產教融合視域下剪切塊零件的加工工藝研究

徐世東

摘 要：產教融合是職業教育永恒的主題，實行“引企入教”是深化產教融合的關鍵切入點。本文立足數控專業的教學實際，通過與企業合作，發揮數控專業優勢，帶領學生將專業知識與企業生產結合，把企業典型的生產任務轉化為教學項目——將企業的真實項目進行改進，解決了剪切塊零件輪廓間干涉的問題，降低了刀具成本，建立了數控專業“產學結合、項目引領”的人才培養模式，實現了作品與產品對接，進一步提高了產教融合水平，為中小企業的技術改進和產品研發提供了助益。

關鍵詞：產教融合? 數控專業? 教學項目

當地一家企業在生產制造平行同向雙螺桿擠出機時，遇到了剪切塊零件（剪切塊零件是平行同向雙螺桿擠出機的關鍵零件。擠出機是利用兩個剪切塊零件嚙合過程中所產生的一定間隙來剪碎塑料顆粒，而剪碎后塑料顆粒的大小和均勻程度是衡量機器質量的重要指標）加工工藝改進的難題，為幫助該企業進行技術改進，筆者學校數控專業抓住深化“引企入教”教學改革的契機，將企業的這一項目引入課堂，把學校教學和企業實際需求結合起來，真正發揮產教融合的作用，讓學生在學習到相應理論知識的同時還能夠應用到工作實際中，并在此基礎上進行創新，充分發揮校企雙主體育人的作用，取得很好的教學效果。

一、企業剪切塊零件存在的問題

企業在加工剪切塊零件的過程中發現主要有以下幾個方面問題需解決：生產效率不高，一個熟練工人（一臺機床）一天只能生產3個零件;零件精度難以保證，由于零件外形輪廓曲線復雜，加工后零件精度難以保證，致使兩個剪切塊零件嚙合后所產生的間隙達0.60mm，嚴重影響產品質量;材料硬度、韌度高，切削加工困難，刀具磨損嚴重。

二、工藝改進思路

可采用四軸加工，解決輪廓間干涉的問題，降低刀具成本，并在工藝、裝夾和刀具等方面加以改進。

第一，剪切塊為軸類零件，可采用平放裝夾，為了增強在四軸上的加工剛性，在心軸上加一個頂尖。第二，由于裝夾方法的改變，可以不用三面刃銑刀來加工，用普通立銑刀就能完成加工，這樣就減少了刀具成本。第三，采用波刃銑刀來進行粗加工，該刀具在刃口后刀面上做出正弦曲線的形狀，提高了刀具耐沖擊性能，同時，切削時產生的鐵屑為碎塊狀，可以不考慮刀具容屑槽容屑空間，從而最大限度地提高了刀齒強度，更適合于大余量粗加工重切削。第四，在四軸上加工零件輪廓曲線，生成的加工軌跡長短不受刀具大小影響，只受零件尺寸大小影響，加工效率明顯提高。第五，在四軸上加工零件輪廓，輪廓位置精度只受工件裝在四軸上的圓跳動精度影響，這個精度能保證在0.05mm之內，能滿足加工要求，不需要多次裝夾加工。

三、具體改進措施

通過產教融合模式，在校內生產性實訓車間中，師生共同參與，通過對零件圖和加工工藝的分析，共同探索，提出了一系列工藝改進措施。

1.芯軸制作

根據剪切塊加工的需要，設計了芯棒與有內槽的花鍵，通過花鍵與芯棒的配合，再使用鍵固定，最后使用電焊進行固定。考慮到學校四軸機床三爪規格為160mm，最大能伸進工件外圓40mm;根據設計圖紙，進行芯軸的加工成形。

2.花鍵套加工

根據芯軸與花鍵套配合簡單計算，確定芯軸加工出一個鍵槽，花鍵套加工出一個帶有一個鍵輪廓;最終把芯軸和花鍵套配合起來。

3.對刀塊制作

零件采用四軸三爪裝夾加工，在加工過程中存在裝夾的問題，學生自行設計并加工出夾具。由于加工出來的剪切塊圓弧面中心與零件花鍵槽中心有對稱度要求，用普通加工方法很難達到這個要求。為保證對稱度要求，學生設計制作了對刀塊。

4.刀具的選擇與刃磨

剪切塊的材料是高速鋼，牌號為W6Mo5Cr4V2，硬度、韌度很高，屬于難加工材料，不容易斷屑，對刀具及切削用量的選擇要求很高。經過學生實際加工驗證，采用波刃銑刀更適合于大余量粗加工重切削;精加工用硬質合金立銑刀就能完成加工，提高了加工精度。

