蘇兆興

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽淮北 235000)

基于數(shù)控車床仿真系統(tǒng)的項(xiàng)目式教學(xué)研究

蘇兆興

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽淮北 235000)

將項(xiàng)目式教學(xué)原則應(yīng)用于數(shù)控車床仿真軟件系統(tǒng)教學(xué),可使學(xué)生對數(shù)控加工有比較形象的感性認(rèn)識(shí),并且,虛擬加工掌握數(shù)控車床加工工件的基本流程也為后續(xù)實(shí)際操作實(shí)訓(xùn)打下良好的基礎(chǔ),從而教學(xué)效果起到事半功倍的效果;另外,從經(jīng)濟(jì)角度來看,虛擬加工既省去不少耗材,也避免了由于學(xué)生生疏實(shí)操中出現(xiàn)機(jī)床損壞的情況。

數(shù)控車床;仿真軟件;項(xiàng)目式教學(xué)

1 引言

仿真軟件(simulation software)是從上世紀(jì)50年代中期開始發(fā)展起來的。它與仿真硬件同為仿真的技術(shù)工具。1984年出現(xiàn)了第一個(gè)以數(shù)據(jù)庫為核心的仿真軟件系統(tǒng),此后又出現(xiàn)人工智能技術(shù)(專家系統(tǒng))的仿真軟件系統(tǒng)。仿真軟件的快速發(fā)展與仿真應(yīng)用、算法、計(jì)算機(jī)和建模等技術(shù)的發(fā)展相輔相成。目前,仿真軟件已經(jīng)具有更強(qiáng)、更靈活的功能,從而使其能夠面向更廣泛的用戶,在很多領(lǐng)域均有成熟的應(yīng)用。數(shù)控仿真軟件是結(jié)合機(jī)床生產(chǎn)廠家制造經(jīng)驗(yàn)和高校教學(xué)訓(xùn)練所開發(fā)的軟件,通過該軟件可以使學(xué)生達(dá)到實(shí)物操作訓(xùn)練的目的,又可以減少設(shè)備和材料的昂貴投入。

項(xiàng)目式教學(xué)法起源于美國,盛行于德國,是通過一個(gè)完整的“項(xiàng)目”工作而進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)方法。這種方法尤其適合職業(yè)技術(shù)教育。在實(shí)踐教學(xué)中,技術(shù)領(lǐng)域里的所有產(chǎn)品幾乎都可以作為項(xiàng)目。采用項(xiàng)目法教學(xué),教師必須做大量的課前準(zhǔn)備工作,如：確定項(xiàng)目內(nèi)容、任務(wù)要求、工作計(jì)劃;設(shè)想在教學(xué)過程可能發(fā)生的情況;判斷學(xué)生完成項(xiàng)目的能力;時(shí)刻準(zhǔn)備幫助學(xué)生解決項(xiàng)目實(shí)施中遇到的困難等等。

基于仿真軟件把項(xiàng)目式教學(xué)引入《數(shù)控加工編程與操作》課程的教學(xué)中,不但通過虛擬加工掌握數(shù)控車床加工工件的基本流程,從而為后續(xù)實(shí)際操作實(shí)訓(xùn)打下良好的基礎(chǔ),使教學(xué)起到事半功倍的效果;另外,從經(jīng)濟(jì)性來看,虛擬加工省去不少耗材,另外也避免了由于學(xué)生生疏實(shí)操中出現(xiàn)機(jī)床損壞的情況。

圖1 具體項(xiàng)目實(shí)例

2 以FANUC0I系統(tǒng)作具體項(xiàng)目舉例(圖1)

2.1 編程

2.1.1 刀具選擇

(1)有斷屑槽的90°機(jī)夾正偏刀。

(2)45°端面刀。

(3)60°三角形螺紋車刀。

(4)刀寬為4mm的切槽刀。

2.1.2 工藝分析

(1)此件需要掉頭兩端加工車削,因?yàn)榍蠷6圓環(huán)刀具會(huì)發(fā)生干涉,所以只能在圓環(huán)最大徑處接刀。為了使接刀平滑,掉頭裝夾時(shí)應(yīng)按公差要求加工一個(gè)內(nèi)孔為?20×35的開縫定位鋁合金軸套。

