基于UG NX在鋁合金底板零件的數控銑削加工
——以“1+X”數控車銑加工職業技能認證項目為例

匡 清，夏 露

(1.蘇州工業職業技術學院，江蘇 蘇州 215104；2.重慶華中數控技術有限公司，重慶 永川 402160)

1 引言

“1+X”證書制度是職教20條的重要改革部署，也是職教領域的重大教育創新。“1+X”證書制度從2019年開始試點，試點工作將按照高質量發展的要求，堅持以學生為中心，圍繞服務國家、社會的需求及提高學生就業能力，先從10個左右的技能領域做起，使學生在獲得學歷證書的同時，取得多類職業技能等級證書，提高人才培養質量，托張就業創業本領。這是把兩者有機結合起來的制度，“1”是學歷證書，全面反映學校教育的人才培養質量，是基礎；“X”是若干職業技能等級證書，是畢業生職業技能水平的憑證，反映職業活動和個人職業生涯發展所需的綜合能力，是“1”的補充、強化和拓展。數控車銑加工職業技能認證分為理論考試和實操考試兩個部分，要求根據給定圖紙考題完成工藝安排、程序編制、零件加工和精度檢測等內容，主要考核考生運用相關CAD/CAM軟件，獨立操作數控機床完成圖樣零件數控加工的綜合應用能力。只有理論考試和實操考試都合格，才能頒發相應證書。

2 底板零件導讀

選用“1+X”數控車銑加工職業技能認證中的數控銑削項目鋁合金底板為案例，相關零件圖樣如圖1、圖2所示。從零件圖樣中分析可知是一個典型的鋁合金薄板零件，中間開孔，要正反面加工。給定的備料毛坯尺寸為100×72×15mm，主要特征有腰型槽、內孔、凸臺及各種倒角等。零件的材料為2A12鋁，是一種硬度可達到120HB的高端鋁合金材料。零件結構特征較復雜，特別是裝夾不易，需要銑削夾持槽并找正。其主要尺寸精度為IT7級，有形位公差要求，內孔對于底面的垂直度要求0.02mm。整個零件的主要加工表面粗糙度Ra1.6μm，精度要求比較高。其零件相關的主要加工內容和要求見表1所示，未注公差的極限偏差按GB/T1804-2000m級。

表1 底板零件的主要加工要求列表

3 零件的加工準備

加工設備的選用。本零件選用武漢華中數控的VMC-850B立式加工中心作為加工設備，此機床配套華中數控的HNC-818M數控系統，整機采用立柱固定及滑臺移動結構，一次裝夾可完成銑、鉆、鏜、攻絲等多種工序的加工，特別適用于中小盤類等復雜零件的多品種中小批量加工。

加工夾具的選用。零件的裝夾方法一，正面選用機用平口鉗+反面選用自定心卡盤來裝夾，缺點是夾具準備時間長，對操機者能力要求更高。結合實際的數控加工的工作現況，選用零件的裝夾方案二，正面反面均采用機用平口鉗并依托毛坯的夾持槽來裝夾。這種夾持方案，優點是準備夾具相對簡單，適當降低了數控機床操機者能力要求。當然，準備夾持槽的時候，要注意夾持槽深的銑削量。松開鉗口翻身裝夾零件的反面時，要注意上表面留有的余量足夠，要用游標卡尺來測量計算清楚，否則加工銑削總高的時候易銑削到平口鉗。考慮到毛坯備料的總高15mm，要求加工的底板零件的總高是12mm，銑削的夾持槽為6mm×2mm，裝夾方案二的夾持槽銑削加工示意圖如圖3所示。

加工刀具的選用。參照實操考核準備清單中刀具要求，選用Φ20、Φ10、Φ6的平底立式銑刀為此次的加工刀具，其中粗加工刀具Φ20立銑刀，精加工刀具是Φ10、Φ6立銑刀，數控加工刀具卡見表2所示。

