信麗華, 宋震宇, 黃何偉

(上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心,上海 201620)

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車銑復(fù)合實(shí)踐教學(xué)探索

信麗華, 宋震宇, 黃何偉

(上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心,上海 201620)

車銑復(fù)合加工可以通過零件的一次裝夾，實(shí)現(xiàn)車削、銑削、鉆孔等多種不同工藝的加工，免去了工序間工作的搬運(yùn)和儲存，節(jié)約了作業(yè)周轉(zhuǎn)時間，減少了零件重復(fù)定位的誤差，從而提高了加工的形位精度。近年來車銑復(fù)合加工技術(shù)已成為是機(jī)械加工領(lǐng)域發(fā)展最迅速的先進(jìn)加工技術(shù)之一。文章以數(shù)控車銑復(fù)合加工法蘭盤等典型零件的教學(xué)為例，闡述了本校工程實(shí)訓(xùn)中心針對培養(yǎng)“卓越工程師”的學(xué)生過程中，以項目為驅(qū)動進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作先進(jìn)機(jī)械加工設(shè)備的動手能力，增強(qiáng)了學(xué)生對數(shù)控加工技術(shù)的理論知識的掌握和理解。

數(shù)控車銑復(fù)合加工； 卓越工程師； 加工中心； 實(shí)踐教學(xué)

0 引 言

隨著人們生活需求的變化，針對產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期也越來越短。在機(jī)械加工領(lǐng)域體現(xiàn)為零件的加工精度要求越來越高，加工時間要求越來越短。某些復(fù)雜零件需要經(jīng)過車、銑、鉆、磨等多次機(jī)械設(shè)備加工才能達(dá)到圖紙要求的精度，有沒有可能零件一次裝夾后就能完成全部的機(jī)械加工？這就提出了復(fù)合加工的要求。復(fù)合加工機(jī)床就是通過零件一次裝夾就能完成多種機(jī)械加工工序的設(shè)備[1]。數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床是目前最主要和最成熟的一種復(fù)合加工設(shè)備，通常是在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削、銑削以及鏜削等復(fù)合加工功能，能夠?qū)崿F(xiàn)工件一次裝夾、全部完工的加工理念[2]。

基于目前國內(nèi)勞動力成本普遍上漲，大環(huán)境壓力下的對節(jié)能減排的迫切需求，以及國外需求長期疲軟，這將促使我國制造領(lǐng)域的新一輪產(chǎn)業(yè)升級[3]。新一輪的產(chǎn)業(yè)升級必將由技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)代替勞動密集型產(chǎn)業(yè)。這種轉(zhuǎn)型將會極大地增加高效、精確的數(shù)控復(fù)合機(jī)床的市場需求。培養(yǎng)懂?dāng)?shù)控車銑復(fù)合加工等技術(shù)的復(fù)合型人才已成為以后高校培養(yǎng)人才的方向之一，因此教育部門提出了“卓越工程師”培養(yǎng)計劃。

我校針對“卓越工程師”培養(yǎng)計劃中，將“現(xiàn)代制造技術(shù)”列為必修課程之一，其中既有數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識教學(xué)、又有實(shí)際操作技能實(shí)習(xí)教學(xué)。學(xué)生通過這門實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)后，可以掌握現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識，并能夠通過實(shí)際零件的加工操作了解和熟悉現(xiàn)代先進(jìn)機(jī)械加工設(shè)備的操作和加工工藝。在我校的《現(xiàn)代制造技術(shù)》的實(shí)踐教學(xué)中目前安排了一天的教學(xué)時間(6學(xué)時)針對數(shù)控車銑復(fù)合加工技術(shù)作教學(xué)。

1 車削復(fù)合加工簡介

車銑復(fù)合加工技術(shù)不是簡單的將車削和銑削兩種加工方法合并到一臺機(jī)床設(shè)備上,而是現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)得到極大發(fā)展的條件下產(chǎn)生的一種新的金屬切削技術(shù)，它是利用車削和銑削的合成運(yùn)動來完成各類零件的加工[4-5]。簡單的說，車銑復(fù)合加工是利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的合成運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)對工件的切削加工,使工件在形位精度、加工零件表面質(zhì)量等多方面達(dá)到設(shè)計和使用要求的一種先進(jìn)切削加工方法[6]。

數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床的加工方式簡單的可分為車削和銑削兩種。根據(jù)工件旋轉(zhuǎn)軸線與刀具旋轉(zhuǎn)軸線相對位置的不同,車銑復(fù)合加工又可分為軸向車銑加工、正交車銑加工以及一般車銑加工[7-8]。軸向車銑加工由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行,因此它不但可以加工外圓柱表面,也可加工內(nèi)孔表面。正交車銑加工由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直,在內(nèi)孔直徑較小時它不能對內(nèi)孔進(jìn)行加工,但在加工外圓柱表面時銑刀可以采用較大的縱向進(jìn)給進(jìn)行加工,因此,在加工外圓柱表面時數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床效率較高[9-10]。

