引入信息技术的数控加工工艺教学实践

杜俊

摘 要：数控加工工艺是机械加工、数控技术等制造类专业的核心课程，也是从事相关工作必须具备的知识与能力。本文以典型的台阶轴工艺分析和加工为例，讨论数控加工工艺的教学过程，并与利用信息化教学手段后的数控加工工艺教学对比分析，探讨利用“互联网+”的教育思维开展职业教育教学改革。

关键词：台阶轴加工工艺分析；数控加工与编程；“互联网+”教育思维

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2016）07C-0089-02

数控加工工艺是职业学校数控专业的一门核心课程，编制加工零件的加工工艺，制订合理的零件加工工艺规程，是教学的重点内容。

在企业生产过程中，零件加工工艺是否合理，直接影响工件产品质量，关乎企业劳动生产率和经济效益。轴类零件是最常见最典型的零件之一，广泛应用在各类机械装备或汽车、洗衣机等生活用品中，最具有代表性。轴类零件在设备中支承齿轮、带轮等传动零件，传递转矩或运动。按照结构形式，通常将轴类零件分为光轴、台阶轴和曲轴三类，一般包括圆柱面、圆锥面、孔、螺纹、沟槽、球面等，其中台阶轴零件的加工工艺反映了轴类零件加工的基本规律和主要内容，是职业学校机械加工、数控技术等专业教学和实习实训中最基本最重要的必学必练内容。

本文以减速箱中的传动轴为例，分析信息技术在台阶轴的加工工艺教学中的应用。

一、传统的台阶轴工艺规程分析

（一）台阶轴零件图分析

分析台阶轴零件图工艺，不能就零件图分析零件图，要结合零部件装配图、产品总装配图和工件验收标准综合分析，在此前提下，分析零件的几何结构特点、加工精度、选用材料、热处理方法等技术要求。传动轴由不同直径的圆柱面、螺纹、退刀槽、越程槽和键槽等组成，由零件图标注尺寸看出外圆面（P、Q）、轴颈（M、N）和轴肩（G、H、I）有较高的尺寸精度、位置精度和表面质量要求，这是由传动轴工作性能与条件决定的，传动轴外圆P、Q和轴颈M、N的加工是关键工序，这些技术指标和热处理要求都必须在加工中得到保证，这样才能保证传动轴成为合格产品，确保加工质量。

（二）毛坯材料和尺寸的确定

加工零件的毛坯选择是由零件图提出的技术要求决定的。毛坯材料选择是否合理直接影响零件的质量和机械性能，还要考虑零件的加工成本和材料成本。减速器传动轴属于一般传动轴，材料选为45钢比较理想，45钢也是公认的制造轴类零件、螺栓的主要材料。传动轴外径尺寸在￠30-￠52之间，选择￠60mm的热轧圆钢作为毛坯最合理。

（三）关键表面加工方法的确定

减速器传动轴结构主要是回转表面，如传动轴表面P、Q、M、N的公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra=0.8 um，确定采用加工方法是：粗车→半精车→磨削。

（四）加工定位基准的选择

为保证零件的尺寸和位置精度必须合理选择定位基准，包括粗基准和精基准。一般情况下把非加工面作为粗基准，只使用一次。按照基准重合原则选择精基准，并且选择精度高、安装稳定可靠的表面作为精基准。同时尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准，在多数工序中使用，使测量基准与定位基准重合。减速器传动轴的主要配合表面（P、Q、M、N）及轴肩面（G、H）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，又是实心轴，故应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证达到零件的技术要求，粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。

（五）传动轴的工艺路线确定

加工精度要求较高的零件，应将粗加工、精加工分开进行，以保证加工零件的质量。传动轴加工工艺可以分为粗车、半精车、粗磨和精磨三个阶段，在粗车外圆之后，半精车外圆之前，安排传动轴调质处理。由此传动轴工艺路线确定为：下料→车端面、钻中心孔→粗车外圆→调质处理→修研中心孔→半精车外圆、切槽、倒角→车螺纹→划加工线（键槽）→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。

（六）拟定工艺过程，编制工艺过程卡及工序简图

按照上面确定的传动轴加工工艺路线，教师查阅《切削用量手册》和《机械加工工艺手册》，确定每个工序的切削用量，编制加工工艺过程卡并绘制加工工序简图。

二、数控加工程序编制

选择在数控机床上加工减速器传动轴，需将编制好的零件加工工艺规程，编制成为数控机床操作系统可以识别的加工程序，将程序输入机床，即可加工出合格零件。

（一）数控编程的方法

数控编程可分为手动编程和自动编程两种方法。采用手动编程时，从零件图分析开始，制定工艺规程、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤均由人工完成，适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件加工。由空间曲面组成的和几何形状复杂的零件，编制程序量很大，计算数值工作烦琐，程序校验困难，工作量大，手动编程完成困难，这时可利用计算机完成大部分工作程序编制工作，即自动编程。可见手动编程是自动编程的基础。

（二）数控编程的步骤

首先根据工件零件图，编制零件加工工艺规程。其次根据工艺规程进行数值计算，确定轮廓相邻几何元素的交点或切点坐标值，明确几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值。最后，按照确定的坐标值、加工参数和辅助动作，利用数控机床配置的数控操作系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，编写零件加工程序，输入数控机床CNC装置的存储器。

（三）数控模拟运行及自动加工

编制好的数控加工程序输入选用的数控车床后，首先进行对刀，在机床上进行加工程序校验，模拟加工路线是否存在干涉、过切、出错等问题，经过修改程序、保存，再校验，直到程序完全正确，达到零件图技术要求。这时再将毛坯在机床上装夹好，调用模拟运行好的程序，进行自动加工直至程序结束，卸下加工好的零件，完成零件生产任务。经过这样的模拟运行，避免了打刀等损坏机床部件的现象发生，消除了操作人员的人身安全隐患。

（四）零件加工精度及质量检查

用游标卡尺、千分尺等测量工具对零件的尺寸精度、粗糙度进行检测，并与零件图的技术要求进行对比，满足所有尺寸精度、位置精度和表面质量要求即为合格产品，完成检验工序，将产品放置在成品区。

三、引入教学软件的数控工艺教学实践

社会发展已经进入“互联网+”时代，教师将信息化手段引入教学，利用“互联网+”的教育思维开展教学改革和教学实践，是时代的要求，也是职业教育发展的需要。学校利用“CAXA制造工程师”教学软件开展数控加工及编程操作课程，收到了很好的教学效果。继续以台阶轴加工教学为例。

1.课程引入从“工作任务描述”开始。学校数控车间接到XXX机械厂一批减速器传动轴零件的加工任务，要求在2天内交付使用。

2.学生以学校车间工人的角色，在规定学时内完成零件图解读、三维造型、二维绘图、工艺分析、数控编程、模拟生产加工、质量检验、真实加工、总结评价等任务。

综上所述，教师利用教学软件开展数控工艺的教学，将传统的轴类零件加工工艺分析与数控加工技术、数控编程与操作等知识整合为一体，将学科知识转变为一个工作任务，创设了一个与学生将来工作岗位结合的工作情境，利用信息技术手段，开展网上交互学习，学习内容综合且贴近工作。教学手段现代且融入生活，符合学生互联网原居民的成长经历和职业需要，满足了学生的心理需求，使教学更形象、直观、简捷易懂，增加了学生的学习兴趣和学习主动性，收到了非常好的学习效果，为制造类专业的教学改革积累了经验，提供了有效的方法和途径。

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