產教融合背景下UG軟件在數控銑實訓教學中的實際應用

李旭

摘 ? 要：隨著國家大力發(fā)展職業(yè)教育，職業(yè)教育的發(fā)展方向也和企業(yè)有著密不可分的聯(lián)系，校企合作落到實處是關鍵。廈門市海滄區(qū)職業(yè)中專學校與企業(yè)合作的實際出發(fā)，結合在產教融合的教學過程中遇到的問題，闡述利用UG軟件設計一套簡單的工裝夾具，解決了加工企業(yè)產品中的實際問題，也讓學生從中收獲了日常教學中學不到的知識。

關鍵詞：產教融合;夾具;UG

引言

產教融合是新時代我國職業(yè)教育發(fā)展的重大戰(zhàn)略，是政府、相關行業(yè)等各方致力于推進的工作重心之一，國家為此連續(xù)出臺一系列的綱領性文件推進產教融合改革。黨的十九大報告中指出，建設教育強國，要深化產教融合、校企合作，實現職業(yè)教育內涵式發(fā)展[ 1 ]。廈門市海滄職業(yè)中專學校大力響應國家號召，結合自身特點與廈門市鑫鵬工貿有限公司開展產教融合活動，讓學生更早的接觸企業(yè)生產的產品，更好的與加工實際接軌，減少學用落差。在與企業(yè)的深度交流中，發(fā)現在實際的產品加工中，企業(yè)都是用CAD/CAM軟件來輔助數控銑床完成零件的加工，這樣可以大大提高加工效率和降低加工難度。并且在實際加工中，所面臨的加工對象是不可預知的，而作為加工者本身要有應變和處理突發(fā)事件的能力，根據實際情況來設計和使用夾具幫助完成零件的加工。為了培養(yǎng)學生的這種處理問題的能力，現在選取校企合作中的一個典型加工件，講述如何利用CAD/CAM軟件提高數控銑床的夾具設計制造能力。

1 ? 零件分析

1.1 ?零件加工工藝

該零件是混合活塞的其中一個部分，從圖1上我們可以看出，這個零件的加工工藝是：根據零件的外輪廓尺寸，選取尺寸合適的毛坯材料（本文選的毛坯尺寸是：φ56 mmX65 mm的圓棒料）;然后通過數控車床和線切割機床完成該零件的外形輪廓加工;最后完成空間孔的加工。

1.2 ?存在的問題

根據零件的加工工藝分析，外形輪廓的部分是可以通過機床設備的通用夾具直接裝夾進行加工出來的，但是對于尺寸φ7.5的空間維度的通孔，就沒有辦法通過普通通用夾具進行裝夾加工了，而且這些空間孔并沒有在圖紙中顯示角度，常規(guī)的加工方法很難計算和加工出這些空間孔，如果選擇五軸機床加工此零件，因五軸機床價格昂貴，而且本學校和校企合作單位均沒有五軸機床設備，所以只能借助專用夾具來輔助進行加工。

2 ?夾具的設計及加工

2.1 ?設計理念

根據零件的分析，所要設計的夾具是針對尺寸φ7.5的空間維度的通孔進行設計，按照傳統(tǒng)的夾具設計模式，需要針對通過夾具裝夾進行加工的零件上的元素，進行尺寸和定位分析，并能夠確定該部分元素的輪廓尺寸和定位尺寸，然后再通過計算并繪制設計夾具的尺寸和形狀。但是，對于這空間維度的通孔，我們只知道孔的直徑為7.5 mm，所以最后是通過其他的位置尺寸，再借助UG軟件的“管”命令完成四個空間通孔的建模，然后將建模好的零件讓孔的中心線平行于坐標Z軸放置，利用圖形中的零件圖素推導出夾具的形狀，最后用UG軟件的加工功能直接編輯程序并用數控機床加工出來。