數(shù)控車銑復(fù)合機(jī)床通過四軸聯(lián)動可以加工出相對復(fù)雜工件，特別是對于較長的軸類零件(長度2 000 mm以上的軸類)，帶有螺旋槽或其他特殊曲線槽，通過一次裝夾可完成零件的車銑復(fù)合加工，極大地提高了加工效率，改善了零件的加工精度[11]。

車銑復(fù)合加工中心既可完成車削的多道工序，又能完成銑、鏜、攻絲等多種工序，好似把一臺數(shù)控車床和一臺中小型加工中心復(fù)合在一起[12]。體現(xiàn)了工件在一次裝夾中完成大部分或全部加工工序，從而達(dá)到減少機(jī)床和夾具，免去工序間的搬運(yùn)和儲存，提高工件加工精度，縮短加工周期和節(jié)約作業(yè)面積的目的[13]。

我校實(shí)習(xí)所采用的車銑復(fù)合加工機(jī)床是采用Mazak數(shù)控系統(tǒng)的斜床身結(jié)構(gòu)的車銑復(fù)合加工機(jī)床。配備了一個12刀位的轉(zhuǎn)塔刀架，可以裝夾車刀，銑刀、鉆頭和絲錐等多種刀具，而且機(jī)床采用雙主軸，并且主軸具有數(shù)控精確分度的C軸功能，機(jī)床性能和精度足以滿足目前教學(xué)需求。

下文將以此機(jī)床設(shè)備教學(xué)加工典型的法蘭盤類零件來說明車銑復(fù)合加工的教學(xué)。

2 車銑復(fù)合加工的教學(xué)

盡管復(fù)合加工具有常規(guī)單一加工無法比擬的優(yōu)勢，但實(shí)際上目前在我國機(jī)械制造領(lǐng)域里車銑復(fù)合加工的利用率并未得到充分發(fā)揮。其關(guān)鍵原因在于車銑復(fù)合加工在我國機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用時間還很短，適用于各種零件的車銑復(fù)合加工工藝、數(shù)控編程技術(shù)、后置處理以及仿真技術(shù)尚處于發(fā)展應(yīng)用階段[14]。懂得車銑復(fù)合加工工程技術(shù)人員還很少，針對這一塊的應(yīng)用研究還處于摸索階段。因此用必要培養(yǎng)等多的懂得車銑復(fù)合加工等現(xiàn)代加工技術(shù)的復(fù)合型技術(shù)人才，加大對現(xiàn)代加工技術(shù)的應(yīng)用研究。

2.1 車銑復(fù)合加工教學(xué)的目的

讓學(xué)生了解車銑復(fù)合加工中心在現(xiàn)代制造領(lǐng)域中的地位與重要性；了解車銑復(fù)合加工中心的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)；了解車銑復(fù)合加工機(jī)床操作和基本加工工藝。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

我校的《現(xiàn)代制造技術(shù)》實(shí)習(xí)課程中車銑復(fù)合加工中心共安排6學(xué)時，由于這類高端數(shù)控設(shè)備價格昂貴，設(shè)備數(shù)量也較少，所以都采用分成5～8人/小組的形式進(jìn)行實(shí)習(xí)，以充分保證學(xué)生對設(shè)備的操作時間。

由于Mazak數(shù)控系統(tǒng)采用的是會話式CNC編程方式，相對之前的人工編寫CNC的G代碼已經(jīng)方便快捷很多了。只需要熟悉操作面板的使用，不必要記那些G代碼的含義，就可以很快的編寫一個零件的CNC加工程序。并且這套數(shù)控系統(tǒng)自帶仿真程序，可以針對之前使用會話式CNC編寫的程序做驗(yàn)證，并且也可以實(shí)時顯示模擬加工過程中刀具的加工時間、負(fù)載、切削條件等，對修改CNC加工程序提高加工效率、減少主軸負(fù)載和刀具磨損提供了直觀的依據(jù)。

在教學(xué)過程中，改變了之前讓學(xué)生制作結(jié)構(gòu)簡單，樣式單一的試棒類零件，而是提供了以下四類比較適合車銑復(fù)合加工的零件：① 軸類零件，例如萬向聯(lián)結(jié)軸；② 盤類零件，例如法蘭盤(見圖1)；③ 套類零件，例如尾座套筒等；④ 其他類零件，例如花鍵等。

