鄭金輝，齊慧娟

(吉林化工學(xué)院 航空工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

印章的加工是高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)《零件的數(shù)控車削加工》和《零件的數(shù)控銑削加工》課程理論實踐一體化教學(xué)的典型案例。在以就業(yè)為導(dǎo)向、培養(yǎng)高技能技術(shù)工人的職教精神指引下，高職教學(xué)逐步建立“基于工作過程的課程體系開發(fā)”的理念，培養(yǎng)學(xué)生獲取普適的、可持續(xù)發(fā)展的、抽象的工作思維[1]。以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點，與行業(yè)企業(yè)合作進(jìn)行基于工作過程的課程開發(fā)與設(shè)計，充分體現(xiàn)了高職教學(xué)職業(yè)性、實踐性和開放性的要求[2]。

根據(jù)數(shù)控技術(shù)專業(yè)所對應(yīng)職業(yè)崗位進(jìn)行調(diào)研的結(jié)果，結(jié)合數(shù)控中級工所要求的知識和技能，對實際的工作任務(wù)進(jìn)行整合，歸納總結(jié)出學(xué)習(xí)性工作任務(wù)。與企業(yè)合作，開發(fā)以學(xué)習(xí)性工作任務(wù)為載體的教學(xué)情景，制定實施方案，采用任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)，使學(xué)生獲得專業(yè)能力和專業(yè)知識[3]。高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在《零件的數(shù)控車削加工》課程的學(xué)習(xí)中掌握了軸套類零件的車削方法，在《零件的數(shù)控銑削加工》課程的學(xué)習(xí)中掌握了平面類、內(nèi)外輪廓、孔類零件的加工方法[4]。為了讓學(xué)生進(jìn)一步了解工序的含義，掌握配合件的加工工藝知識，設(shè)計了印章加工的工作任務(wù)，印章手柄和印章底座通過普通內(nèi)外三角螺紋配合。

一、數(shù)控車床加工印章手柄

(一)工藝分析

工藝分析是編程前的重要準(zhǔn)備工作之一。合理確定數(shù)控加工工藝，對實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效和經(jīng)濟(jì)的數(shù)控加工具有極其重要的作用。從圖1可以看出，印章手柄零件外形規(guī)則，被加工部分的各個尺寸和表面粗糙度標(biāo)注完整。表面由凹圓曲線、凸圓曲線、外溝槽、外螺紋等組成，采用數(shù)控車床加工。數(shù)控車削工件余量較大及輪廓形狀復(fù)雜時，編程較為復(fù)雜，此時選用復(fù)合循環(huán)指令。應(yīng)用該指令時，在設(shè)定切削參數(shù)并指定精加工路線后，數(shù)控系統(tǒng)就會自動計算出粗加工路線和加工次數(shù)，自動完成加工。因此，使用復(fù)合循環(huán)指令可以大大簡化編程[5]。對于軸向加工余量大的零件經(jīng)常采用仿形加工G73指令和精加工循環(huán)G70指令。

圖1 印章手柄

(二)裝夾方式

該零件需要調(diào)頭加工，首先粗、精加工工件的右側(cè)外輪廓，然后調(diào)頭用銅皮夾持工件的右側(cè)輪廓，加工左側(cè)外輪廓、切槽、加工外螺紋。

(三)刀具選擇

該零件右側(cè)R20凹圓弧在選擇刀具時需要注意刀具的副切削刃是否和已加工表面產(chǎn)生干涉，必要的時候可以通過模擬仿真軟件校驗或者通過繪圖的方法保證選擇刀具的正確性。該零件外圓車刀宜選擇35°或者55°尖刀。在加工印章手柄右側(cè)時選擇55°尖刀，T0101，用于右側(cè)外輪廓粗、精加工。在加工印章手柄左側(cè)時選擇90°外圓車刀，T0202，用于車削印章手柄左側(cè)外輪廓，寬度小于3 mm的切槽刀，T0303，用于切槽。60°外螺紋車刀，T0404，用于車削M22×2外螺紋。