由于從市場上購買的刀具其刀刃不在同一平面，從內到外逐漸凸出，形成內凹形，在加工曲面時，由于不是整個刀面與加工面接觸，而是刀刃一部分與加工面線接觸，呈相切狀態，所以加工出來的輪廓表面是凸形的。

根據上述理論分析，需要把刀具切削刃變成在同一平面內，可先在工具磨床上磨刀，達到這個要求，但刀具切削刃磨平后，后角也發生了變化，需要重新修整。經過試驗，該后角可以通過金剛銼刀去修磨，達到加工要求。

5.四軸的工程序的編寫及驗證

剪切塊零件四軸加工的程序編寫相對復雜，手工難以完成，需要借助Edgecam軟件編寫剪切塊零件的四軸加工程序。具體編程思路：先編出剪切塊一聯輪廓程序，分粗、精加工，再通過四軸角度坐標定義，來加工下一聯輪廓，依次類推，通過用子程序的方法，把剪切塊的三聯輪廓程序全部串起來，三聯輪廓需要定義三個坐標。最后通過Vericut仿真軟件進行仿真加工。

第一，工件輪廓分析：圓周輪廓由8段圓弧組成，2段尺寸為42.5，2段尺寸為26.5，4段尺寸為71，尺寸為42.5與26.5的圓弧輪廓圓弧中心指向工件旋轉中心，尺寸為71的圓弧輪廓圓弧中心不指向工件旋轉中心，工件形狀由3聯相同的輪廓組成，但每聯輪廓有一定的角度差。

第二，程序編寫：采用EdgeCAM軟件四軸旋轉銑編程，這個軟件是編程軟件，而不是造型軟件，先在CAXA制造工程師軟件畫出工件三維模型，可以只畫一聯模型，然后保存為IGS格式，轉入EdgeCAM軟件，進行四軸旋轉銑編程，分粗加工、半精加工、精加工。利用CAXA制造工程師對工件三維模型繪制，完成剪切塊零件的三維造型;然后EdgeCAM對工件四軸旋轉銑編程加工，最后整理出程序。為了使剪切塊1聯與2聯輪廓相差45°，可修改坐標角度，但剪切塊零件每一聯輪廓需要一個坐標，如是五聯輪廓，那就需要5個坐標。最后，使用Vericut仿真軟件進行仿真加工：通過軟件進行程序模擬仿真驗證，保證程序的準確性，排除工件加工時損壞。

6.零件加工及檢測

（1）校正芯軸角度，保證內花鍵與工件的位置要求，并完成A軸對刀。把對刀塊裝到芯軸上，然后用百分表把對刀塊的平面拉平，就能保證對稱度要求。待對刀塊平面拉平后，把A軸的角度存入坐標系中記入零點，就能保證零件上的花鍵槽中心與加工出來的剪切塊圓弧面中心的對稱度。

（2）對X、Y、Z三個方向進行對刀。修改坐標角度，使剪切塊1聯與2聯輪廓相差45°，但剪切塊零件每一聯輪廓需要一個坐標，如是五聯輪廓，那就需要5個坐標。

（3）試件加工，觀察零件加工過程，加工出完整零件。

（4）用粗糙度儀檢測零件實物表面粗糙度，分析各個尺寸精度測量，最終判斷零件是否合格。

四、取得成效

通過剪切塊零件的加工，使學生對知識進行了鞏固學習，與企業實際生產緊密相連。學生在校就接觸企業產品，將專業知識與企業生產融合一體，縮短了就業實習時融入企業的時間。教師從理論教學走向了實踐生產應用，了解了地方企業前沿動態，提升了服務企業生產研發能力。把來料加工的典型生產任務轉化為教學項目，不僅降低了實習材料成本，而且促進了數控專業的內涵建設。

具體而言，取得的成效有兩個。首先，提高了生產效率，降低廢品率，雙螺桿擠出機精度明顯提高，間隙從原先0.60mm減小到0.25mm。本產品在該企業中，年產值從原先的20萬元增加到了近100萬元，大大提高了生產效益。其次，客戶使用了海益橡膠塑機廠改進工藝后生產的雙螺桿擠出機，生產質量穩定，塑料顆粒剪碎后的尺寸明顯變小，且顆粒大小穩定，得到了客戶的廣泛認可。

五、小結

綜上所述，產教融合有利于把學校的研究成果轉化為企業生產力，幫助中小企業進行技術升級，推動企業產品的轉型升級，促進經濟高質量發展。同時，產教融合為職業學校的教學創設了真實的場景、提供了真實的案例，讓學生了解產業動向，明確學習目標和職業方向，凸顯職業教育對產業發展的重要作用。

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（作者單位：浙江工業大學，舟山技師學院）