2.2 ?設計步驟

（1）通過UG軟件中的“拉伸”和“旋轉”命令，對除了空間孔以外的其他部分進行建模，具體如下：點擊菜單圖標中的“插入”命令——選擇“草圖”——編輯“草圖”對話框并選擇YZ平面作為繪圖平面——根據零件圖尺寸繪制完成草圖，選擇點擊工具欄中的“旋轉”命令圖標，在彈出的旋轉對話框中設置各參量，在“選擇曲線”選項中選擇之前草繪的曲線——“指定矢量”選擇Z軸，“指定點”選擇坐標原點——點擊確定按鈕完成如圖2部分的建模;點擊工具欄中的“草圖”圖標——在彈出的“草圖”對話框中選擇YZ平面作為繪圖平面——根據零件圖尺寸繪制完成草圖，選擇點擊工具欄中的“拉伸”命令圖標，在彈出的旋轉對話框中設置各參量，在“選擇曲線”選項中選擇草繪的曲線——在“開始和結束”限制方式中選擇“貫通”——在“布爾運算”選項中選擇“減去”——點擊確定完成如圖3部分的建模;同樣通過繪制草圖和拉伸命令完成如圖4部分和圖5部分的建模，至此除孔以外的部分就建模完成。

（2）由于空間孔沒有給角度尺寸，所以只能借助其他位置尺寸來完成這些空間孔的建模;通過零件圖中所示的尺寸（11，9，11三個徑向位置尺寸和軸向位置尺寸11）確定四個空間孔中心點在上表面的位置，在通過零件圖中所示的尺寸（11，9，11三個徑向位置尺寸和軸向輔助位置尺寸16）確定這四個空間孔中心點在下表面的位置，這樣就可以上下表面相對應的中心點進行連線，確定四個空間孔的位置，然后再通過“管”命令完成上面四個空間孔的建模，具體如下：根據零件圖中的相關位置尺寸確定四個空間孔在上下表面的8個中心點位置——將相關中心點進行兩兩連線，確定四個空間空的中心線——點擊工具欄的下拉“菜單”，選擇“插入”——“掃掠”——“管道”命令——在彈出的“管道”對話框中，“選擇曲線”選項中點選連好的中心線——在“橫截面”選項中設置外徑為7.5 mm，內徑為0 mm——在“布爾”選項中選擇布爾求差，點擊“確定”完成一個空間孔的建模。以同樣的方法完成其余三個空間孔的建模，如圖6所示。

（3）利用UG軟件的分析功能和旋轉功能，將其中一個空間孔的軸線位置分別在XZ平面和YZ平面測量出來，并旋轉到與Z軸平行的方向（這樣做的目的是保證孔的軸線位置是垂直的，便于后續(xù)設計出來的夾具可以直接裝夾在機床的平口鉗上，進行鉆孔加工），如圖7所示。考慮到要加工的零件形狀相對復雜，所以采用分體式的組合夾具。由于夾具的核心作用就是限制被加工零件的自由度，所以在設計的時候也是優(yōu)先考慮從控制零件的自由度出發(fā)來完成這個夾具的設計。首先，根據零件的主體形狀為一個圓柱體，所以應用UG軟件對兩塊長方體和建模好的零件進行布爾運算，建模出兩塊內表面可以與零件配合的圓弧曲面的側板，這樣就解決了零件徑向（X向和Y向）移動自由度和繞X軸、Y軸旋轉的轉動自由度的控制;然后，由于鉆孔時刀具的進給方向是由上至下的，無形中就給了工件一個向下的壓力，所以不必考慮零件沿Z軸向上移動自由度的控制，要解決的自由度就剩下沿Z軸向下的移動自由度和繞Z軸旋轉的轉動自由度的控制（這里所說的X軸、Y軸、Z軸指的是以零件作為主體的坐標系中的三個方向軸）。針對這兩個自由度，設計了一個斜邊平面做成一個V形凸起的楔形塊設計，這樣通過楔形塊的V形凸起部分與零件的V形槽部分配合，就限制了零件沿Z軸向下的移動自由度和繞Z軸旋轉的轉動自由度的控制。最后，將夾具的兩塊側板、楔形塊以及零件，通過UG軟件裝配在一起，裁剪去多余的部分，就形成了如圖8所示的夾具模型。

