車銑復合實踐教學探索

信麗華, 宋震宇, 黃何偉

(上海工程技術大學 工程實訓中心,上海 201620)

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車銑復合實踐教學探索

信麗華, 宋震宇, 黃何偉

(上海工程技術大學 工程實訓中心,上海 201620)

車銑復合加工可以通過零件的一次裝夾，實現車削、銑削、鉆孔等多種不同工藝的加工，免去了工序間工作的搬運和儲存，節約了作業周轉時間，減少了零件重復定位的誤差，從而提高了加工的形位精度。近年來車銑復合加工技術已成為是機械加工領域發展最迅速的先進加工技術之一。文章以數控車銑復合加工法蘭盤等典型零件的教學為例，闡述了本校工程實訓中心針對培養“卓越工程師”的學生過程中，以項目為驅動進行實踐教學的方法，培養學生實際操作先進機械加工設備的動手能力，增強了學生對數控加工技術的理論知識的掌握和理解。

數控車銑復合加工； 卓越工程師； 加工中心； 實踐教學

0 引 言

隨著人們生活需求的變化，針對產品的技術和質量的要求越來越高，產品的研發和生產周期也越來越短。在機械加工領域體現為零件的加工精度要求越來越高，加工時間要求越來越短。某些復雜零件需要經過車、銑、鉆、磨等多次機械設備加工才能達到圖紙要求的精度，有沒有可能零件一次裝夾后就能完成全部的機械加工？這就提出了復合加工的要求。復合加工機床就是通過零件一次裝夾就能完成多種機械加工工序的設備[1]。數控車銑復合機床是目前最主要和最成熟的一種復合加工設備，通常是在數控車床的基礎上實現平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車削、銑削以及鏜削等復合加工功能，能夠實現工件一次裝夾、全部完工的加工理念[2]。

基于目前國內勞動力成本普遍上漲，大環境壓力下的對節能減排的迫切需求，以及國外需求長期疲軟，這將促使我國制造領域的新一輪產業升級[3]。新一輪的產業升級必將由技術密集型產業代替勞動密集型產業。這種轉型將會極大地增加高效、精確的數控復合機床的市場需求。培養懂數控車銑復合加工等技術的復合型人才已成為以后高校培養人才的方向之一，因此教育部門提出了“卓越工程師”培養計劃。

我校針對“卓越工程師”培養計劃中，將“現代制造技術”列為必修課程之一，其中既有數控加工技術的基礎理論知識教學、又有實際操作技能實習教學。學生通過這門實踐課程的學習后，可以掌握現代數控加工技術的基礎理論知識，并能夠通過實際零件的加工操作了解和熟悉現代先進機械加工設備的操作和加工工藝。在我校的《現代制造技術》的實踐教學中目前安排了一天的教學時間(6學時)針對數控車銑復合加工技術作教學。

1 車削復合加工簡介

車銑復合加工技術不是簡單的將車削和銑削兩種加工方法合并到一臺機床設備上,而是現在數控技術得到極大發展的條件下產生的一種新的金屬切削技術，它是利用車削和銑削的合成運動來完成各類零件的加工[4-5]。簡單的說，車銑復合加工是利用銑刀旋轉和工件旋轉的合成運動來實現對工件的切削加工,使工件在形位精度、加工零件表面質量等多方面達到設計和使用要求的一種先進切削加工方法[6]。

數控車銑復合機床的加工方式簡單的可分為車削和銑削兩種。根據工件旋轉軸線與刀具旋轉軸線相對位置的不同,車銑復合加工又可分為軸向車銑加工、正交車銑加工以及一般車銑加工[7-8]。軸向車銑加工由于銑刀與工件的旋轉軸線相互平行,因此它不但可以加工外圓柱表面,也可加工內孔表面。正交車銑加工由于銑刀與工件的旋轉軸線相互垂直,在內孔直徑較小時它不能對內孔進行加工,但在加工外圓柱表面時銑刀可以采用較大的縱向進給進行加工,因此,在加工外圓柱表面時數控車銑復合機床效率較高[9-10]。

