劉麗明 李 紅 閆航瑞

武漢工程科技學(xué)院 湖北武漢 430200

數(shù)控機(jī)床編程與操作實(shí)訓(xùn)是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的主干課程，數(shù)控加工技能是職業(yè)能力中的核心技能。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)與基本理論，熟悉數(shù)控加工的基本操作，掌握數(shù)控編程軟件的使用，增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力，為今后從事數(shù)控領(lǐng)域工作打下扎實(shí)基礎(chǔ)。而本課程涉及內(nèi)容較多，覆蓋知識(shí)較廣，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中理解與吃透知識(shí)點(diǎn)較困難，因而在一定程度上挫傷了原本基礎(chǔ)較薄弱的獨(dú)立院校學(xué)生的積極性，教學(xué)效果不太樂(lè)觀。因此，如何吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，使學(xué)生在數(shù)控機(jī)床編程與操作的實(shí)訓(xùn)課程中最大可能地提高專業(yè)技能、培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才成為教師教學(xué)改革任務(wù)的重中之重。在此基礎(chǔ)上提出“印章編程與加工”作為數(shù)控機(jī)床編程與操作實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)任務(wù)，期望通過(guò)該課程能激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床課程學(xué)習(xí)的興趣與熱情，進(jìn)而增進(jìn)對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)與理解。

1 教學(xué)應(yīng)用實(shí)例的提出

數(shù)控機(jī)床編程與操作實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)環(huán)節(jié)在工程實(shí)訓(xùn)中心進(jìn)行，由企業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)、指導(dǎo)教師帶隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、提示答疑、學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及撰寫實(shí)習(xí)手冊(cè)與實(shí)習(xí)總結(jié)報(bào)告等方式組成。本教學(xué)環(huán)節(jié)由三部分組成：數(shù)控車床實(shí)習(xí)、軟件編程(Mastercam)及數(shù)控銑床實(shí)習(xí)。學(xué)生通過(guò)三部分的學(xué)習(xí)，要求能獨(dú)立完成一個(gè)刻有自己名字的印章的數(shù)控加工。為了能使學(xué)生掌握螺紋的數(shù)控加工方法特將印章設(shè)計(jì)成兩部分，手柄的加工(如圖1所示)和印章底座的加工(如圖2所示)，再用螺紋連接組合成一個(gè)完整的印章。

學(xué)生通過(guò)對(duì)該零件進(jìn)行工藝分析、工藝方案制訂、數(shù)控加工程序編寫、校驗(yàn)與加工等進(jìn)行學(xué)習(xí)，初步具備編制溝槽、倒角、內(nèi)外螺紋、圓柱面等要素零件的數(shù)控加工能力，同時(shí)掌握該類零件的加工方法與技能。在數(shù)控車床上，用Ф45×120毛坯加工出圖1印章手柄和圖2印章底座零件，加工工藝過(guò)程如表1和表2所示，在數(shù)控銑床上，用表3所示的加工工藝過(guò)程對(duì)印章底座進(jìn)行2D挖槽。

圖1 印章手柄

圖2 印章底座

2 數(shù)控車床加工

根據(jù)零件圖進(jìn)行工藝分析后，就可以編寫加工程序進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)加工了。印章零件先用數(shù)控車床加工出印章的手柄和印章底座的內(nèi)螺紋，再由數(shù)控銑床雕刻出字體。數(shù)控車床的程序由人工編制，數(shù)控銑床的程序借助相應(yīng)配套的硬件和軟件自動(dòng)編程。

2.1 手工編程

要求在分析工藝過(guò)程的基礎(chǔ)上，編寫加工程序。

2.1.1 選擇機(jī)床與刀具

加工該零件選擇的是大連機(jī)床廠的FANUC Oi T系統(tǒng)，前置刀架式數(shù)控車床加工，編程的原點(diǎn)設(shè)在工件右端面與Z軸相交的交點(diǎn)上。