這四類零件由學(xué)生自由挑選，以提高學(xué)生的動手操作的興趣。

2.3 車銑復(fù)合加工教學(xué)的重點(diǎn)

教學(xué)中首先要重點(diǎn)突出車銑復(fù)合加工工藝的教學(xué)。與常規(guī)加工設(shè)備不同的是，一臺車銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)際上相當(dāng)于一條小型的生產(chǎn)線。如何根據(jù)零件工藝特性和車銑復(fù)合加工的工藝特點(diǎn)來制定合理的工藝路線、工件定位方法和選用合理的刀具是實(shí)現(xiàn)高效精密加工的關(guān)鍵。

工序集中是復(fù)合加工最為鮮明的工藝特點(diǎn)。因此，科學(xué)合理的工藝路線是提高車銑復(fù)合加工效率和精度的關(guān)鍵因素。以圖1的法蘭盤為例，以前的基本加工工序是：車削零件裝夾→車削粗加工Φ85mm的外圓→夾住Φ85mm的外圓→粗車外部輪廓→精車外部輪廓→鉆底孔→車削Φ67mm內(nèi)孔→銑削裝夾→銑削加工槽和半圓開口等→鉆削裝夾→鉆螺紋底孔→螺紋孔攻絲。而采用車銑加工中心不僅可以通過一次裝夾完成上述工藝的全部加工，而且當(dāng)采用長棒料進(jìn)行加工時還可以通過鋸斷、自動送料等功能實(shí)現(xiàn)此法蘭盤的批量生產(chǎn)，整個過程無需人工干預(yù)可以全部自動完成。其工藝設(shè)置可采用如下方式：主軸裝夾棒料→粗車外部輪廓→精車外部輪廓→鉆底孔→車削Φ67mm內(nèi)孔→銑削開槽和半圓開口等→鉆螺紋底孔→螺紋孔攻絲→零件切斷。可以看出，一次裝夾即完成全部葉輪加工工序，加工效率及精度可以得到大幅提高。

圖1 法蘭盤的零件加工圖

對于具有雙刀架的車銑加工中心，雙刀塔的設(shè)備都具有雙通道的控制系統(tǒng)，上下刀架可單獨(dú)控制，同步加工可以通過代碼中的同步語句來實(shí)現(xiàn)。為充分發(fā)揮設(shè)備的加工能力，可以在加工條件允許的前提下，通過雙刀架的同步操作實(shí)現(xiàn)零件的多個工序同時加工。為實(shí)現(xiàn)這些功能，需要在前期工藝設(shè)計的時候?qū)に嚪桨高M(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，確定工藝路線的串行和并行順序，并通過對加工程序的合理組合實(shí)現(xiàn)上述功能。

在實(shí)踐教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)車銑復(fù)合加工仿真模擬的必要性。由于車銑復(fù)合加工機(jī)床的運(yùn)動部件多、功能復(fù)

雜，加上加工的零件結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，如不及時進(jìn)行加工仿真模擬，可能損壞工件，甚至損壞刀具等加工設(shè)備。因此程序編制完成后加工仿真就顯得尤為重要。

3 結(jié) 語

車銑復(fù)合加工技術(shù)的先進(jìn)理念是提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期。因此，這種技術(shù)在軍工、航空、航天、船舶以及一些民用工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。后續(xù)車銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛，并朝著更高的精度、更高的效率、更廣的工藝范圍和模塊化方向發(fā)展[15]。

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The Practical Teaching Exploration of CNC Turn-milling Machining

XINLi-hua,SONGZhen-yu,HUANGHe-wei

(Engineering Training Center, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)

The turn-milling machining can complete turning, milling, drilling and other processing in one clamping, it omitted the part handling and storage, and saved the turnover time of the component processing, and reduced the error of part repeat-positioning, so it insured the form precision of processing parts. In recent years the turn-milling machining has become the one of the most rapidly-developing advanced machining technologies. For an example based on training the CNC turn-milling machining typical flange part, there was an practice teaching method for project management of excellent engineer training in SUES’s engineering training cente, it can train the students’ practical ability of advanced mechanical processing equipment, and enhance the students to master the theoretical knowledge of CNC machining technology.

CNC turn-milling machining; excellent engineer; machining centre; practical teaching

2014-11-15

上海工程技術(shù)大學(xué)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)項目(p201424003)

信麗華(1977- )，女，遼寧開原人，工程碩士，工程師，主要從事數(shù)控加工技術(shù)研究。

Tel.：021-67791246； E-mail：ixlh@sina.com

G 642.0

A

1006-7167(2015)05-0211-03