（4）之所以選擇使用UG軟件，就是因為它是功能非常強大的一款軟件，之前建模完成的夾具模型部件，可以通過其編程加工及后處理的功能，將零件加工的數控程序導入數控機床，直接加工出成品，具體操作過程這邊不再贅述。拆解的夾具部件實物如圖9所示。

（5）將加工完成后的三個部件，通過三坐標進行檢測，對比圖形偏差，如偏差過大對相關零部件進行微調修正，無誤后進行裝配。裝配時將其中一塊側板固定于數控機床平口鉗固定鉗口邊，將中間的楔形塊部件固定于平口鉗下平面上（固定方式采用了在夾具部件上開工藝孔，通過螺紋連接的方式進行固定）;然后，利用數控機床的移動，使用千分表對固定于平口鉗上的夾具部件進行打表校正，無誤后將銷釘插入定位孔中進行定位;最后用同樣的方法將另外一塊側板安裝零件在平口鉗活動鉗口上，并進行校正定位，完成裝配。

3 ?零件的編程與加工

3.1 ?生成程序G代碼

將建模好的零件模型使用UG軟件打開，并將當前環(huán)境調整為后處理加工環(huán)境;由于選擇的毛坯是精坯，所以直接選用FINISH-WALLS模式，選擇要加工的部分，設置好加工參數，并根據輪廓形狀選擇合適的刀具，在UG軟件中進行刀路模擬，確定無誤后將后處理的數控程序代碼導入數控機床，完成除了四個空間維度孔之外的輪廓加工。

3.2 ?利用夾具加工

將上一步加工好的零件放入校正定位好的夾具中，因為零件經過幾個方向旋轉變成一個三維空間工件，很難找到定位的點作為工件坐標原點，所以孔加工的坐標系原點選擇在夾具的固定邊上，并通過四次裝夾完成這四個空間維度孔的加工，如圖10所示。

4 ?分析總結

4.1 ?技術層面

對于該零件的整個加工過程，體現了CAM軟件在夾具設計及加工中的特殊應用。這套夾具的設計加工雖然存在一定不足之處，但考慮到這四個孔本身的精度要求并不是很高而且屬于小批量的產品，加上三坐標測量加予管控還是可以滿足設計者的使用需求。并且，作為非標加工常常會受限于設備等條件，例如此零件最佳方案應該在五軸機床完成加工制造，但利用CAM軟件設計、編程的功能在一些空間問題上起到事半功倍的應用。

4.2 ?教學層面

本次夾具設計，雖說設計的夾具的結構相對簡單，但其中包含的知識面還是比較廣的，學生在整個的實訓過程中也學到了很多知識：

（1）在使用UG軟件進行繪圖建模時，學生可以通過繪制企業(yè)產品的零件，掌握和鞏固三維建模繪圖的內容，并能夠更好的了解企業(yè)所生產的產品，這個不是繪制書中例子所能夠學到的;

（2）在通過UG軟件繪制夾具的部件時，不僅可以讓學生掌握設計夾具時所涉及的自由度和如何定位的理論知識，也可以掌握平時用不到的命令（如：“管道”命令，這個命令正常書中是沒有提及的）;

（3）在加工零件和夾具的部件的時候，學生可以在整個過程中學習使用UG軟件進行自動編程加工的方法（由于中職生大部分還是教授手工編程，所以很多學生對于自動編程還是比較陌生的）。

總之，通過與企業(yè)相互交流，產教融合，完善人才培養(yǎng)方案，才能更好地實現人才素質的綜合提升。

參考文獻：

[1] 程宇，董衍美. 新時代職業(yè)教育發(fā)展作為論[J]. 職業(yè)技術教育，2017（33）：23-26.