基于UG NX在铝合金底板零件的数控铣削加工——以“1+X”数控车铣加工职业技能认证项目为例

匡 清，夏 露

(1.苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104；2.重庆华中数控技术有限公司，重庆 永川 402160)

1 引言

“1+X”证书制度是职教20条的重要改革部署，也是职教领域的重大教育创新。“1+X”证书制度从2019年开始试点，试点工作将按照高质量发展的要求，坚持以学生为中心，围绕服务国家、社会的需求及提高学生就业能力，先从10个左右的技能领域做起，使学生在获得学历证书的同时，取得多类职业技能等级证书，提高人才培养质量，托张就业创业本领。这是把两者有机结合起来的制度，“1”是学历证书，全面反映学校教育的人才培养质量，是基础；“X”是若干职业技能等级证书，是毕业生职业技能水平的凭证，反映职业活动和个人职业生涯发展所需的综合能力，是“1”的补充、强化和拓展。数控车铣加工职业技能认证分为理论考试和实操考试两个部分，要求根据给定图纸考题完成工艺安排、程序编制、零件加工和精度检测等内容，主要考核考生运用相关CAD/CAM软件，独立操作数控机床完成图样零件数控加工的综合应用能力。只有理论考试和实操考试都合格，才能颁发相应证书。

2 底板零件导读

选用“1+X”数控车铣加工职业技能认证中的数控铣削项目铝合金底板为案例，相关零件图样如图1、图2所示。从零件图样中分析可知是一个典型的铝合金薄板零件，中间开孔，要正反面加工。给定的备料毛坯尺寸为100×72×15mm，主要特征有腰型槽、内孔、凸台及各种倒角等。零件的材料为2A12铝，是一种硬度可达到120HB的高端铝合金材料。零件结构特征较复杂，特别是装夹不易，需要铣削夹持槽并找正。其主要尺寸精度为IT7级，有形位公差要求，内孔对于底面的垂直度要求0.02mm。整个零件的主要加工表面粗糙度Ra1.6μm，精度要求比较高。其零件相关的主要加工内容和要求见表1所示，未注公差的极限偏差按GB/T1804-2000m级。

表1 底板零件的主要加工要求列表

3 零件的加工准备

加工设备的选用。本零件选用武汉华中数控的VMC-850B立式加工中心作为加工设备，此机床配套华中数控的HNC-818M数控系统，整机采用立柱固定及滑台移动结构，一次装夹可完成铣、钻、镗、攻丝等多种工序的加工，特别适用于中小盘类等复杂零件的多品种中小批量加工。

加工夹具的选用。零件的装夹方法一，正面选用机用平口钳+反面选用自定心卡盘来装夹，缺点是夹具准备时间长，对操机者能力要求更高。结合实际的数控加工的工作现况，选用零件的装夹方案二，正面反面均采用机用平口钳并依托毛坯的夹持槽来装夹。这种夹持方案，优点是准备夹具相对简单，适当降低了数控机床操机者能力要求。当然，准备夹持槽的时候，要注意夹持槽深的铣削量。松开钳口翻身装夹零件的反面时，要注意上表面留有的余量足够，要用游标卡尺来测量计算清楚，否则加工铣削总高的时候易铣削到平口钳。考虑到毛坯备料的总高15mm，要求加工的底板零件的总高是12mm，铣削的夹持槽为6mm×2mm，装夹方案二的夹持槽铣削加工示意图如图3所示。

加工刀具的选用。参照实操考核准备清单中刀具要求，选用Φ20、Φ10、Φ6的平底立式铣刀为此次的加工刀具，其中粗加工刀具Φ20立铣刀，精加工刀具是Φ10、Φ6立铣刀，数控加工刀具卡见表2所示。

表2 数控加工刀具卡表

4 零件的CAD建模

CAD绘图前，根据之前的零件导读来分析图样，确定建模的先后顺序。打开UG NX10，进入Modeling模块，选择创建Sketch(草图)，绘制零件的相关二维CAD草图。可以在一个草图中把所有的特征要素都绘制好，如图4-a所示。综合运用拉伸、布尔运算等指令，拉伸零件主要特征操作，在运用布尔运算中的加减指令来操。CAD建模中，把所有的特征要素绘制在一个草图中，拉伸的时候往往会把所有要素一起拉伸。合理运用拉伸指令中的“曲线规则”选项，里面有：自动判断曲线、单条曲线、相连曲线等。通过这个方式，不能用“自动判断曲线”，选择“相连曲线”等方式来拉伸，设置开始和结束距离。最后，再利用边倒圆、倒斜角等操作形成零件的实体造型，底板零件的正面建模图如图4-b所示，底板零件的反面建模图如图4-c所示。

5 零件的CAM加工

5.1 工艺分析及加工工艺路线设计

根据底板零件图样分析可知，加工准备前需要在毛坯上铣削加工好两条夹持槽。第一次装夹时，以毛坯夹持槽作为粗基准定位基准，进行零件的正面铣削加工，完成零件的大部分特征加工。第二次翻身装夹，加工零件的反面，铣削完成底板零件的总高及剩余特征，装夹的时候，以零件的正面已加工面作为定位基准，适度用力装夹牢固即可，用分中棒来完成对刀工作。综上所述，指定零件的加工工艺过程如表3所示。

表3 底板零件的正面加工工艺过程

5.2 零件的CAM加工

进入UG的加工模块，初始化加工环境，按照要求创建程序组、刀具等，其余默认设置。在“工序导航器-几何视图”下，创建加工坐标系，指定MCS和WCS一致。创建 “WORKPIECE”,毛坯设置为100×72×15mm。注意MCS设置在毛坯面上，如图5所示。

进行零件正面的粗加工，选择T1(Φ20)立铣刀，创建工序，调用“CAVITY_MILL” (型腔铣)，完成零件的外形粗加工和内腔粗加工。

进行零件正面的精加工，选择T2(Φ10)立铣刀，创建工序，调用“FLOOR_WALL” (底壁加工)，设置如下：指定切削区域为底或壁；刀具选择“T2D10”；刀轴“指定矢量”(ZM方向)；加工方法“FINISH”，切削空间区域范围“底面或壁”(要对应之前的指定切削区域)；平面百分比选择“65%”，其余设置采用默认值。

切削加工三要素的选择对应表3中的参数，按照先粗后精的加工顺序逐步完成各项加工工序的创建、设置及生成导轨，可以动态查看刀具切削过程及模拟结果，整个零件正面的CAM加工后效果如图6所示。在零件正面加工完成后，留了余量0.3mm，保证装夹在夹持槽加工的时候，最后不会铣削到平口钳的钳口。当然，如果在操作中没有计算好毛坯高度，很有可能真会把钳口铣削到。底板零件的正反面全部CAM加工完成后的效果如图7所示。

完成了零件的CAD和CAM后，就是进入UG POST阶段。准备好华中系统HNC-818M的后处理器，导出程序传输到华中VMC-850B立式加工中心，完成加工前的准备工作，小心操作机床，完成零件加工，如图8所示。

6 小结

通过数控车铣加工职业技能认证中的典型铣削项目，把数控机床的操作、数控工艺的编程及机械软件的CAD/CAM等有效的融合在一起，提升了学生们实际分析问题及解决问题的能力，提高了职业教育的人才培养质量，更加畅通了技能型人才成长上升的通道，拓展了高职学生的就业创业本领。