基于數控車床仿真系統的項目式教學研究

蘇兆興

(淮北職業技術學院,安徽淮北 235000)

基于數控車床仿真系統的項目式教學研究

蘇兆興

(淮北職業技術學院,安徽淮北 235000)

將項目式教學原則應用于數控車床仿真軟件系統教學,可使學生對數控加工有比較形象的感性認識,并且,虛擬加工掌握數控車床加工工件的基本流程也為后續實際操作實訓打下良好的基礎,從而教學效果起到事半功倍的效果;另外,從經濟角度來看,虛擬加工既省去不少耗材,也避免了由于學生生疏實操中出現機床損壞的情況。

數控車床;仿真軟件;項目式教學

1 引言

仿真軟件(simulation software)是從上世紀50年代中期開始發展起來的。它與仿真硬件同為仿真的技術工具。1984年出現了第一個以數據庫為核心的仿真軟件系統,此后又出現人工智能技術(專家系統)的仿真軟件系統。仿真軟件的快速發展與仿真應用、算法、計算機和建模等技術的發展相輔相成。目前,仿真軟件已經具有更強、更靈活的功能,從而使其能夠面向更廣泛的用戶,在很多領域均有成熟的應用。數控仿真軟件是結合機床生產廠家制造經驗和高校教學訓練所開發的軟件,通過該軟件可以使學生達到實物操作訓練的目的,又可以減少設備和材料的昂貴投入。

項目式教學法起源于美國,盛行于德國,是通過一個完整的“項目”工作而進行實踐教學活動的教學方法。這種方法尤其適合職業技術教育。在實踐教學中,技術領域里的所有產品幾乎都可以作為項目。采用項目法教學,教師必須做大量的課前準備工作,如：確定項目內容、任務要求、工作計劃;設想在教學過程可能發生的情況;判斷學生完成項目的能力;時刻準備幫助學生解決項目實施中遇到的困難等等。

基于仿真軟件把項目式教學引入《數控加工編程與操作》課程的教學中,不但通過虛擬加工掌握數控車床加工工件的基本流程,從而為后續實際操作實訓打下良好的基礎,使教學起到事半功倍的效果;另外,從經濟性來看,虛擬加工省去不少耗材,另外也避免了由于學生生疏實操中出現機床損壞的情況。

圖1 具體項目實例

2 以FANUC0I系統作具體項目舉例(圖1)

2.1 編程

2.1.1 刀具選擇

(1)有斷屑槽的90°機夾正偏刀。

(2)45°端面刀。

(3)60°三角形螺紋車刀。

(4)刀寬為4mm的切槽刀。

2.1.2 工藝分析

(1)此件需要掉頭兩端加工車削,因為切R6圓環刀具會發生干涉,所以只能在圓環最大徑處接刀。為了使接刀平滑,掉頭裝夾時應按公差要求加工一個內孔為?20×35的開縫定位鋁合金軸套。

(2)用45°端面刀手動切削?20側斷面。

(3)裝夾,棒料伸出卡爪外70mm,用90°偏刀加工外圓外徑留0.8mm精車余量,軸向留0.4mm精車余量。

(4)粗車精車用一把刀加工左半端,用刀寬4mm的車槽刀加工兩處槽。

(5)加工開縫定位軸套的加工順序。

①準備?30×38毛坯并車外圓和端面。

②鉆?15的通孔。

③卸下工件在軸向開2mm的通縫。

④重新裝夾工件,按公差要求車削帶通縫的?20×35內孔(車削完后不要卸下軸套,直接將零件裝入套內并夾緊以保證準確定位)。

(6)用軸套裝夾?20外圓并找正。

(7)用45°端面刀手動切削圓球側端面,保證工件長度。

(8)用90°偏刀加工外圓外徑留0.8mm精車余量,軸向留0.4mm精車余量,車至零件尺寸。

(9)車槽并加工螺紋。

2.1.3 相關計算

(1)加工外輪廓圓柱螺紋直徑d時,外圓柱應實際車削到的尺寸為

d=22-0.13 P=22mm-0.13×1.5mm=21.805mm

(2)加工外輪廓各尺寸圓柱面對時應按公差取其中間值;略。

(3)計算螺紋的內徑尺寸,即

(22-1.08 P)=(22mm-1.08×1.5mm)≈20.38mm

2.1.4 參考程序

【FANUC0i系統】 (加工左側到R6圓環最大徑分界線止)

O1111 T01為一號外圓刀、T02為二號車槽刀

T0101; 調一號外圓刀,確定坐標系

G97 G99 M03 S1000;

G00 X50.0 Z2.0

G71 U1.2 R1.1

G71 P10 Q20 U0.8 W0.4 F0.2;外圓粗車循環

N10 G00 G42 X12.0; 移動到精車起點處,并加右刀補

G01 X19.985 Z-2.0;

Z-29.0;

X23.0;

X28.0 W-20.0;

W-5.0;

G02 X34.0 W-3.0 R3.0;

G01 X36.0;

G03 X48.0 W-6.0 R6.0;

N20 G40 G01 W-2.0;

