車(chē)銑復(fù)合實(shí)踐教學(xué)探索

信麗華, 宋震宇, 黃何偉

(上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心,上海 201620)

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車(chē)銑復(fù)合實(shí)踐教學(xué)探索

信麗華, 宋震宇, 黃何偉

(上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心,上海 201620)

車(chē)銑復(fù)合加工可以通過(guò)零件的一次裝夾，實(shí)現(xiàn)車(chē)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(yùn)和儲(chǔ)存，節(jié)約了作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間，減少了零件重復(fù)定位的誤差，從而提高了加工的形位精度。近年來(lái)車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)已成為是機(jī)械加工領(lǐng)域發(fā)展最迅速的先進(jìn)加工技術(shù)之一。文章以數(shù)控車(chē)銑復(fù)合加工法蘭盤(pán)等典型零件的教學(xué)為例，闡述了本校工程實(shí)訓(xùn)中心針對(duì)培養(yǎng)“卓越工程師”的學(xué)生過(guò)程中，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作先進(jìn)機(jī)械加工設(shè)備的動(dòng)手能力，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的理論知識(shí)的掌握和理解。

數(shù)控車(chē)銑復(fù)合加工； 卓越工程師； 加工中心； 實(shí)踐教學(xué)

0 引 言

隨著人們生活需求的變化，針對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期也越來(lái)越短。在機(jī)械加工領(lǐng)域體現(xiàn)為零件的加工精度要求越來(lái)越高，加工時(shí)間要求越來(lái)越短。某些復(fù)雜零件需要經(jīng)過(guò)車(chē)、銑、鉆、磨等多次機(jī)械設(shè)備加工才能達(dá)到圖紙要求的精度，有沒(méi)有可能零件一次裝夾后就能完成全部的機(jī)械加工？這就提出了復(fù)合加工的要求。復(fù)合加工機(jī)床就是通過(guò)零件一次裝夾就能完成多種機(jī)械加工工序的設(shè)備[1]。數(shù)控車(chē)銑復(fù)合機(jī)床是目前最主要和最成熟的一種復(fù)合加工設(shè)備，通常是在數(shù)控車(chē)床的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)平面銑削、鉆孔攻絲、銑槽等銑削加工工序，具有車(chē)削、銑削以及鏜削等復(fù)合加工功能，能夠?qū)崿F(xiàn)工件一次裝夾、全部完工的加工理念[2]。

基于目前國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本普遍上漲，大環(huán)境壓力下的對(duì)節(jié)能減排的迫切需求，以及國(guó)外需求長(zhǎng)期疲軟，這將促使我國(guó)制造領(lǐng)域的新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)[3]。新一輪的產(chǎn)業(yè)升級(jí)必將由技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)代替勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。這種轉(zhuǎn)型將會(huì)極大地增加高效、精確的數(shù)控復(fù)合機(jī)床的市場(chǎng)需求。培養(yǎng)懂?dāng)?shù)控車(chē)銑復(fù)合加工等技術(shù)的復(fù)合型人才已成為以后高校培養(yǎng)人才的方向之一，因此教育部門(mén)提出了“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃。

我校針對(duì)“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃中，將“現(xiàn)代制造技術(shù)”列為必修課程之一，其中既有數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)、又有實(shí)際操作技能實(shí)習(xí)教學(xué)。學(xué)生通過(guò)這門(mén)實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)后，可以掌握現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并能夠通過(guò)實(shí)際零件的加工操作了解和熟悉現(xiàn)代先進(jìn)機(jī)械加工設(shè)備的操作和加工工藝。在我校的《現(xiàn)代制造技術(shù)》的實(shí)踐教學(xué)中目前安排了一天的教學(xué)時(shí)間(6學(xué)時(shí))針對(duì)數(shù)控車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)作教學(xué)。

1 車(chē)削復(fù)合加工簡(jiǎn)介

車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)不是簡(jiǎn)單的將車(chē)削和銑削兩種加工方法合并到一臺(tái)機(jī)床設(shè)備上,而是現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)得到極大發(fā)展的條件下產(chǎn)生的一種新的金屬切削技術(shù)，它是利用車(chē)削和銑削的合成運(yùn)動(dòng)來(lái)完成各類(lèi)零件的加工[4-5]。簡(jiǎn)單的說(shuō)，車(chē)銑復(fù)合加工是利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的合成運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切削加工,使工件在形位精度、加工零件表面質(zhì)量等多方面達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求的一種先進(jìn)切削加工方法[6]。

