零件多軸加工技術教學的職業能力培養

王凌云 王丹 黃紅輝 周立波

摘 要：以殼體類零件數控多軸加工加工為例，探索職業能力培養在《數控多軸加工技術》教學中的應用，闡述了大學生工程職業技能訓練在課程教學改革中的具體措施。實踐證明，通過數控多軸機床加工工藝制定、多軸機床后置處理程序的設以及加工能力的訓練，學生綜合職業能力和創新能力得到了較大的提高。

關鍵詞：殼體類零件多軸加工 教學改革 職業能力培養

中圖分類號：G71 文 獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）5（b）-0136-02

以殼體類零件多軸加工教學為例，探索數控多軸加工技術課程對學生職業能力的培養。零件曲面較多，側面還需要刻字，使用三軸數控銑床加工，在使用球頭刀加工曲面時，由于球頭刀的球心的切削速度為0，主軸與工件的相對角度也是固定的，因此其表面質量很難達到統一。在使用三軸機床加工側面文字時，因文字是在曲面上的，三軸無法保證刀軸一直處于曲面的法向上，加工出來的文字容易出現粗細、深淺不均勻的情況且加工之前需要重新裝夾工件；五軸聯動加工技術用于復雜多面體零件在一次安裝條件下，通過增設的機床回轉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，通過刀具或工件的回轉，可以使刀具更好地接近加工表面，縮短刀具伸出長度，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動無法解決的內凹表面的加工。因此利用五軸數控加工中心加工曲面可以獲得更好的表面加工質量，減少裝夾次數；工作任務包含零件的結構工藝性分析、零件制造的機械加工工藝過程的分析、機床的選擇、切削刀具的選擇、加工參數的選擇、利用UG 軟件對零件復雜曲面的加工刀路進行設計、數控程序的編制及數控程序的仿真加工。對五軸加工的特點進行分析，對加工中可能會發生的干涉利用VERICUT軟件進行充分的檢查。

1 零件的加工工藝分析

1.1 零件的結構工藝性分析

如圖1所示，是一個殼體類零件，材料為45#鋼，為小批量生產，零件的整體以曲面為主，一個大平面，一個小平面，三個φ13 腰型槽，三個φ6 腰型槽，R1、R3、R4 圓角面，R14.21、R7.16 大曲面等。整個零件都以曲面為主，側面還需要刻字，因此需要采用五軸數控加工中心加工。

1.2 工藝路線的確定

根據零件的形狀、技術要求和生產性質制定出工藝路線并填寫機械加工工藝過程，工藝路線主要為：備料-預備熱處理-加工基準面-數控多軸機床加工內外形面。

2 數控加工工序的確定

2.1 機床的選擇

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 五軸數控加工中心來完成加工任務。

2.2 刀具的選擇

由于該零件有內輪廓和外輪廓，因此選用Φ12的90°可轉位刀具進行粗加工，Φ10和Φ6的整體式硬質合金銑刀進行平面和鍵槽的精加工，曲面部分采用Φ6的2刃整體式硬質合金球頭刀。刻字部分采用Φ2的圓角銑刀。

3 夾具設計

夾具裝配圖如圖 2所示，偏心夾緊機構22是利用偏心件的幾何中心和回轉中心不同，形成一個弧形楔塊逐漸楔入“基圓盤”與工件之間，從而夾緊工件。 氣動夾緊是通過給氣室中充入氣體，使得由塑料構成的下氣室18發生膨脹，推動杠桿14，杠桿推動導向元件3，導向元件推動卡爪3繞著卡爪連接座11轉動實現對工件的夾緊。

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軟件可以直接導入TXT進行模擬。目前的五軸機床相比三軸機床和老的五軸機床多了RTCP功能，該功能的作用是在A軸或C軸旋轉時，刀具還能保持在坐標系中的位置。即坐標系會隨著工作臺的旋轉進行自動偏置補償，這樣使得編程人員不用再去根據每把刀具的長度預先計算出偏置量，減少了編程了工作量。

在正式的加工前，要對程序進行充分的檢查，檢查是否存在刀具與夾具碰撞的可能，過切，欠切等一切造成工件報廢和機床損壞的情況。因此需要編寫加工程序，使用仿真VERICUT軟件進行加工仿真。仿真結束后，在零件視圖中可以得到較為精細的模型顯示，檢查是否有過切和欠切，結果如圖3所示。確認程序沒有問題之后，可以到機床上進行首件試切。

5 零件的加工

將加工程序輸入VMC0656e五軸聯動數控機床，注意刀具長度補償和刀具半徑補償，對刀完成后進行零件的加工。通過類似的曲面殼體零件數控多軸加工的工程應用能力的訓練，學生職業技能得到較大的提高。

6 結語

學生接受數控多軸加工職業技術能力訓練以及職業素質訓導，掌握數控加工工藝與多軸加工編程，能設計中等或復雜程度零件的數控加工工藝并完成零件的加工，特別是數控多軸機床加工能力、復雜零件數控工藝制定能力及創新制造等職業能力得到較好的培養。

參考文獻

[1] 王凌云，黃紅輝.產業轉型下的數控技術專業改革[J].新課程研究（中旬刊），2013（8）：35-37.

[2] 高平，王科社.五軸數控加工技術的現狀[C]//中國環境科學學會2006年學術年會優秀論文集（下卷）.2006.

[3] 宋放之.數控機床多軸加工技術實用教程[M].北京：清華大學出版社，2010.