G70 P10 Q20; 外圓精車循環

G00 X100.0; 取消刀具半徑補償

Z100.0 M09; 到換刀點位置

M05;

T0202; 調二號切槽刀,確定坐標系

M03 S600; 主軸正轉、轉速600r/min

G00 X22.0 Z-19.0 M08; 快速到外圓車槽進刀點

G01 X17.5 F0.2; 工進車槽,留精車直徑量0.5mm

G00 X22.0;

W-2.0;

G01 X17.0 F0.2; 排刀法車寬6mm的槽

W2.0;

G00 X100.0;

Z100.0 M09; 退回換刀點位置

M02;

… 重新對刀,加工右側到2×R6圓環最大徑

分界線止。外輪廓程序參考左側略

T0303; 調三號螺紋刀,確定坐標系

M03 S400; 主軸正轉400r/min

G00 X24.0 Z-15.0; 到螺紋循環起點

G92 X21.2 Z-22.0 F1.5;第一刀車進0.5mm

X20.8 Z-22.0 F1.5;第二刀車進0.4mm

X20.38 Z-22.0 F1.5;第三刀車進0.42mm

X20.38 Z-22.0 F1.5;光整加工

G00 X100.0 Z100.0;退回到程序起點M02;

2.1.5 注意事項

(1)由于此件只能在最大外圓環處接刀,所以必須要準確測出其軸向長度,否則在接刀處不能吻合。

(2)最大外圓環處接刀極易出現錯位,所以必要時應按公差要求加工一個開縫定位鋁合金軸套進行精確定位。

2.2 加工

2.2.1 毛坯的選擇和裝夾

根據零件圖,我們選擇?50×115的毛坯進行裝夾,具體操作：

(1)選擇機床打開數控仿真加工軟件→選擇機床→fanuc0i系統→機床類型(平床身前置刀架);

(2)定義毛坯零件→定義毛坯→圓柱形→輸入毛坯的直徑50和長度115。如圖2所示

(3)零件的裝夾零件→放置零件→選擇前面定義的毛坯→安裝零件(根據具體的加工需要可以沿軸向左右移動毛坯)。

2.2.2 對刀

(1)刀具裝夾：機床→選擇刀具(T01為一號外圓刀,T02為二號車槽刀,T03為螺紋刀,T04為切槽刀)進行裝夾。

圖2 定義零析毛坯

(2)機床回原點：緊急停止→按鈕→啟動(此時系統處于待工作狀態)→X向回原點,Z向回原點,

(3)對刀：手動狀態→主軸正轉→使1號刀具對毛坯進行少量切削→刀具X向不移動(僅僅讓刀具沿Z向往正方向移動遠離毛坯)→主軸停止→測量→剖面圖測量→是→點擊所切毛坯后的直徑進行自動測量X53.658→記錄數據→offset setting→坐標系→光標下移至G54X__→輸入X53.658→測量(X向對刀完成);主軸正轉→刀具移動到過毛坯斷面少量位置進行斷面切削→保持刀具Z向不動,使刀具沿X向遠離毛坯→在圖XX相同界面下G54Z__→Z0→測量(Z向對刀完成);其余三把刀具的對刀過程和第一把刀具一樣,只是相應的X坐標值和Z向坐標值在圖3所示,所對應的刀號的X__;Z__中輸入即可完成。

圖3 對刀

2.2.3 程序的導入

由于程序量相對較大,如果手工輸入會占用大量的時間,所以我們采取程序導入辦法省時省力。在編輯狀態下→PROG(下翻)→READ→給即將傳輸的文件命名O8888→EXEC→機床→DNC傳送→在相關文件夾內找到所需程序雙擊后如圖4所示：

2.2.4 自動加工

將系統轉入自動運行狀態→PROG→找到程序o8888→循環啟動,刀具即按照所編程序運行;當然此工件加工需要調頭操作,其操作流程如前所述,最終加工效果如圖5所示：

圖4 DNC程序傳送

圖5 零件加工后效果

3 結論

通過此項目的訓練,使學生進一步掌握了數控加工的整個工藝流程,可以看出數控仿真加工是介于理論學習到實際加工之間的一座橋梁,只有熟練地掌握了仿真軟件,在實際加工中才能更加順利,少犯錯誤,甚至可以有效地保護操作者和機床的安全。雖然仿真系統不能替代實際加工,但可以使學生在實際實訓加工時掌握數控加工的步驟,有一種身臨其境的感受,使我們的教學達到事半功倍的效果。

[1] 孟少農.機械加工工藝手冊：第一卷[M].北京：機械工業出版社,1995.

[2] 鄭貞平,黃云林,黎勝容.VERICUT7.0中文版數控仿真技術與應用實例詳解[M].北京：機械工業出版社,2011.

[3] 劉云生,項目學習——信息時代重要的學習方式[J].中國教育學科2002(2).

[4] 楊兆華,淺談信息技術教學中的項目式教學法[J].中國教育技術裝備;2012(23).

責任編輯：訾興建

G712

A

1671-8275(2014)05-0061-03

2014-07-05

蘇兆興(1977-),男,安徽濉溪人,淮北職業技術學院副教授,碩士,研究方向是機械制造及自動化。