引入信息技術(shù)的數(shù)控加工工藝教學(xué)實(shí)踐

杜俊

摘 要：數(shù)控加工工藝是機(jī)械加工、數(shù)控技術(shù)等制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程，也是從事相關(guān)工作必須具備的知識(shí)與能力。本文以典型的臺(tái)階軸工藝分析和加工為例，討論數(shù)控加工工藝的教學(xué)過(guò)程，并與利用信息化教學(xué)手段后的數(shù)控加工工藝教學(xué)對(duì)比分析，探討利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育思維開(kāi)展職業(yè)教育教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：臺(tái)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(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2016）07C-0089-02

數(shù)控加工工藝是職業(yè)學(xué)校數(shù)控專(zhuān)業(yè)的一門(mén)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(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。

在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。軸類(lèi)零件是最常見(jiàn)最典型的零件之一，廣泛應(yīng)用在各類(lèi)機(jī)械裝備或汽車(chē)、洗衣機(jī)等生活用品中，最具有代表性。軸類(lèi)零件在設(shè)備中支承齒輪、帶輪等傳動(dòng)零件，傳遞轉(zhuǎn)矩或運(yùn)動(dòng)。按照結(jié)構(gòu)形式，通常將軸類(lèi)零件分為光軸、臺(tái)階軸和曲軸三類(lèi)，一般包括圓柱面、圓錐面、孔、螺紋、溝槽、球面等，其中臺(tái)階軸零件的加工工藝反映了軸類(lèi)零件加工的基本規(guī)律和主要內(nèi)容，是職業(yè)學(xué)校機(jī)械加工、數(shù)控技術(shù)等專(zhuān)業(yè)教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中最基本最重要的必學(xué)必練內(nèi)容。

本文以減速箱中的傳動(dòng)軸為例，分析信息技術(shù)在臺(tái)階軸的加工工藝教學(xué)中的應(yīng)用。

一、傳統(tǒng)的臺(tái)階軸工藝規(guī)程分析

（一）臺(tái)階軸零件圖分析

分析臺(tái)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)綜合分析，在此前提下，分析零件的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工精度、選用材料、熱處理方法等技術(shù)要求。傳動(dòng)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(biāo)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(dòng)軸工作性能與條件決定的，傳動(dòng)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(biāo)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(dòng)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(jī)械性能，還要考慮零件的加工成本和材料成本。減速器傳動(dòng)軸屬于一般傳動(dòng)軸，材料選為45鋼比較理想，45鋼也是公認(rèn)的制造軸類(lèi)零件、螺栓的主要材料。傳動(dòng)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(dòng)軸結(jié)構(gòu)主要是回轉(zhuǎn)表面，如傳動(dòng)軸表面P、Q、M、N的公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度為Ra=0.8 um，確定采用加工方法是：粗車(chē)→半精車(chē)→磨削。

（四）加工定位基準(zhǔn)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(zhǔn)，包括粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。一般情況下把非加工面作為粗基準(zhǔn)，只使用一次。按照基準(zhǔn)重合原則選擇精基準(zhǔn)，并且選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠的表面作為精基準(zhǔn)。同時(shí)盡可能選設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，在多數(shù)工序中使用，使測(cè)量基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合。減速器傳動(dòng)軸的主要配合表面（P、Q、M、N）及軸肩面（G、H）對(duì)基準(zhǔn)軸線A-B均有徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)的要求，又是實(shí)心軸，故應(yīng)選擇兩端中心孔為基準(zhǔn)，采用雙頂尖裝夾方法，以保證達(dá)到零件的技術(shù)要求，粗基準(zhǔn)采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。

（五）傳動(dòng)軸的工藝路線確定

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

（六）擬定工藝過(guò)程，編制工藝過(guò)程卡及工序簡(jiǎn)圖

按照上面確定的傳動(dòng)軸加工工藝路線，教師查閱《切削用量手冊(cè)》和《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》，確定每個(gè)工序的切削用量，編制加工工藝過(guò)程卡并繪制加工工序簡(jiǎn)圖。