2.1.2 加工步驟

(1)G71粗加工去除部分余量，G70精加工。(2)加工退刀槽。(3)G92加工外螺紋。(4)掉頭，G73外形粗加工SR15和R5的圓弧。(5)沿G73軌跡用G70精加工，保證圓弧面的光滑連接。

2.1.3 選擇刀具

(1)1號(hào)刀為75°的外圓車刀，S600，F(xiàn)0.15。(2)2號(hào)刀為切槽刀，刀寬為3 mm，S500，F(xiàn)0.05。(3)3號(hào)刀為螺紋刀，S300，F(xiàn)2(螺距)。(4)4號(hào)刀為35°外圓尖刀，S600，F(xiàn)0.15。

2.1.4 編寫加工程序(略)

表1 印章手柄加工工藝過(guò)程

表2 印章底座車床加工工藝過(guò)程

表3 印章底座文字雕刻(2D挖槽)

2.2 數(shù)控車床操作

2.2.1 試操作

在進(jìn)行對(duì)刀和加工之前，對(duì)學(xué)生進(jìn)行2個(gè)學(xué)時(shí)的操作練習(xí)，包括仿真系統(tǒng)的練習(xí)和數(shù)控車床系統(tǒng)的練習(xí)。仿真系統(tǒng)采用的是斯沃?jǐn)?shù)控仿真系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控仿真系統(tǒng)的練習(xí)可以加深學(xué)生對(duì)數(shù)控車床的認(rèn)識(shí)，也可以進(jìn)行虛擬加工，驗(yàn)證程序正確性。對(duì)數(shù)控車床的練習(xí)包括操作面板、手輪、裝夾和對(duì)刀等操作的練習(xí)。

圖3 仿真加工印章手柄

圖4 仿真加工螺紋

2.2.2 對(duì)刀

對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，零件加工之前最關(guān)鍵的一個(gè)操作就是對(duì)刀，即保證刀具與工件加工位置的正確性。在本次實(shí)習(xí)過(guò)程中采用的是手動(dòng)試切對(duì)刀的方式[1]。具體操作順序如下。(1)裝夾好工件和刀具。(2)手動(dòng)選擇刀具T0101/T0202/T0303。(3)確定主軸轉(zhuǎn)速使主軸正轉(zhuǎn)。(4)點(diǎn)動(dòng)方式使刀具快速接近工件(先快進(jìn)后手輪)。(5)用手輪操作，移動(dòng)刀架使刀具靠近工件，車削端面。(6)保持Z軸不動(dòng)，使刀具反方向退出，主軸停，打開(kāi)刀補(bǔ)界面，輸入Z向測(cè)量值，完成Z向?qū)Φ恫僮鳌?7)確定主軸轉(zhuǎn)速且使主軸正轉(zhuǎn)。用手輪操作，移動(dòng)刀架，車削外圓，長(zhǎng)度約10 mm。(8)保持X軸不動(dòng)，使刀具沿著-Z方向移出，主軸停，測(cè)量工件外徑，進(jìn)入刀補(bǔ)界面，輸入X向測(cè)量值，完成X向當(dāng)前的對(duì)刀操作。(9)手動(dòng)選擇其他刀具，對(duì)其他2把刀具進(jìn)行對(duì)刀。對(duì)剩余的刀具進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，不用再進(jìn)行切削對(duì)刀，只需要使刀尖輕輕接觸上工件的端面和外圓面即可。重復(fù)上述(7)(8)的操作，修改刀具的刀偏參數(shù)即可[2]。

2.2.3 實(shí)施加工

將已經(jīng)編制驗(yàn)證無(wú)誤的程序輸入到車床系統(tǒng)中，進(jìn)行正確的對(duì)刀之后，就可以在自動(dòng)模式下進(jìn)行零件的加工了。

3 數(shù)控銑床加工印章底座

印章的外形已經(jīng)加工完成，還需用銑床把自己的名字加工出來(lái)，手動(dòng)編程比較煩瑣，所以采用Mastercam軟件進(jìn)行自動(dòng)編程。Mastercam軟件實(shí)現(xiàn)文字的建立及自動(dòng)編程加工過(guò)程，并將生成的G代碼傳輸?shù)綌?shù)控銑床上，實(shí)現(xiàn)文字的建模、仿真和實(shí)際加工。

