王凌云　黃紅輝　李厚佳　周立波

摘 要：研究現(xiàn)代機械行業(yè)中普遍應(yīng)用的錐齒輪零件數(shù)控多軸加工工藝方法，探討在教育教學(xué)中如何培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計和創(chuàng)新制造能力，闡述了大學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練在課程教學(xué)改革中的具體措施。實踐證明，新技術(shù)、新工藝方法在智能制造中的創(chuàng)新運用是培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)能力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計 創(chuàng)新制造 能力培養(yǎng)

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（c）-0198-03

如何培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和創(chuàng)新制造能力已成為數(shù)控技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革的重點，不斷提高和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是符合提高我國智能制造技術(shù)水平的要求。不斷優(yōu)化教學(xué)方法， 將基于傳授的灌輸式教學(xué)法轉(zhuǎn)化為基于學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性教學(xué)，這不僅改進了教學(xué)方法， 而且改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，實踐證明：學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力大大提高， 學(xué)生逐漸養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)、積極探索的好習(xí)慣，觀察問題和解決工程實際問題的能力不斷提高。

錐齒輪傳動是機械行業(yè)中廣泛應(yīng)用的傳動方式，它可以完成齒輪傳動的換向等，廣泛應(yīng)用與汽車減速箱等各個行業(yè)中，雖然目前齒輪加工普遍采用滾齒等加工方式，但是在某些特定的的條件下，比如單個齒輪，或者特殊形狀的齒輪等，采用滾齒的方式無疑會增加成本，而此時，五軸加工就能為之帶來可觀效益，根據(jù)零件的特征和毛坯形狀，分析鋁合金銑削加工性能，設(shè)計了錐齒輪的加工工藝，設(shè)計了錐齒輪加工所用夾具的定位與夾緊方案并對夾具組件進行了設(shè)計和加工，用UG軟件平臺規(guī)劃了錐齒輪數(shù)控多軸加工策略，同時合理控制進退刀路線，生成了錐齒輪銑削加工的無干涉刀具軌跡，選用合理的切削參數(shù)，通過POSTBUILDER做后置處理，并將生成的數(shù)控加工程序在Vericut中進行仿真加工以驗證后置處理程序的正確性，最后選用 VMC-0656e 五周數(shù)控加工中心機床進行零件加工，驗證了錐齒輪加工工藝方案的可行性及加工程序的正確性。

探索了如何培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和創(chuàng)新制造能力的方法，并通過數(shù)字化五軸機床智能制造的工程實踐培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 零件的創(chuàng)新制造工藝

1.1 零件的技術(shù)要求分析

作為動力機械的關(guān)鍵部件，齒輪廣泛應(yīng)用于汽車等領(lǐng)域，其生產(chǎn)技術(shù)一直是制造業(yè)中的一個重要課題。齒輪的加工難點主要表現(xiàn)在：（1）齒輪的形狀復(fù)雜，樣式種類繁多。（2）齒底的空間較小，而且在徑向上設(shè)有半徑的減小通道越來越窄，因此加工齒輪時除了刀具與被加工齒廓之間發(fā)生干涉外，刀具也極容易發(fā)生斷裂。（3）刀位規(guī)劃時的約束條件多，自動生成無干涉刀位軌跡較困難。大多數(shù)生產(chǎn)齒輪的廠家多采用成型刀具進行銑削加工，本項目選用UG NX8.0軟件對錐齒輪做加工仿真研究，使用用NX8.0的多軸加工模塊，采用市場上普遍使用的銑刀對不同的加工表面采用不同的加工策略，產(chǎn)生加工刀路軌跡，再利用相關(guān)仿真軟件對后置處理的程序進行仿真驗證加工，然后將經(jīng)過驗證的程序?qū)霗C床進行零件加工，最終完成錐齒輪的多軸加工。

如圖1所示，該零件的中心孔有尺寸精度要求，其精度為，同時還有垂直度要求，表面粗糙度為Ra0.8。零件尺寸標注完整，輪廓描述清楚。零件材料為鋁合金。

1.2 工藝路線的設(shè)計

齒輪的加工可取下述工藝路線進行：待加工零件→外輪廓→端面及中心孔的車削加工→銑工藝定位孔→齒輪粗加工→齒廓及齒面的半精加工→齒廓面精加工→齒面精加工→清根加工→檢驗→上油入庫。