表2 數控加工刀具卡表

4 零件的CAD建模

CAD繪圖前，根據之前的零件導讀來分析圖樣，確定建模的先后順序。打開UG NX10，進入Modeling模塊，選擇創建Sketch(草圖)，繪制零件的相關二維CAD草圖。可以在一個草圖中把所有的特征要素都繪制好，如圖4-a所示。綜合運用拉伸、布爾運算等指令，拉伸零件主要特征操作，在運用布爾運算中的加減指令來操。CAD建模中，把所有的特征要素繪制在一個草圖中，拉伸的時候往往會把所有要素一起拉伸。合理運用拉伸指令中的“曲線規則”選項，里面有：自動判斷曲線、單條曲線、相連曲線等。通過這個方式，不能用“自動判斷曲線”，選擇“相連曲線”等方式來拉伸，設置開始和結束距離。最后，再利用邊倒圓、倒斜角等操作形成零件的實體造型，底板零件的正面建模圖如圖4-b所示，底板零件的反面建模圖如圖4-c所示。

5 零件的CAM加工

5.1 工藝分析及加工工藝路線設計

根據底板零件圖樣分析可知，加工準備前需要在毛坯上銑削加工好兩條夾持槽。第一次裝夾時，以毛坯夾持槽作為粗基準定位基準，進行零件的正面銑削加工，完成零件的大部分特征加工。第二次翻身裝夾，加工零件的反面，銑削完成底板零件的總高及剩余特征，裝夾的時候，以零件的正面已加工面作為定位基準，適度用力裝夾牢固即可，用分中棒來完成對刀工作。綜上所述，指定零件的加工工藝過程如表3所示。

表3 底板零件的正面加工工藝過程

5.2 零件的CAM加工

進入UG的加工模塊，初始化加工環境，按照要求創建程序組、刀具等，其余默認設置。在“工序導航器-幾何視圖”下，創建加工坐標系，指定MCS和WCS一致。創建 “WORKPIECE”,毛坯設置為100×72×15mm。注意MCS設置在毛坯面上，如圖5所示。

進行零件正面的粗加工，選擇T1(Φ20)立銑刀，創建工序，調用“CAVITY_MILL” (型腔銑)，完成零件的外形粗加工和內腔粗加工。

進行零件正面的精加工，選擇T2(Φ10)立銑刀，創建工序，調用“FLOOR_WALL” (底壁加工)，設置如下：指定切削區域為底或壁；刀具選擇“T2D10”；刀軸“指定矢量”(ZM方向)；加工方法“FINISH”，切削空間區域范圍“底面或壁”(要對應之前的指定切削區域)；平面百分比選擇“65%”，其余設置采用默認值。

切削加工三要素的選擇對應表3中的參數，按照先粗后精的加工順序逐步完成各項加工工序的創建、設置及生成導軌，可以動態查看刀具切削過程及模擬結果，整個零件正面的CAM加工后效果如圖6所示。在零件正面加工完成后，留了余量0.3mm，保證裝夾在夾持槽加工的時候，最后不會銑削到平口鉗的鉗口。當然，如果在操作中沒有計算好毛坯高度，很有可能真會把鉗口銑削到。底板零件的正反面全部CAM加工完成后的效果如圖7所示。

完成了零件的CAD和CAM后，就是進入UG POST階段。準備好華中系統HNC-818M的后處理器，導出程序傳輸到華中VMC-850B立式加工中心，完成加工前的準備工作，小心操作機床，完成零件加工，如圖8所示。

6 小結

通過數控車銑加工職業技能認證中的典型銑削項目，把數控機床的操作、數控工藝的編程及機械軟件的CAD/CAM等有效的融合在一起，提升了學生們實際分析問題及解決問題的能力，提高了職業教育的人才培養質量，更加暢通了技能型人才成長上升的通道，拓展了高職學生的就業創業本領。