二、數(shù)控加工程序編制

選擇在數(shù)控機(jī)床上加工減速器傳動(dòng)軸，需將編制好的零件加工工藝規(guī)程，編制成為數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)可以識(shí)別的加工程序，將程序輸入機(jī)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(dòng)編程和自動(dòng)編程兩種方法。采用手動(dòng)編程時(shí)，從零件圖分析開(kāi)始，制定工藝規(guī)程、編寫(xiě)程序單、輸入程序到程序校驗(yàn)等各步驟均由人工完成，適用于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件加工。由空間曲面組成的和幾何形狀復(fù)雜的零件，編制程序量很大，計(jì)算數(shù)值工作煩瑣，程序校驗(yàn)困難，工作量大，手動(dòng)編程完成困難，這時(shí)可利用計(jì)算機(jī)完成大部分工作程序編制工作，即自動(dòng)編程。可見(jiàn)手動(dòng)編程是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)。

（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(jìn)行數(shù)值計(jì)算，確定輪廓相鄰幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)坐標(biāo)值，明確幾何元素的起點(diǎn)終點(diǎn)和圓弧的圓心坐標(biāo)值。最后，按照確定的坐標(biāo)值、加工參數(shù)和輔助動(dòng)作，利用數(shù)控機(jī)床配置的數(shù)控操作系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標(biāo)指令代碼和程序段格式，編寫(xiě)零件加工程序，輸入數(shù)控機(jī)床CNC裝置的存儲(chǔ)器。

（三）數(shù)控模擬運(yùn)行及自動(dòng)加工

編制好的數(shù)控加工程序輸入選用的數(shù)控車(chē)床后，首先進(jìn)行對(duì)刀，在機(jī)床上進(jìn)行加工程序校驗(yàn)，模擬加工路線是否存在干涉、過(guò)切、出錯(cuò)等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)修改程序、保存，再校驗(yàn)，直到程序完全正確，達(dá)到零件圖技術(shù)要求。這時(shí)再將毛坯在機(jī)床上裝夾好，調(diào)用模擬運(yùn)行好的程序，進(jìn)行自動(dòng)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(wù)。經(jīng)過(guò)這樣的模擬運(yùn)行，避免了打刀等損壞機(jī)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(biāo)卡尺、千分尺等測(cè)量工具對(duì)零件的尺寸精度、粗糙度進(jìn)行檢測(cè)，并與零件圖的技術(shù)要求進(jìn)行對(duì)比，滿(mǎn)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(yàn)工序，將產(chǎn)品放置在成品區(qū)。

三、引入教學(xué)軟件的數(shù)控工藝教學(xué)實(shí)踐

社會(huì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，教師將信息化手段引入教學(xué)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育思維開(kāi)展教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐，是時(shí)代的要求，也是職業(yè)教育發(fā)展的需要。學(xué)校利用“CAXA制造工程師”教學(xué)軟件開(kāi)展數(shù)控加工及編程操作課程，收到了很好的教學(xué)效果。繼續(xù)以臺(tái)階軸加工教學(xué)為例。

1.課程引入從“工作任務(wù)描述”開(kāi)始。學(xué)校數(shù)控車(chē)間接到XXX機(jī)械廠一批減速器傳動(dòng)軸零件的加工任務(wù)，要求在2天內(nèi)交付使用。

2.學(xué)生以學(xué)校車(chē)間工人的角色，在規(guī)定學(xué)時(shí)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(yàn)、真實(shí)加工、總結(jié)評(píng)價(jià)等任務(wù)。

綜上所述，教師利用教學(xué)軟件開(kāi)展數(shù)控工藝的教學(xué)，將傳統(tǒng)的軸類(lèi)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(shí)整合為一體，將學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)工作任務(wù)，創(chuàng)設(shè)了一個(gè)與學(xué)生將來(lái)工作崗位結(jié)合的工作情境，利用信息技術(shù)手段，開(kāi)展網(wǎng)上交互學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容綜合且貼近工作。教學(xué)手段現(xiàn)代且融入生活，符合學(xué)生互聯(lián)網(wǎng)原居民的成長(zhǎng)經(jīng)歷和職業(yè)需要，滿(mǎn)足了學(xué)生的心理需求，使教學(xué)更形象、直觀、簡(jiǎn)捷易懂，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，收到了非常好的學(xué)習(xí)效果，為制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)改革積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了有效的方法和途徑。

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