2 數(shù)控加工工序設(shè)計

零件工序安排在數(shù)控車床、數(shù)控銑床、五軸加工中心上進行生產(chǎn)加工。在數(shù)控車床上完成中心孔及齒輪輪廓面的粗、精加工；在數(shù)控銑床上完成工藝定位孔的加工；在五軸加工中心上進行齒輪齒底面和齒廓面的粗、半精、精加工，最后進行清根處理。

2.1 機床選擇

采用工序集中的加工原則，粗、精銑齒廓的齒根面和齒廓曲面選用VMC0656e五軸數(shù)控加工中心。VMC-0656e五軸聯(lián)動加工中心為雙回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)，它帶有一個繞Z軸旋轉(zhuǎn)的C軸和繞X軸擺動的A軸。其配置了8000r/min主軸，飛陽C0數(shù)控系統(tǒng)。X軸行程：-400～400mm，Y軸行程：-320～330mm，Z軸行程：105～605mm，A軸擺動角度：-105°～120°。

2.2 刀具選擇

只要保證零件不過切，無論是曲面粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇立銑刀。刀具的耐用度和精度與刀具的價格關(guān)系較大，通常選擇好的加工刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，可使整個加工成本大大地降低。因此在做VMC-0656e五軸加工中心的加工工序中，選用Φ6立銑刀對錐齒輪進行粗加工，選用Φ3mm帶3度錐度的銑刀對齒輪進行半精加工和精加工，刀具型號均為GB/T 1127-1997。

3 夾具設(shè)計

夾具裝配圖如圖2所示，零件以底面和中心孔作為定位基準，零件在軸套4和芯軸8上定位，擰動螺母6至夾緊工件，用過渡盤1，通過T型塊和螺栓等連接夾具在機床導(dǎo)軌上，同時芯軸8定位整套夾具在機床導(dǎo)軌的中心位置。為了保證工件的六自由度被完全限制，本夾具還利用菱形銷10限制工件Z軸的旋轉(zhuǎn)，同時通過鍵2保證機床與夾具體的可靠連接，通過快換墊圈7保證工件加工的加緊力同時保證加工完成后工件換取的簡單快速性。

4 零件加工仿真

采用UG NX軟件對錐齒輪進行刀具軌跡規(guī)劃，合理選擇加工刀具和機床，并針對齒輪的齒底面和齒廓面進退刀進行了控制，根據(jù)齒輪零件的結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要求，區(qū)域之間快速移動時以球的方式控制刀軸運動，使刀軌更清晰流暢，不僅提高加工效率，而且大大增加了制造過程中的安全性能。對后置處理生成的數(shù)控加工程序在Vericut軟件中進行仿真加工驗證，確保生成的錐齒輪零件數(shù)控加工程序的正確性。使用VMC-0656e五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心加工齒輪零件，加工過程平穩(wěn)，經(jīng)過檢測：加工表面光潔度高，加工形狀尺寸精度和位置尺寸精度達到設(shè)計圖紙的要求。

仿真結(jié)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(jié)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

最后通過VMC-0656e五軸聯(lián)動加工中心實現(xiàn)齒輪零件的加工，加工過程平穩(wěn)，加工表面光潔度高，加工尺寸精度達到了預(yù)期的目標。通過類似的曲面零件數(shù)控多軸加工的創(chuàng)新制造能力的訓(xùn)練，學(xué)生創(chuàng)新能力得到較大的提高 （見圖4）。

6 結(jié)語

在數(shù)控多軸加工職業(yè)技術(shù)能力方面的學(xué)生創(chuàng)新運用新技術(shù)、新工藝及新方法，掌握數(shù)控多軸加工工藝與多軸加工策略的綜合運用，特別是數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計與智能制造能力等綜合職業(yè)素養(yǎng)得到較好地提升。

參考文獻

[1] 王凌云，黃紅輝.產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型下的數(shù)控技術(shù)專業(yè)改革[J].新課程研究，2013（8）：35-37.

[2] 高平，王科社.五軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀[A].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文集（下卷）[C].2006.

[3] 宋放之.數(shù)控機床多軸加工技術(shù)實用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.