數(shù)Vc。另外，切削速度Vc值還要根據(jù)工件的材料硬度來(lái)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。例如用立銑刀銑削合金鋼時(shí)，Vc可采用8mm/min左右：而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時(shí)，Vc可選以上。

4.5進(jìn)給速度Vf （m- mm^-1）或進(jìn)給量f（mm.min -1或mm·Z^-1）

進(jìn)給速度是指在單位時(shí)間里，刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離（mm/min）。有些數(shù)控車床規(guī)定可以選用以進(jìn)給量（mm/r）表示的進(jìn)給速度。一般應(yīng)根據(jù)零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查閱切削用量手冊(cè)選取。需要說(shuō)明的是切削用量手冊(cè)給出的是每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，因此要根據(jù)Vf=fXn計(jì)算進(jìn)給速度。如果通過(guò)提高切削速度來(lái)提高切削效率，將會(huì)使刀具壽命降低，從而增加刀具更換所需的輔助時(shí)間。由于受數(shù)控機(jī)床輸出轉(zhuǎn)矩的限制，用增大進(jìn)給量的方法來(lái)提高切削效率更為有效。在刀具許可的范圍內(nèi)，增加進(jìn)給量將使刀具壽命降低的情況減至最小，但增加進(jìn)給量會(huì)對(duì)表面粗糙度或切屑處理產(chǎn)生影響。

5結(jié)語(yǔ)。加工工藝是程序編制和零件加工的前期必備工作，工藝將直接影響到程序編制、數(shù)控加工效率和零件的加工精度。在各教學(xué)模塊中，將典型產(chǎn)品進(jìn)行演化和分解，形成若干個(gè)加工任務(wù)。在每個(gè)任務(wù)中，包含完成該項(xiàng)目任務(wù)加工所需要的相關(guān)工藝知識(shí)、數(shù)控編程知識(shí)和加工操作和仿真情境技能訓(xùn)練，能提升職業(yè)學(xué)校專業(yè)課程教學(xué)效果。

【基金項(xiàng)目】廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院2017年“創(chuàng)新強(qiáng)?！备呗毥逃虒W(xué)改革項(xiàng)目：高職課堂教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的有效性研究與實(shí)踐——以《數(shù)控加工工藝與編程》為例（項(xiàng)目編號(hào)：NY -2017CQIYB-06）。