型腔零件加工工艺分析的教学案例设计

贺健鸣

摘 要：本课题主要研究高职数控技术专业工学交替教学案例与实际紧密相结合的衔接问题，避免造成所学的知识与生产实际相脱节且脱离实际运用，使学生在工学交替课程中能很好的灵活应用和充分发挥。通过本课题的研究有助于提高高职院校数控技术专业的实践教学质量，更好地满足社会的人才需求。

关键词：工学交替；衔接；实践教学；质量

高职院校的教学，重点是培养学生的实际分析能力、运用能力和解决实际问题的能力。本课题以企业应用较多的数控铣削加工工艺分析为例，着重论述工学交替课程在数控专业实践教学中，如何运用所学的相关知识和经验分析解决实际问题的能力，避免所学过的内容脱离实际，为高职数控专业学生打下理论与实践结合的基础。

1、工艺说明

（1）毛坯说明：

在进行本工序加工前，毛坯外形各基准面已加工完毕，已经形成精毛坯。工件材料为硬铝，其外形尺寸为130×100×15 mm的方料。

（2）工序说明：

本案例的加工内容为型腔底面和型腔内壁。型腔深度为5mm，考虑到铝合金切削性能良好，一层切削到位，切削深度为5mm。采用综合法进行型腔加工。

a.确定工步：

本案例可将整个工序分为三个工步。

工步1：预钻工艺孔。为了便于粗加工下刀，选择刀具为Ф8.5mm的钻头，钻孔深度为5mm。

工步2：粗加工内壁，精加工底面。型腔底面加工选用直径Ф12mm的立铣刀，采用行切法切削；内壁留精加工余量1mm.

工步3：精加工内壁.内轮廓表面加工选择直径Ф6mm的立铣刀，环切法切削。

b.切削速度的确定：

根据工具加工手册，高速钢铣刀，加工铝合金材料，切削速度VC=30～60，取30m/min。

c.主轴转速按下面步骤来确定：

主轴转速应根据允许的切削速度和刀具的直径来选择，其计算公式为：

n=1000VC/∏d）

式中：VC ---- 切削速度，由刀具的耐用度决定（m/min）

d ---- 工件直径或刀具直径（mm）

n ---- 主轴转速（r/min）

d.进给速度确定：

通过经验确定进给速度，也可采用经验公式计算，fZ为每齿进给量可查刀具加工手册获取，其进给速度的经验计算公式如下：

Vf = fZ Z n

式中：Vf ---- 进给速度（mm/min）

fz ---- 铣刀每齿进给量（mm/z）

Z ---- 铣刀齿数

n ---- 主轴转速（r/min）

e.背吃刀量的确定：

背吃刀量是由机床、夹具、刀具、工件的刚度确定。在刚度允许的条件下，尽可能选取背吃刀量等于工件的加工余量，以减少走刀次数，提高生产率。本案例粗铣加工背吃刀量确定为2.2mm，留出0.3mm的精加工余量。

f.拟定数控加工工艺卡（略）

（3）刀具选择说明：

一般内轮廓加工都选择立铣刀，所以为了便于进刀，需预鉆工艺孔，孔深至腔底。

工步1的内容是为下一工步作准备，因此，钻头直径的选择是根据下一工步的铣刀直径选择的；选择刀具为Ф8.5mm的钻头，刀具号T01，刀具长度补偿号H01。

工步2是考虑本工序要对底面进行精加工，因此尽量选择直径较大的刀具以减少走刀次数。选用直径Ф12mm的四刃铣刀，刀具号T02，刀具长度补偿号H02，刀具半径补偿号D02。该刀设置为基准刀。

工步3是要进行内壁精加工，选择刀具半径≤内腔过渡圆角半径。选择刀具为Ф6mm四刃铣刀。刀具号T03，刀具长度补偿号H03，刀具半径补偿号D03。

（4）装夹、定位说明：

本工序采用平口钳装夹，由于加工内腔，所以不存在刀具干涉问题，只要保证对刀面高于钳口即可。

2、编程说明

（1）编程原点的选择：

根据编程原点的选择原则，对于一般零点，通常选在工件外轮廓的某一角上。本案例选择毛坯的右上角作为编程原点。

（2）走刀路线（加工轨迹）：

在加工内轮廓时，如果刀具的切入和切出方向与被切削轮廓垂直时，很容易留下加工痕迹。解决此问题通常采用沿圆弧切线方向切入或切出的走刀方式见图2所示。换刀平面位于工件上表面100mm。Z向下刀起点，位于工件上表面1mm。

工步2采用行切法加工，走英文Z字型进行行切。

工步3采用环切法加工，下刀点位于P1点，路径为P1→P→B→C→D→A→P→P2，走刀路线如下图2所示：

（3）数学处理

各刀位点的坐标确定如下：

工步1的工艺孔位置为Q（-12，-12）。

工步2行切法的加工起点Q（-12，-12），即工艺底孔的钻孔位置。行切法往复加工，适合采用相对编程，无需半径补偿。X方向刀具位移=120-14=106mm，Y方向刀具位移=11mm。

工步3环切法采用绝对编程，四个角的交叉点位置为A（-5，-5），B（-125，-5），C（-125，-95），D（-5，-95）。使用刀具半径补偿。

环切法起刀点P选择在A B边的中点，切入圆弧起点P1的计算、切出圆弧终点P2的计算

如下图3所示：

切入圆弧半径R=20mm，圆心坐标为（-65，-25），切入圆弧P1P的圆心角和切出圆弧PP2的圆心角为600。

P1、P2坐标计算如下：

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、结论

通过本课题的分析研究，探索了高职数控技术专业的工学交替教学课程内容体系如何能与企业的生产实际紧密相结合的衔接问题，熟练运用案例实践教学创新设计解决现实生产实际问题，为数控专业课程的学习和实际运用提供了保证，进一步提高教学实践效果。