數控車銑復合機床通過四軸聯動可以加工出相對復雜工件，特別是對于較長的軸類零件(長度2 000 mm以上的軸類)，帶有螺旋槽或其他特殊曲線槽，通過一次裝夾可完成零件的車銑復合加工，極大地提高了加工效率，改善了零件的加工精度[11]。

車銑復合加工中心既可完成車削的多道工序，又能完成銑、鏜、攻絲等多種工序，好似把一臺數控車床和一臺中小型加工中心復合在一起[12]。體現了工件在一次裝夾中完成大部分或全部加工工序，從而達到減少機床和夾具，免去工序間的搬運和儲存，提高工件加工精度，縮短加工周期和節約作業面積的目的[13]。

我校實習所采用的車銑復合加工機床是采用Mazak數控系統的斜床身結構的車銑復合加工機床。配備了一個12刀位的轉塔刀架，可以裝夾車刀，銑刀、鉆頭和絲錐等多種刀具，而且機床采用雙主軸，并且主軸具有數控精確分度的C軸功能，機床性能和精度足以滿足目前教學需求。

下文將以此機床設備教學加工典型的法蘭盤類零件來說明車銑復合加工的教學。

2 車銑復合加工的教學

盡管復合加工具有常規單一加工無法比擬的優勢，但實際上目前在我國機械制造領域里車銑復合加工的利用率并未得到充分發揮。其關鍵原因在于車銑復合加工在我國機械制造領域的應用時間還很短，適用于各種零件的車銑復合加工工藝、數控編程技術、后置處理以及仿真技術尚處于發展應用階段[14]。懂得車銑復合加工工程技術人員還很少，針對這一塊的應用研究還處于摸索階段。因此用必要培養等多的懂得車銑復合加工等現代加工技術的復合型技術人才，加大對現代加工技術的應用研究。

2.1 車銑復合加工教學的目的

讓學生了解車銑復合加工中心在現代制造領域中的地位與重要性；了解車銑復合加工中心的結構、原理及特點；了解車銑復合加工機床操作和基本加工工藝。

2.2 教學內容

我校的《現代制造技術》實習課程中車銑復合加工中心共安排6學時，由于這類高端數控設備價格昂貴，設備數量也較少，所以都采用分成5～8人/小組的形式進行實習，以充分保證學生對設備的操作時間。

由于Mazak數控系統采用的是會話式CNC編程方式，相對之前的人工編寫CNC的G代碼已經方便快捷很多了。只需要熟悉操作面板的使用，不必要記那些G代碼的含義，就可以很快的編寫一個零件的CNC加工程序。并且這套數控系統自帶仿真程序，可以針對之前使用會話式CNC編寫的程序做驗證，并且也可以實時顯示模擬加工過程中刀具的加工時間、負載、切削條件等，對修改CNC加工程序提高加工效率、減少主軸負載和刀具磨損提供了直觀的依據。

在教學過程中，改變了之前讓學生制作結構簡單，樣式單一的試棒類零件，而是提供了以下四類比較適合車銑復合加工的零件：① 軸類零件，例如萬向聯結軸；② 盤類零件，例如法蘭盤(見圖1)；③ 套類零件，例如尾座套筒等；④ 其他類零件，例如花鍵等。

這四類零件由學生自由挑選，以提高學生的動手操作的興趣。

2.3 車銑復合加工教學的重點

教學中首先要重點突出車銑復合加工工藝的教學。與常規加工設備不同的是，一臺車銑復合加工機床實際上相當于一條小型的生產線。如何根據零件工藝特性和車銑復合加工的工藝特點來制定合理的工藝路線、工件定位方法和選用合理的刀具是實現高效精密加工的關鍵。