(四)切削用量選用

該零件的材料為硬鋁，刀具材料為硬質(zhì)合金，機(jī)床選用CKA6136數(shù)控車床。根據(jù)經(jīng)驗和計算得出各工序刀具與切削用量選用表，如表1所示，程序清單這里不做介紹。

表1 印章手柄刀具與切削用量選用表

(五)任務(wù)實施

根據(jù)刀、夾、量具及其切削用量等參數(shù)編制加工程序，運用宇龍軟件模擬仿真驗證程序的正確性，強(qiáng)調(diào)安全文明生產(chǎn)和6S管理，運用CKA3616數(shù)控車床進(jìn)行零件的加工。

二、數(shù)控銑床加工印章底座

(一)工藝分析

印章底座見圖2，它的整體外形由一個八邊形凸臺和Φ52、Φ44兩個圓形凸臺構(gòu)成，八邊形凸臺端面需進(jìn)行螺紋孔加工，Φ44圓形凸臺端面需要進(jìn)行線條字加工。由于幾何元素之間關(guān)系描述清楚完整，輪廓外形比較簡單，所以整體外形及線條字、M22螺紋底孔由數(shù)控銑床手工編程加工完成，M22螺紋由數(shù)控車床與印章手柄進(jìn)行配做加工完成，這樣就要保證M22的螺紋孔與Φ52、Φ44圓形凸臺的同軸度，方便數(shù)控車床加工螺紋時進(jìn)行零件裝夾找正，Φ44圓形凸臺上表面粗糙度要求較高，數(shù)值為Ra1.6。

圖2 印章底座

根據(jù)上述分析，一次裝夾完成Φ52圓形凸臺、八邊形凸臺及M22螺紋底孔的加工，翻面后以八邊形兩側(cè)邊定位裝夾，找正Φ52圓后夾緊進(jìn)行Φ44圓形凸臺的加工，以保證同軸度要求。Φ44圓形凸臺的端面分為粗、精加工兩個階段，以保證表面粗糙度要求。

(二)夾具選用與工件裝夾

毛坯形狀比較規(guī)則，零件復(fù)雜程度一般，通常選用機(jī)用虎鉗裝夾。裝夾工件時用機(jī)用虎鉗裝夾毛坯的兩側(cè)面，在工件下表面與機(jī)用虎鉗之間放入精度較高的平行墊鐵，墊鐵的厚度與寬度要適當(dāng)，應(yīng)保證工件在本次定位裝夾中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，以方便加工，最后用塑膠榔頭敲擊工件，使墊鐵不能移動后夾緊工件[6]。翻面裝夾后通過百分表找正定位基準(zhǔn)以保證加工精度。

(三)確定加工順序及走刀路線

加工順序的擬定按照基面先行、先面后孔、先粗后精的原則，因此先銑削平面；然后粗、精加工Φ52圓形凸臺、八邊形凸臺輪廓；粗、精加工M22螺紋底孔；翻面后銑削平面；粗、精加工Φ44圓形凸臺輪廓；加工線條字。內(nèi)外輪廓加工均采用順銑方式，刀具沿切線方向切入與切出。

(四)刀具的選擇

根據(jù)印章底座的結(jié)構(gòu)特點，零件的上下表面采用端銑刀加工，根據(jù)側(cè)吃刀量選擇端銑刀直徑，內(nèi)外輪廓采用鍵槽銑刀加工，銑刀直徑應(yīng)盡量包容工件整個加工寬度，以提高加工精度和效率，并減小相鄰兩次進(jìn)給的接刀痕跡，工量具及刀具清單見表2。

