零件数控车削加工工艺情境创设教学的有效性分析与实践

林翠青 刘卫东

【摘要】在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，用它控制机床的加工。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本是相同的，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有不同之处。情境创设教学可以改变传统的教师向学生传输知识为主的教学模式，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

【关键词】加工工艺 加工方案 情境创设教学 车刀

0引言

数控车床适合于加工圆柱形、圆锥形、各种成形回转表面、螺纹以及各种盘类工件，并可进行钻、扩、镗孔加工。加工工艺是程序编制和零件加工的前期准备工作，工艺将直接影响到工艺制定是否合理，而工艺制定的合理性，又将对程序编制、数控加工效率和零件的加工精度等有重要的影响。所以工程人员必须在编程前对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。

1 表面加工方法的选择。外圆表面的加工方法主要是车削和磨削。当表面粗糙度要求较小时，还要进行光整加工：内孔表面的加工方法有钻、扩、铰、镗、拉、磨以及光整加工等;平面的主要加工方法有铣削、刨削、车削、拉削以及磨削等，精度要求较高的表面需经过研磨或刮削等光整加工方法加工。

2加工顺序的安排

2.1加工阶段的划分。零件机械加工时，先加工哪些表面，后加工哪些表面：热处理工序和检验工序应安排何处，均需统筹合理安排。工艺过程的加工阶段一般可分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段四个阶段。粗加工阶段，从毛坯上切除大部分加工余量，只能达到较低的加工精度和表面质量;半精加工阶段，介于粗加工和精加工的切削加工过程，它能完成一些次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备（如精加工前必要的精度、表面粗糙度和合适的加工余量等）：精加工阶段。使各主要表面达到规定质量要求;光整加工和超精密加工。对要求特别高的零件增设的加工方法，主要目的是达到所要求的光洁表面和加工精度。

2.2合理选择加工路线。选择原则：主要应保证被加工工件的加工精度和表面粗糙度：同时力求使数值计算简便，以减少編程工作量：力求使加工路线最短，以便减少程序段和减少空行程时间。

3车刀的类型及选用

3.1车刀的类型。数控车削用的车刀一般分为三类：即尖形车刀、成型车刀和圆弧形车刀。

3.2常用车刀的选用。刀具切削部分的几何参数对零件的表面质量及切削性能影响极大，应根据零件的形状、刀具的安装位置以及加工方法等，正确选择刀具的几何形状及有关参数。尖形车刀的选择方法与使用普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点如走刀路线及加工干涉等进行全面考虑。选用零件的曲面精度要求不高时，可以选择用尖形车刀进行加工，当曲面形状精度和表面粗糙度均有要求时，可用圆弧形车刀，圆弧形车刀刀具有宽刃切削（修光）性质，能使精车余量均匀而改善切削性能。

4切削用量选择

4.1背吃刀量（ap）的确定。在车床主体一夹具一刀具一零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，常取0.1-0.5mm。

4.2主轴转速n的确定。光车时，主轴转速的确定应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式计算：

n=1000Vc/πd

式中，n：主轴转速（r/min）;Vc：切削速度（m/min）;d：零件待加工表面的直径（mm）。

数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中根据实际加工情况对主轴转速进行调整。车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐有不同的主轴转速选择范围。

4.3进给量（f）。进给量是指工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r），它与背吃刀量有着较密切的关系。粗车时一般取为0.3 -0.8mm/r，精车时常取0.1-0.3mm/r，切断时宜取0.05 -0.2mm/r，具体选择时，可参考实际切削情况进行选择。

4.4切削线速度（Vc）。切削线速度也称单齿切削量，单位为mlmm，是指车刀切削刃上某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度。如何确定加工时的切削速度，主要根据实践经验进行确定。在生产中，提高Vc值也是提高生产效率的一个有效措施，但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取决于刀具耐用度。一般好的刀具供应商都会在其手册或者刀具说明书中提供刀具的切削速度推荐参数Vc。另外，切削速度Vc值还要根据工件的材料硬度来作适当的调整。例如用立铣刀铣削合金钢时，Vc可采用8mm/min左右：而用同样的立铣刀铣削铝合金时，Vc可选以上。

4.5进给速度Vf （m- mm^-1）或进给量f（mm.min -1或mm·Z^-1）

进给速度是指在单位时间里，刀具沿进给方向移动的距离（mm/min）。有些数控车床规定可以选用以进给量（mm/r）表示的进给速度。一般应根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取。需要说明的是切削用量手册给出的是每转进给量，因此要根据Vf=fXn计算进给速度。如果通过提高切削速度来提高切削效率，将会使刀具寿命降低，从而增加刀具更换所需的辅助时间。由于受数控机床输出转矩的限制，用增大进给量的方法来提高切削效率更为有效。在刀具许可的范围内，增加进给量将使刀具寿命降低的情况减至最小，但增加进给量会对表面粗糙度或切屑处理产生影响。

5结语。加工工艺是程序编制和零件加工的前期必备工作，工艺将直接影响到程序编制、数控加工效率和零件的加工精度。在各教学模块中，将典型产品进行演化和分解，形成若干个加工任务。在每个任务中，包含完成该项目任务加工所需要的相关工艺知识、数控编程知识和加工操作和仿真情境技能训练，能提升职业学校专业课程教学效果。

【基金项目】广州南洋理工职业学院2017年“创新强校”高职教育教学改革项目：高职课堂教学情境创设的有效性研究与实践——以《数控加工工艺与编程》为例（项目编号：NY -2017CQIYB-06）。