工序集中是復合加工最為鮮明的工藝特點。因此，科學合理的工藝路線是提高車銑復合加工效率和精度的關鍵因素。以圖1的法蘭盤為例，以前的基本加工工序是：車削零件裝夾→車削粗加工Φ85mm的外圓→夾住Φ85mm的外圓→粗車外部輪廓→精車外部輪廓→鉆底孔→車削Φ67mm內孔→銑削裝夾→銑削加工槽和半圓開口等→鉆削裝夾→鉆螺紋底孔→螺紋孔攻絲。而采用車銑加工中心不僅可以通過一次裝夾完成上述工藝的全部加工，而且當采用長棒料進行加工時還可以通過鋸斷、自動送料等功能實現此法蘭盤的批量生產，整個過程無需人工干預可以全部自動完成。其工藝設置可采用如下方式：主軸裝夾棒料→粗車外部輪廓→精車外部輪廓→鉆底孔→車削Φ67mm內孔→銑削開槽和半圓開口等→鉆螺紋底孔→螺紋孔攻絲→零件切斷。可以看出，一次裝夾即完成全部葉輪加工工序，加工效率及精度可以得到大幅提高。

圖1 法蘭盤的零件加工圖

對于具有雙刀架的車銑加工中心，雙刀塔的設備都具有雙通道的控制系統，上下刀架可單獨控制，同步加工可以通過代碼中的同步語句來實現。為充分發揮設備的加工能力，可以在加工條件允許的前提下，通過雙刀架的同步操作實現零件的多個工序同時加工。為實現這些功能，需要在前期工藝設計的時候對工藝方案進行系統深入的研究，確定工藝路線的串行和并行順序，并通過對加工程序的合理組合實現上述功能。

在實踐教學中要強調車銑復合加工仿真模擬的必要性。由于車銑復合加工機床的運動部件多、功能復

雜，加上加工的零件結構也比較復雜，如不及時進行加工仿真模擬，可能損壞工件，甚至損壞刀具等加工設備。因此程序編制完成后加工仿真就顯得尤為重要。

3 結 語

車銑復合加工技術的先進理念是提高產品質量和縮短產品制造周期。因此，這種技術在軍工、航空、航天、船舶以及一些民用工業領域中的應用具有相當的優勢。后續車銑復合加工技術的應用將會越來越廣泛，并朝著更高的精度、更高的效率、更廣的工藝范圍和模塊化方向發展[15]。

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[3] 易逢春．采用車銑復合加工提高生產率[J]．金屬加工，2013(21)：42.

[4] 陳循介．世界機床技術新熱潮-復合化提高效率[J]．精密制造與自動化，2004(1):4,11.

[5] 孟玲霞，鄭 軍，李忠剛．面向應用創新型人才培養的數控電火花線切割實踐教學改革[J]．實驗室研究與探索，2011,30(11) ：119-121.

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[7] 花向紅，鄒進貴，許才軍，等．實驗教學示范中心實驗隊伍建設的實踐與思考[J]．實驗室研究與探索，2010,29(2)：85-87.

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[13] 楊雪榮，成思源，馬登富，等．基于三坐標測量機實驗教學的探索與實踐[J]．實驗室研究與探索，2011,30(11)：112-115.

[14] 廖慶敏，秦鋼年．建立開放實驗室提高學生的實踐能力和創新能力[J]．實驗室研究與探索，2010,29(4)：162-165.

[15] 馮 澍．高校工科類學生數控實踐教學研究[J]．廣東技術師范學院學報，2007(7)：131-133.

The Practical Teaching Exploration of CNC Turn-milling Machining

XINLi-hua,SONGZhen-yu,HUANGHe-wei

(Engineering Training Center, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)

The turn-milling machining can complete turning, milling, drilling and other processing in one clamping, it omitted the part handling and storage, and saved the turnover time of the component processing, and reduced the error of part repeat-positioning, so it insured the form precision of processing parts. In recent years the turn-milling machining has become the one of the most rapidly-developing advanced machining technologies. For an example based on training the CNC turn-milling machining typical flange part, there was an practice teaching method for project management of excellent engineer training in SUES’s engineering training cente, it can train the students’ practical ability of advanced mechanical processing equipment, and enhance the students to master the theoretical knowledge of CNC machining technology.

CNC turn-milling machining; excellent engineer; machining centre; practical teaching

2014-11-15

上海工程技術大學實踐教學建設項目(p201424003)

信麗華(1977- )，女，遼寧開原人，工程碩士，工程師，主要從事數控加工技術研究。

Tel.：021-67791246； E-mail：ixlh@sina.com

G 642.0

A

1006-7167(2015)05-0211-03