表2 工量具及刀具清單

(五)切削用量的選擇

根據(jù)經(jīng)驗和計算得出各工序刀具與切削用量選用表，見表3。

表3 切削用量表

(六)任務(wù)實施

1.設(shè)定工件坐標(biāo)系

(1)X、Y向?qū)Φ?，將刀具裝到主軸上，并使主軸正向旋轉(zhuǎn)。

“手動”或“手搖脈沖”方式移動銑刀沿X或Y方向靠近被測邊，直到銑刀的周刃輕微接觸到工件表面，聽到刀刃與工件摩擦聲；保持X或Y坐標(biāo)不變，將銑刀沿+Z方向退離工件；記錄機(jī)床指令坐標(biāo)系的X或Y坐標(biāo)值，并沿X或Y方向移動工件長度的一半(寬度的一半)加上刀具半徑值；將此時機(jī)床指令坐標(biāo)系下的X或Y坐標(biāo)值，輸入G54中的X或Y參數(shù)中。

“手動”或“手搖脈沖”方式移動銑刀沿X或Y方向靠近被測邊，直到銑刀的周刃輕微接觸到工件表面，聽到刀刃與工件摩擦聲；保持X或Y坐標(biāo)不變，將銑刀沿+Z方向退離工件；記錄機(jī)床指令坐標(biāo)系的X或Y坐標(biāo)值，并沿X或Y方向移動靠近另一被測邊，再次記錄機(jī)床指令坐標(biāo)系的X或Y坐標(biāo)值，將兩次記錄的坐標(biāo)值相加求和，將結(jié)果的一半輸入G54中的X或Y參數(shù)中。

(2)Z向?qū)Φ?/p>

“手動”或“手搖脈沖”方式向下移動面銑刀試切上表面，并使主軸正向旋轉(zhuǎn)，使銑刀的底刃與工件的上表面輕微接觸，記錄此時機(jī)床指令坐標(biāo)系下的Z值，并將記錄的Z值輸入到G54的Z參數(shù)中[7]。

2.編制程序

印章底座加工程序包含銑削平面加工程序、第一面Φ52圓形凸臺、八邊形凸臺加工程序，以及螺紋底孔加工程序；第二面Φ44圓形凸臺加工程序、線條字加工程序、第一面Φ52圓形凸臺、八邊形凸臺加工程序，第一面Φ52圓形凸臺、八邊形凸臺加工程序見表4。

表4 第一面Φ52圓形凸臺、八邊形凸臺加工程序

線條字的加工根據(jù)圖紙所給出的坐標(biāo)進(jìn)行編程加工，應(yīng)用CAD軟件確定線條字上各節(jié)點坐標(biāo)，舉例見圖3。

圖3 線條字找點舉例

3.注意事項

使用華中世紀(jì)星(HNC-21M)數(shù)控銑床進(jìn)行零件加工，接通電源待機(jī)器復(fù)位后必需進(jìn)行返回機(jī)床參考點操作[8]，機(jī)用平口鉗使用前要使用百分表校正，自動加工前需進(jìn)行零表面試切，保證輪廓正確性，降低廢品率，線條字加工，參照圖紙所給坐標(biāo)手工編程完成，無需使用刀具半徑補償功能。

手柄和印章底座均采用手工編程方法，通過工藝分析、數(shù)據(jù)計算，完成程序編寫，手工輸入程序后進(jìn)行程序校驗，由數(shù)控機(jī)床完成自動加工。印章手柄和印章底座之間通過內(nèi)外螺紋配合，印章實際加工效果如圖4所示。

圖4 印章實際加工效果圖

三、結(jié) 語

在運用數(shù)控車床加工印章手柄，數(shù)控銑床加工印章底座的任務(wù)完成后，我們還要進(jìn)行有效的任務(wù)評價，任務(wù)評價包括學(xué)生自評、互評和教師評價三個環(huán)節(jié)。通過評價，不僅能讓學(xué)生掌握加工零件時如何保證尺寸精度、形位精度、表面粗糙度的方法，而且能讓學(xué)生對工件的檢驗方法及零件的質(zhì)量進(jìn)行分析，全面提高學(xué)生的技能水平[9]，該案例的實施，使學(xué)生了解了螺紋配合加工的整個流程，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生編程能力，增強(qiáng)了學(xué)生的產(chǎn)品質(zhì)量意識[10]。