數(shù)控車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的加工方式簡(jiǎn)單的可分為車(chē)削和銑削兩種。根據(jù)工件旋轉(zhuǎn)軸線與刀具旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)位置的不同,車(chē)銑復(fù)合加工又可分為軸向車(chē)銑加工、正交車(chē)銑加工以及一般車(chē)銑加工[7-8]。軸向車(chē)銑加工由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)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(nèi)孔表面。正交車(chē)銑加工由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直,在內(nèi)孔直徑較小時(shí)它不能對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行加工,但在加工外圓柱表面時(shí)銑刀可以采用較大的縱向進(jìn)給進(jìn)行加工,因此,在加工外圓柱表面時(shí)數(shù)控車(chē)銑復(fù)合機(jī)床效率較高[9-10]。

數(shù)控車(chē)銑復(fù)合機(jī)床通過(guò)四軸聯(lián)動(dòng)可以加工出相對(duì)復(fù)雜工件，特別是對(duì)于較長(zhǎng)的軸類(lèi)零件(長(zhǎng)度2 000 mm以上的軸類(lèi))，帶有螺旋槽或其他特殊曲線槽，通過(guò)一次裝夾可完成零件的車(chē)銑復(fù)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(chē)銑復(fù)合加工中心既可完成車(chē)削的多道工序，又能完成銑、鏜、攻絲等多種工序，好似把一臺(tái)數(shù)控車(chē)床和一臺(tái)中小型加工中心復(fù)合在一起[12]。體現(xiàn)了工件在一次裝夾中完成大部分或全部加工工序，從而達(dá)到減少機(jī)床和夾具，免去工序間的搬運(yùn)和儲(chǔ)存，提高工件加工精度，縮短加工周期和節(jié)約作業(yè)面積的目的[13]。

我校實(shí)習(xí)所采用的車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床是采用Mazak數(shù)控系統(tǒng)的斜床身結(jié)構(gòu)的車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床。配備了一個(gè)12刀位的轉(zhuǎn)塔刀架，可以裝夾車(chē)刀，銑刀、鉆頭和絲錐等多種刀具，而且機(jī)床采用雙主軸，并且主軸具有數(shù)控精確分度的C軸功能，機(jī)床性能和精度足以滿足目前教學(xué)需求。

下文將以此機(jī)床設(shè)備教學(xué)加工典型的法蘭盤(pán)類(lèi)零件來(lái)說(shuō)明車(chē)銑復(fù)合加工的教學(xué)。

2 車(chē)銑復(fù)合加工的教學(xué)

盡管復(fù)合加工具有常規(guī)單一加工無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際上目前在我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域里車(chē)銑復(fù)合加工的利用率并未得到充分發(fā)揮。其關(guān)鍵原因在于車(chē)銑復(fù)合加工在我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)間還很短，適用于各種零件的車(chē)銑復(fù)合加工工藝、數(shù)控編程技術(shù)、后置處理以及仿真技術(shù)尚處于發(fā)展應(yīng)用階段[14]。懂得車(chē)銑復(fù)合加工工程技術(shù)人員還很少，針對(duì)這一塊的應(yīng)用研究還處于摸索階段。因此用必要培養(yǎng)等多的懂得車(chē)銑復(fù)合加工等現(xiàn)代加工技術(shù)的復(fù)合型技術(shù)人才，加大對(duì)現(xiàn)代加工技術(shù)的應(yīng)用研究。

2.1 車(chē)銑復(fù)合加工教學(xué)的目的

讓學(xué)生了解車(chē)銑復(fù)合加工中心在現(xiàn)代制造領(lǐng)域中的地位與重要性；了解車(chē)銑復(fù)合加工中心的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)；了解車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床操作和基本加工工藝。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

我校的《現(xiàn)代制造技術(shù)》實(shí)習(xí)課程中車(chē)銑復(fù)合加工中心共安排6學(xué)時(shí)，由于這類(lèi)高端數(shù)控設(shè)備價(jià)格昂貴，設(shè)備數(shù)量也較少，所以都采用分成5～8人/小組的形式進(jìn)行實(shí)習(xí)，以充分保證學(xué)生對(duì)設(shè)備的操作時(shí)間。