(2)用45°端面刀手動(dòng)切削?20側(cè)斷面。

(3)裝夾,棒料伸出卡爪外70mm,用90°偏刀加工外圓外徑留0.8mm精車余量,軸向留0.4mm精車余量。

(4)粗車精車用一把刀加工左半端,用刀寬4mm的車槽刀加工兩處槽。

(5)加工開縫定位軸套的加工順序。

①準(zhǔn)備?30×38毛坯并車外圓和端面。

②鉆?15的通孔。

③卸下工件在軸向開2mm的通縫。

④重新裝夾工件,按公差要求車削帶通縫的?20×35內(nèi)孔(車削完后不要卸下軸套,直接將零件裝入套內(nèi)并夾緊以保證準(zhǔn)確定位)。

(6)用軸套裝夾?20外圓并找正。

(7)用45°端面刀手動(dòng)切削圓球側(cè)端面,保證工件長度。

(8)用90°偏刀加工外圓外徑留0.8mm精車余量,軸向留0.4mm精車余量,車至零件尺寸。

(9)車槽并加工螺紋。

2.1.3 相關(guān)計(jì)算

(1)加工外輪廓圓柱螺紋直徑d時(shí),外圓柱應(yīng)實(shí)際車削到的尺寸為

d=22-0.13 P=22mm-0.13×1.5mm=21.805mm

(2)加工外輪廓各尺寸圓柱面對時(shí)應(yīng)按公差取其中間值;略。

(3)計(jì)算螺紋的內(nèi)徑尺寸,即

(22-1.08 P)=(22mm-1.08×1.5mm)≈20.38mm

2.1.4 參考程序

【FANUC0i系統(tǒng)】 (加工左側(cè)到R6圓環(huán)最大徑分界線止)

O1111 T01為一號(hào)外圓刀、T02為二號(hào)車槽刀

T0101; 調(diào)一號(hào)外圓刀,確定坐標(biāo)系

G97 G99 M03 S1000;

G00 X50.0 Z2.0

G71 U1.2 R1.1

G71 P10 Q20 U0.8 W0.4 F0.2;外圓粗車循環(huán)

N10 G00 G42 X12.0; 移動(dòng)到精車起點(diǎn)處,并加右刀補(bǔ)

G01 X19.985 Z-2.0;

Z-29.0;

X23.0;

X28.0 W-20.0;

W-5.0;

G02 X34.0 W-3.0 R3.0;

G01 X36.0;

G03 X48.0 W-6.0 R6.0;

N20 G40 G01 W-2.0;

G70 P10 Q20; 外圓精車循環(huán)

G00 X100.0; 取消刀具半徑補(bǔ)償

Z100.0 M09; 到換刀點(diǎn)位置

M05;

T0202; 調(diào)二號(hào)切槽刀,確定坐標(biāo)系

M03 S600; 主軸正轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速600r/min

G00 X22.0 Z-19.0 M08; 快速到外圓車槽進(jìn)刀點(diǎn)

G01 X17.5 F0.2; 工進(jìn)車槽,留精車直徑量0.5mm

G00 X22.0;

W-2.0;

G01 X17.0 F0.2; 排刀法車寬6mm的槽

W2.0;

G00 X100.0;

Z100.0 M09; 退回?fù)Q刀點(diǎn)位置

M02;

… 重新對刀,加工右側(cè)到2×R6圓環(huán)最大徑

分界線止。外輪廓程序參考左側(cè)略

T0303; 調(diào)三號(hào)螺紋刀,確定坐標(biāo)系

M03 S400; 主軸正轉(zhuǎn)400r/min

G00 X24.0 Z-15.0; 到螺紋循環(huán)起點(diǎn)

G92 X21.2 Z-22.0 F1.5;第一刀車進(jìn)0.5mm

X20.8 Z-22.0 F1.5;第二刀車進(jìn)0.4mm

X20.38 Z-22.0 F1.5;第三刀車進(jìn)0.42mm

X20.38 Z-22.0 F1.5;光整加工

G00 X100.0 Z100.0;退回到程序起點(diǎn)M02;

2.1.5 注意事項(xiàng)

(1)由于此件只能在最大外圓環(huán)處接刀,所以必須要準(zhǔn)確測出其軸向長度,否則在接刀處不能吻合。

(2)最大外圓環(huán)處接刀極易出現(xiàn)錯(cuò)位,所以必要時(shí)應(yīng)按公差要求加工一個(gè)開縫定位鋁合金軸套進(jìn)行精確定位。

