零件數控車削加工工藝情境創設教學的有效性分析與實踐

林翠青 劉衛東

【摘要】在數控機床上加工零件時，要把被加工的全部工藝過程、工藝參數和位移數據編制成程序，用它控制機床的加工。數控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本是相同的，但數控加工的整個過程是自動進行的，因而又有不同之處。情境創設教學可以改變傳統的教師向學生傳輸知識為主的教學模式，激發學生的學習興趣，提高教學效果。

【關鍵詞】加工工藝 加工方案 情境創設教學 車刀

0引言

數控車床適合于加工圓柱形、圓錐形、各種成形回轉表面、螺紋以及各種盤類工件，并可進行鉆、擴、鏜孔加工。加工工藝是程序編制和零件加工的前期準備工作，工藝將直接影響到工藝制定是否合理，而工藝制定的合理性，又將對程序編制、數控加工效率和零件的加工精度等有重要的影響。所以工程人員必須在編程前對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。

1 表面加工方法的選擇。外圓表面的加工方法主要是車削和磨削。當表面粗糙度要求較小時，還要進行光整加工：內孔表面的加工方法有鉆、擴、鉸、鏜、拉、磨以及光整加工等;平面的主要加工方法有銑削、刨削、車削、拉削以及磨削等，精度要求較高的表面需經過研磨或刮削等光整加工方法加工。

2加工順序的安排

2.1加工階段的劃分。零件機械加工時，先加工哪些表面，后加工哪些表面：熱處理工序和檢驗工序應安排何處，均需統籌合理安排。工藝過程的加工階段一般可分為粗加工階段、半精加工階段、精加工階段、光整加工階段四個階段。粗加工階段，從毛坯上切除大部分加工余量，只能達到較低的加工精度和表面質量;半精加工階段，介于粗加工和精加工的切削加工過程，它能完成一些次要表面的加工，并為主要表面的精加工做好準備（如精加工前必要的精度、表面粗糙度和合適的加工余量等）：精加工階段。使各主要表面達到規定質量要求;光整加工和超精密加工。對要求特別高的零件增設的加工方法，主要目的是達到所要求的光潔表面和加工精度。

2.2合理選擇加工路線。選擇原則：主要應保證被加工工件的加工精度和表面粗糙度：同時力求使數值計算簡便，以減少編程工作量：力求使加工路線最短，以便減少程序段和減少空行程時間。

3車刀的類型及選用

3.1車刀的類型。數控車削用的車刀一般分為三類：即尖形車刀、成型車刀和圓弧形車刀。

3.2常用車刀的選用。刀具切削部分的幾何參數對零件的表面質量及切削性能影響極大，應根據零件的形狀、刀具的安裝位置以及加工方法等，正確選擇刀具的幾何形狀及有關參數。尖形車刀的選擇方法與使用普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點如走刀路線及加工干涉等進行全面考慮。選用零件的曲面精度要求不高時，可以選擇用尖形車刀進行加工，當曲面形狀精度和表面粗糙度均有要求時，可用圓弧形車刀，圓弧形車刀刀具有寬刃切削（修光）性質，能使精車余量均勻而改善切削性能。

4切削用量選擇

4.1背吃刀量（ap）的確定。在車床主體一夾具一刀具一零件這一系統剛性允許的條件下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少走刀次數，提高生產效率。當零件的精度要求較高時，則應考慮留出精車余量，常取0.1-0.5mm。

4.2主軸轉速n的確定。光車時，主軸轉速的確定應根據零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。在實際生產中，主軸轉速可用下式計算：

n=1000Vc/πd

式中，n：主軸轉速（r/min）;Vc：切削速度（m/min）;d：零件待加工表面的直徑（mm）。

數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中根據實際加工情況對主軸轉速進行調整。車削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋的螺距（或導程）大小、驅動電機的升降頻特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數控系統，推薦有不同的主軸轉速選擇范圍。

4.3進給量（f）。進給量是指工件每轉一周，車刀沿進給方向移動的距離（mm/r），它與背吃刀量有著較密切的關系。粗車時一般取為0.3 -0.8mm/r，精車時常取0.1-0.3mm/r，切斷時宜取0.05 -0.2mm/r，具體選擇時，可參考實際切削情況進行選擇。

4.4切削線速度（Vc）。切削線速度也稱單齒切削量，單位為mlmm，是指車刀切削刃上某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度。如何確定加工時的切削速度，主要根據實踐經驗進行確定。在生產中，提高Vc值也是提高生產效率的一個有效措施，但Vc與刀具耐用度的關系比較密切。隨著Vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故Vc的選擇主要取決于刀具耐用度。一般好的刀具供應商都會在其手冊或者刀具說明書中提供刀具的切削速度推薦參數Vc。另外，切削速度Vc值還要根據工件的材料硬度來作適當的調整。例如用立銑刀銑削合金鋼時，Vc可采用8mm/min左右：而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，Vc可選以上。

4.5進給速度Vf （m- mm^-1）或進給量f（mm.min -1或mm·Z^-1）

進給速度是指在單位時間里，刀具沿進給方向移動的距離（mm/min）。有些數控車床規定可以選用以進給量（mm/r）表示的進給速度。一般應根據零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查閱切削用量手冊選取。需要說明的是切削用量手冊給出的是每轉進給量，因此要根據Vf=fXn計算進給速度。如果通過提高切削速度來提高切削效率，將會使刀具壽命降低，從而增加刀具更換所需的輔助時間。由于受數控機床輸出轉矩的限制，用增大進給量的方法來提高切削效率更為有效。在刀具許可的范圍內，增加進給量將使刀具壽命降低的情況減至最小，但增加進給量會對表面粗糙度或切屑處理產生影響。

5結語。加工工藝是程序編制和零件加工的前期必備工作，工藝將直接影響到程序編制、數控加工效率和零件的加工精度。在各教學模塊中，將典型產品進行演化和分解，形成若干個加工任務。在每個任務中，包含完成該項目任務加工所需要的相關工藝知識、數控編程知識和加工操作和仿真情境技能訓練，能提升職業學校專業課程教學效果。

【基金項目】廣州南洋理工職業學院2017年“創新強校”高職教育教學改革項目：高職課堂教學情境創設的有效性研究與實踐——以《數控加工工藝與編程》為例（項目編號：NY -2017CQIYB-06）。