3.1 Mastercam程序編制過(guò)程

文字模型建立印章的尺寸為28 mm×28 mm，材料為尼龍棒料。本例要加工的文字為“胡西子”，字體為“魏體”，字體大小為12 mm×12 mm，居中。字體深度為0.5 mm。

3.1.1 毛坯設(shè)定

毛坯零件是已經(jīng)在數(shù)控車床上加工完成的印章底座，底座的圓柱端尺寸為Ф40 mm，在該端面上加工完成印章名字的雕刻。利用“材料設(shè)置”添加毛坯，將邊界盒設(shè)置為40 mm×40 mm即可。

3.1.2 構(gòu)建文字刀具路徑

設(shè)定好的毛坯材料的上表面為待加工平面。因?yàn)橛≌碌臐h字為凹形文字，因此只需要把文字外輪廓的內(nèi)部材料銑削除料即可。步驟為：文字創(chuàng)建→文字鏡像→設(shè)置加工邊界→加工設(shè)計(jì)。銑削工序是平面銑削→外形銑削(2D)→2D挖槽。

3.1.3 實(shí)體切削驗(yàn)證及后處理G代碼的生成

具體操作步驟為：在Mastercam中調(diào)用操作管理器，依次選擇所需檢驗(yàn)的刀具軌跡進(jìn)行仿真加工。如果沒(méi)有錯(cuò)誤，關(guān)閉模擬功能，執(zhí)行后處理，設(shè)置相應(yīng)后處理參數(shù)，即可生成G代碼程序。

3.2 文字在數(shù)控銑床上的雕刻

在Mastercam軟件中，對(duì)所生成的雕刻文字的路徑軌跡進(jìn)行了驗(yàn)證，并生成了相應(yīng)的G代碼，因?yàn)樗捎玫姆抡孳浖菙?shù)控加工中心，而實(shí)際加工設(shè)備是數(shù)控銑床，因此對(duì)代碼作以下修改：(1)刪除第四軸數(shù)據(jù)“A0.”以適應(yīng)三軸加工中心；(2)刪除換刀指令M6；(3)將M01換成M00。最后通過(guò)USB傳輸至數(shù)控銑床上讀取寫入。

將印章的底座裝夾好后進(jìn)行對(duì)刀。所謂的對(duì)刀實(shí)際上就是確定工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床的機(jī)械坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)值[3]。印章底座的加工采用的是手動(dòng)對(duì)刀的方法，借助偏心式尋邊器對(duì)刀法進(jìn)行X，Y兩個(gè)方向的對(duì)刀，借助準(zhǔn)備好的100 mm量塊進(jìn)行Z方向的對(duì)刀。對(duì)刀完成后，在編輯模式下，自動(dòng)運(yùn)行程序。最終完成圖5和圖6所示的個(gè)人印章加工。

圖5 印章手柄和底座實(shí)物圖

圖6 印章完整實(shí)物圖

4 結(jié)語(yǔ)

借助印章零件的加工，使學(xué)生對(duì)零件的加工工藝、數(shù)控車床和數(shù)控銑床操作練習(xí)都有了一定的認(rèn)識(shí)。在車床練習(xí)中使用手工編程，在銑床中使用MasterCAM對(duì)所要加工的字體進(jìn)行模型的建立與自動(dòng)編程，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將理論授課與實(shí)踐操作進(jìn)行完美的結(jié)合，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。并且在教師和工人師傅的指導(dǎo)下畫圖、編制工藝步驟、編寫程序直到做出實(shí)體零件來(lái)。

總體而言，此次數(shù)控實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)效果達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)也提醒教師在今后的課程教學(xué)實(shí)例上下功夫，提出難度恰當(dāng)、能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的例子[4]，使學(xué)生能將理論知識(shí)與實(shí)踐操作結(jié)合，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的教學(xué)目標(biāo)。