型腔零件加工工藝分析的教學(xué)案例設(shè)計

賀健鳴

摘 要：本課題主要研究高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)工學(xué)交替教學(xué)案例與實際緊密相結(jié)合的銜接問題，避免造成所學(xué)的知識與生產(chǎn)實際相脫節(jié)且脫離實際運(yùn)用，使學(xué)生在工學(xué)交替課程中能很好的靈活應(yīng)用和充分發(fā)揮。通過本課題的研究有助于提高高職院校數(shù)控技術(shù)專業(yè)的實踐教學(xué)質(zhì)量，更好地滿足社會的人才需求。

關(guān)鍵詞：工學(xué)交替；銜接；實踐教學(xué)；質(zhì)量

高職院校的教學(xué)，重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的實際分析能力、運(yùn)用能力和解決實際問題的能力。本課題以企業(yè)應(yīng)用較多的數(shù)控銑削加工工藝分析為例，著重論述工學(xué)交替課程在數(shù)控專業(yè)實踐教學(xué)中，如何運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識和經(jīng)驗分析解決實際問題的能力，避免所學(xué)過的內(nèi)容脫離實際，為高職數(shù)控專業(yè)學(xué)生打下理論與實踐結(jié)合的基礎(chǔ)。

1、工藝說明

（1）毛坯說明：

在進(jìn)行本工序加工前，毛坯外形各基準(zhǔn)面已加工完畢，已經(jīng)形成精毛坯。工件材料為硬鋁，其外形尺寸為130×100×15 mm的方料。

（2）工序說明：

本案例的加工內(nèi)容為型腔底面和型腔內(nèi)壁。型腔深度為5mm，考慮到鋁合金切削性能良好，一層切削到位，切削深度為5mm。采用綜合法進(jìn)行型腔加工。

a.確定工步：

本案例可將整個工序分為三個工步。

工步1：預(yù)鉆工藝孔。為了便于粗加工下刀，選擇刀具為Ф8.5mm的鉆頭，鉆孔深度為5mm。

工步2：粗加工內(nèi)壁，精加工底面。型腔底面加工選用直徑Ф12mm的立銑刀，采用行切法切削；內(nèi)壁留精加工余量1mm.

工步3：精加工內(nèi)壁.內(nèi)輪廓表面加工選擇直徑Ф6mm的立銑刀，環(huán)切法切削。

b.切削速度的確定：

根據(jù)工具加工手冊，高速鋼銑刀，加工鋁合金材料，切削速度VC=30～60，取30m/min。

c.主軸轉(zhuǎn)速按下面步驟來確定：

主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和刀具的直徑來選擇，其計算公式為：

n=1000VC/∏d）

式中：VC ---- 切削速度，由刀具的耐用度決定（m/min）

d ---- 工件直徑或刀具直徑（mm）

n ---- 主軸轉(zhuǎn)速（r/min）

d.進(jìn)給速度確定：

通過經(jīng)驗確定進(jìn)給速度，也可采用經(jīng)驗公式計算，fZ為每齒進(jìn)給量可查刀具加工手冊獲取，其進(jìn)給速度的經(jīng)驗計算公式如下：

Vf = fZ Z n

式中：Vf ---- 進(jìn)給速度（mm/min）

fz ---- 銑刀每齒進(jìn)給量（mm/z）

Z ---- 銑刀齒數(shù)

n ---- 主軸轉(zhuǎn)速（r/min）

e.背吃刀量的確定：

背吃刀量是由機(jī)床、夾具、刀具、工件的剛度確定。在剛度允許的條件下，盡可能選取背吃刀量等于工件的加工余量，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)率。本案例粗銑加工背吃刀量確定為2.2mm，留出0.3mm的精加工余量。

f.擬定數(shù)控加工工藝卡（略）

（3）刀具選擇說明：

一般內(nèi)輪廓加工都選擇立銑刀，所以為了便于進(jìn)刀，需預(yù)鉆工藝孔，孔深至腔底。

工步1的內(nèi)容是為下一工步作準(zhǔn)備，因此，鉆頭直徑的選擇是根據(jù)下一工步的銑刀直徑選擇的；選擇刀具為Ф8.5mm的鉆頭，刀具號T01，刀具長度補(bǔ)償號H01。

工步2是考慮本工序要對底面進(jìn)行精加工，因此盡量選擇直徑較大的刀具以減少走刀次數(shù)。選用直徑Ф12mm的四刃銑刀，刀具號T02，刀具長度補(bǔ)償號H02，刀具半徑補(bǔ)償號D02。該刀設(shè)置為基準(zhǔn)刀。

工步3是要進(jìn)行內(nèi)壁精加工，選擇刀具半徑≤內(nèi)腔過渡圓角半徑。選擇刀具為Ф6mm四刃銑刀。刀具號T03，刀具長度補(bǔ)償號H03，刀具半徑補(bǔ)償號D03。

（4）裝夾、定位說明：

本工序采用平口鉗裝夾，由于加工內(nèi)腔，所以不存在刀具干涉問題，只要保證對刀面高于鉗口即可。

2、編程說明

（1）編程原點(diǎn)的選擇：

根據(jù)編程原點(diǎn)的選擇原則，對于一般零點(diǎn)，通常選在工件外輪廓的某一角上。本案例選擇毛坯的右上角作為編程原點(diǎn)。

（2）走刀路線（加工軌跡）：

在加工內(nèi)輪廓時，如果刀具的切入和切出方向與被切削輪廓垂直時，很容易留下加工痕跡。解決此問題通常采用沿圓弧切線方向切入或切出的走刀方式見圖2所示。換刀平面位于工件上表面100mm。Z向下刀起點(diǎn)，位于工件上表面1mm。

工步2采用行切法加工，走英文Z字型進(jìn)行行切。

工步3采用環(huán)切法加工，下刀點(diǎn)位于P1點(diǎn)，路徑為P1→P→B→C→D→A→P→P2，走刀路線如下圖2所示：

（3）數(shù)學(xué)處理

各刀位點(diǎn)的坐標(biāo)確定如下：

工步1的工藝孔位置為Q（-12，-12）。

工步2行切法的加工起點(diǎn)Q（-12，-12），即工藝底孔的鉆孔位置。行切法往復(fù)加工，適合采用相對編程，無需半徑補(bǔ)償。X方向刀具位移=120-14=106mm，Y方向刀具位移=11mm。

工步3環(huán)切法采用絕對編程，四個角的交叉點(diǎn)位置為A（-5，-5），B（-125，-5），C（-125，-95），D（-5，-95）。使用刀具半徑補(bǔ)償。

環(huán)切法起刀點(diǎn)P選擇在A B邊的中點(diǎn)，切入圓弧起點(diǎn)P1的計算、切出圓弧終點(diǎn)P2的計算

如下圖3所示：

切入圓弧半徑R=20mm，圓心坐標(biāo)為（-65，-25），切入圓弧P1P的圓心角和切出圓弧PP2的圓心角為600。

P1、P2坐標(biāo)計算如下：

P1： X = -65+20×sin600 = -47.68，

Y = -25+20×cos600 = -15

P2： X = -65-20×sin600 = -82.32，

Y = -25+20×cos600 = -15

3、結(jié)論

通過本課題的分析研究，探索了高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)的工學(xué)交替教學(xué)課程內(nèi)容體系如何能與企業(yè)的生產(chǎn)實際緊密相結(jié)合的銜接問題，熟練運(yùn)用案例實踐教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計解決現(xiàn)實生產(chǎn)實際問題，為數(shù)控專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和實際運(yùn)用提供了保證，進(jìn)一步提高教學(xué)實踐效果。