零件多轴加工技术教学的职业能力培养

王凌云 王丹 黄红辉 周立波

摘 要：以壳体类零件数控多轴加工加工为例，探索职业能力培养在《数控多轴加工技术》教学中的应用，阐述了大学生工程职业技能训练在课程教学改革中的具体措施。实践证明，通过数控多轴机床加工工艺制定、多轴机床后置处理程序的设以及加工能力的训练，学生综合职业能力和创新能力得到了较大的提高。

关键词：壳体类零件多轴加工 教学改革 职业能力培养

中图分类号：G71 文 献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）5（b）-0136-02

以壳体类零件多轴加工教学为例，探索数控多轴加工技术课程对学生职业能力的培养。零件曲面较多，侧面还需要刻字，使用三轴数控铣床加工，在使用球头刀加工曲面时，由于球头刀的球心的切削速度为0，主轴与工件的相对角度也是固定的，因此其表面质量很难达到统一。在使用三轴机床加工侧面文字时，因文字是在曲面上的，三轴无法保证刀轴一直处于曲面的法向上，加工出来的文字容易出现粗细、深浅不均匀的情况且加工之前需要重新装夹工件；五轴联动加工技术用于复杂多面体零件在一次安装条件下，通过增设的机床回转轴可以方便地完成除安装基面外所有平面的铣、钻、镗等加工；不仅如此，而且在加工斜面时，通过刀具或工件的回转，可以使刀具更好地接近加工表面，缩短刀具伸出长度，有利于提高切削能力和刀具寿命；此外还能解决依靠直线轴运动无法解决的内凹表面的加工。因此利用五轴数控加工中心加工曲面可以获得更好的表面加工质量，减少装夹次数；工作任务包含零件的结构工艺性分析、零件制造的机械加工工艺过程的分析、机床的选择、切削刀具的选择、加工参数的选择、利用UG 软件对零件复杂曲面的加工刀路进行设计、数控程序的编制及数控程序的仿真加工。对五轴加工的特点进行分析，对加工中可能会发生的干涉利用VERICUT软件进行充分的检查。

1 零件的加工工艺分析

1.1 零件的结构工艺性分析

如图1所示，是一个壳体类零件，材料为45#钢，为小批量生产，零件的整体以曲面为主，一个大平面，一个小平面，三个φ13 腰型槽，三个φ6 腰型槽，R1、R3、R4 圆角面，R14.21、R7.16 大曲面等。整个零件都以曲面为主，侧面还需要刻字，因此需要采用五轴数控加工中心加工。

1.2 工艺路线的确定

根据零件的形状、技术要求和生产性质制定出工艺路线并填写机械加工工艺过程，工艺路线主要为：备料-预备热处理-加工基准面-数控多轴机床加工内外形面。

2 数控加工工序的确定

2.1 机床的选择

采用工序集中的加工原则，零件的曲面较多，且在曲面上还需要刻字，因此选用VMC0656e 五轴数控加工中心来完成加工任务。

2.2 刀具的选择

由于该零件有内轮廓和外轮廓，因此选用Φ12的90°可转位刀具进行粗加工，Φ10和Φ6的整体式硬质合金铣刀进行平面和键槽的精加工，曲面部分采用Φ6的2刃整体式硬质合金球头刀。刻字部分采用Φ2的圆角铣刀。

3 夹具设计

夹具装配图如图 2所示，偏心夹紧机构22是利用偏心件的几何中心和回转中心不同，形成一个弧形楔块逐渐楔入“基圆盘”与工件之间，从而夹紧工件。 气动夹紧是通过给气室中充入气体，使得由塑料构成的下气室18发生膨胀，推动杠杆14，杠杆推动导向元件3，导向元件推动卡爪3绕着卡爪连接座11转动实现对工件的夹紧。

4 零件的加工仿真

并将软件生成的程序的保存成TXT文件，VERICUT软件可以直接导入TXT进行模拟。目前的五轴机床相比三轴机床和老的五轴机床多了RTCP功能，该功能的作用是在A轴或C轴旋转时，刀具还能保持在坐标系中的位置。即坐标系会随着工作台的旋转进行自动偏置补偿，这样使得编程人员不用再去根据每把刀具的长度预先计算出偏置量，减少了编程了工作量。

在正式的加工前，要对程序进行充分的检查，检查是否存在刀具与夹具碰撞的可能，过切，欠切等一切造成工件报废和机床损坏的情况。因此需要编写加工程序，使用仿真VERICUT软件进行加工仿真。仿真结束后，在零件视图中可以得到较为精细的模型显示，检查是否有过切和欠切，结果如图3所示。确认程序没有问题之后，可以到机床上进行首件试切。

5 零件的加工

将加工程序输入VMC0656e五轴联动数控机床，注意刀具长度补偿和刀具半径补偿，对刀完成后进行零件的加工。通过类似的曲面壳体零件数控多轴加工的工程应用能力的训练，学生职业技能得到较大的提高。

6 结语

学生接受数控多轴加工职业技术能力训练以及职业素质训导，掌握数控加工工艺与多轴加工编程，能设计中等或复杂程度零件的数控加工工艺并完成零件的加工，特别是数控多轴机床加工能力、复杂零件数控工艺制定能力及创新制造等职业能力得到较好的培养。

参考文献

[1] 王凌云，黄红辉.产业转型下的数控技術专业改革[J].新课程研究（中旬刊），2013（8）：35-37.

[2] 高平，王科社.五轴数控加工技术的现状[C]//中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集（下卷）.2006.

[3] 宋放之.数控机床多轴加工技术实用教程[M].北京：清华大学出版社，2010.