由于Mazak數(shù)控系統(tǒng)采用的是會(huì)話式CNC編程方式，相對(duì)之前的人工編寫(xiě)CNC的G代碼已經(jīng)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(xiě)一個(gè)零件的CNC加工程序。并且這套數(shù)控系統(tǒng)自帶仿真程序，可以針對(duì)之前使用會(huì)話式CNC編寫(xiě)的程序做驗(yàn)證，并且也可以實(shí)時(shí)顯示模擬加工過(guò)程中刀具的加工時(shí)間、負(fù)載、切削條件等，對(duì)修改CNC加工程序提高加工效率、減少主軸負(fù)載和刀具磨損提供了直觀的依據(jù)。

在教學(xué)過(guò)程中，改變了之前讓學(xué)生制作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，樣式單一的試棒類(lèi)零件，而是提供了以下四類(lèi)比較適合車(chē)銑復(fù)合加工的零件：① 軸類(lèi)零件，例如萬(wàn)向聯(lián)結(jié)軸；② 盤(pán)類(lèi)零件，例如法蘭盤(pán)(見(jiàn)圖1)；③ 套類(lèi)零件，例如尾座套筒等；④ 其他類(lèi)零件，例如花鍵等。

這四類(lèi)零件由學(xué)生自由挑選，以提高學(xué)生的動(dòng)手操作的興趣。

2.3 車(chē)銑復(fù)合加工教學(xué)的重點(diǎn)

教學(xué)中首先要重點(diǎn)突出車(chē)銑復(fù)合加工工藝的教學(xué)。與常規(guī)加工設(shè)備不同的是，一臺(tái)車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床實(shí)際上相當(dāng)于一條小型的生產(chǎn)線。如何根據(jù)零件工藝特性和車(chē)銑復(fù)合加工的工藝特點(diǎn)來(lái)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(shí)現(xiàn)高效精密加工的關(guān)鍵。

工序集中是復(fù)合加工最為鮮明的工藝特點(diǎn)。因此，科學(xué)合理的工藝路線是提高車(chē)銑復(fù)合加工效率和精度的關(guān)鍵因素。以圖1的法蘭盤(pán)為例，以前的基本加工工序是：車(chē)削零件裝夾→車(chē)削粗加工Φ85mm的外圓→夾住Φ85mm的外圓→粗車(chē)外部輪廓→精車(chē)外部輪廓→鉆底孔→車(chē)削Φ67mm內(nèi)孔→銑削裝夾→銑削加工槽和半圓開(kāi)口等→鉆削裝夾→鉆螺紋底孔→螺紋孔攻絲。而采用車(chē)銑加工中心不僅可以通過(guò)一次裝夾完成上述工藝的全部加工，而且當(dāng)采用長(zhǎng)棒料進(jìn)行加工時(shí)還可以通過(guò)鋸斷、自動(dòng)送料等功能實(shí)現(xiàn)此法蘭盤(pán)的批量生產(chǎn)，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)可以全部自動(dòng)完成。其工藝設(shè)置可采用如下方式：主軸裝夾棒料→粗車(chē)外部輪廓→精車(chē)外部輪廓→鉆底孔→車(chē)削Φ67mm內(nèi)孔→銑削開(kāi)槽和半圓開(kāi)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(pán)的零件加工圖

對(duì)于具有雙刀架的車(chē)銑加工中心，雙刀塔的設(shè)備都具有雙通道的控制系統(tǒng)，上下刀架可單獨(dú)控制，同步加工可以通過(guò)代碼中的同步語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)。為充分發(fā)揮設(shè)備的加工能力，可以在加工條件允許的前提下，通過(guò)雙刀架的同步操作實(shí)現(xiàn)零件的多個(gè)工序同時(shí)加工。為實(shí)現(xiàn)這些功能，需要在前期工藝設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)に嚪桨高M(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，確定工藝路線的串行和并行順序，并通過(guò)對(duì)加工程序的合理組合實(shí)現(xiàn)上述功能。

在實(shí)踐教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)車(chē)銑復(fù)合加工仿真模擬的必要性。由于車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件多、功能復(fù)

雜，加上加工的零件結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，如不及時(shí)進(jìn)行加工仿真模擬，可能損壞工件，甚至損壞刀具等加工設(shè)備。因此程序編制完成后加工仿真就顯得尤為重要。

3 結(jié) 語(yǔ)

車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)的先進(jìn)理念是提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品制造周期。因此，這種技術(shù)在軍工、航空、航天、船舶以及一些民用工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。后續(xù)車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)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(fā)展[15]。

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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(shù)大學(xué)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目(p201424003)

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

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

G 642.0

A

1006-7167(2015)05-0211-03