2.2 加工

2.2.1 毛坯的選擇和裝夾

根據(jù)零件圖,我們選擇?50×115的毛坯進(jìn)行裝夾,具體操作：

(1)選擇機(jī)床打開數(shù)控仿真加工軟件→選擇機(jī)床→fanuc0i系統(tǒng)→機(jī)床類型(平床身前置刀架);

(2)定義毛坯零件→定義毛坯→圓柱形→輸入毛坯的直徑50和長度115。如圖2所示

(3)零件的裝夾零件→放置零件→選擇前面定義的毛坯→安裝零件(根據(jù)具體的加工需要可以沿軸向左右移動(dòng)毛坯)。

2.2.2 對刀

(1)刀具裝夾：機(jī)床→選擇刀具(T01為一號(hào)外圓刀,T02為二號(hào)車槽刀,T03為螺紋刀,T04為切槽刀)進(jìn)行裝夾。

圖2 定義零析毛坯

(2)機(jī)床回原點(diǎn)：緊急停止→按鈕→啟動(dòng)(此時(shí)系統(tǒng)處于待工作狀態(tài))→X向回原點(diǎn),Z向回原點(diǎn),

(3)對刀：手動(dòng)狀態(tài)→主軸正轉(zhuǎn)→使1號(hào)刀具對毛坯進(jìn)行少量切削→刀具X向不移動(dòng)(僅僅讓刀具沿Z向往正方向移動(dòng)遠(yuǎn)離毛坯)→主軸停止→測量→剖面圖測量→是→點(diǎn)擊所切毛坯后的直徑進(jìn)行自動(dòng)測量X53.658→記錄數(shù)據(jù)→offset setting→坐標(biāo)系→光標(biāo)下移至G54X__→輸入X53.658→測量(X向?qū)Φ锻瓿?;主軸正轉(zhuǎn)→刀具移動(dòng)到過毛坯斷面少量位置進(jìn)行斷面切削→保持刀具Z向不動(dòng),使刀具沿X向遠(yuǎn)離毛坯→在圖XX相同界面下G54Z__→Z0→測量(Z向?qū)Φ锻瓿?;其余三把刀具的對刀過程和第一把刀具一樣,只是相應(yīng)的X坐標(biāo)值和Z向坐標(biāo)值在圖3所示,所對應(yīng)的刀號(hào)的X__;Z__中輸入即可完成。

圖3 對刀

2.2.3 程序的導(dǎo)入

由于程序量相對較大,如果手工輸入會(huì)占用大量的時(shí)間,所以我們采取程序?qū)朕k法省時(shí)省力。在編輯狀態(tài)下→PROG(下翻)→READ→給即將傳輸?shù)奈募鸒8888→EXEC→機(jī)床→DNC傳送→在相關(guān)文件夾內(nèi)找到所需程序雙擊后如圖4所示：

2.2.4 自動(dòng)加工

將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)→PROG→找到程序o8888→循環(huán)啟動(dòng),刀具即按照所編程序運(yùn)行;當(dāng)然此工件加工需要調(diào)頭操作,其操作流程如前所述,最終加工效果如圖5所示：

圖4 DNC程序傳送

圖5 零件加工后效果

3 結(jié)論

通過此項(xiàng)目的訓(xùn)練,使學(xué)生進(jìn)一步掌握了數(shù)控加工的整個(gè)工藝流程,可以看出數(shù)控仿真加工是介于理論學(xué)習(xí)到實(shí)際加工之間的一座橋梁,只有熟練地掌握了仿真軟件,在實(shí)際加工中才能更加順利,少犯錯(cuò)誤,甚至可以有效地保護(hù)操作者和機(jī)床的安全。雖然仿真系統(tǒng)不能替代實(shí)際加工,但可以使學(xué)生在實(shí)際實(shí)訓(xùn)加工時(shí)掌握數(shù)控加工的步驟,有一種身臨其境的感受,使我們的教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。

[1] 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊：第一卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[2] 鄭貞平,黃云林,黎勝容.VERICUT7.0中文版數(shù)控仿真技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3] 劉云生,項(xiàng)目學(xué)習(xí)——信息時(shí)代重要的學(xué)習(xí)方式[J].中國教育學(xué)科2002(2).

[4] 楊兆華,淺談信息技術(shù)教學(xué)中的項(xiàng)目式教學(xué)法[J].中國教育技術(shù)裝備;2012(23).

責(zé)任編輯：訾興建

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1671-8275(2014)05-0061-03

2014-07-05

蘇兆興(1977-),男,安徽濉溪人,淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,碩士,研究方向是機(jī)械制造及自動(dòng)化。