浅谈工艺分析在数控加工教学中的重要性

摘要:近几年来，随着数控机床在机械制造业中的普及，数控加工已逐渐成为中职院校的热门专业。但相当数量的数控专业毕业生走向企业后，达不到企业对技术工人的要求。本文根据作者近年来在中职院校数控实训教学过程中的一些体验，结合某一复杂曲面配合件的数控加工实例，阐述数控加工教学中的重要环节，剖析当前普遍采用的教学模式所存在的问题，并探索相应的中职教学模式。

关键词： 数控加工工艺分析 数控教学

数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动对工件进行加工。现代化设备的发展对零部件的互换性及标准性也提出更高的要求，普通机床生产的产品已经越来越不能满足高精度的要求，数控机床的出现和发展无疑解决了很多技术上的难题。

近些年来，随着数控机床在机械制造业中的普及，数控加工专业已逐渐成为中职院校的热门专业。各院校的实训场所以及实训设备等客观条件上都为学生学习数控专业技术提供了良好的环境。但是，仍然发现相当部分的毕业生走向企业后，达不到企业对技术工人的要求。作者在最近的几年里一直在学校担任数控车床相关的理论课程及实训指导教师，结合本校的一些毕业生在企业的现状，发现上述矛盾的根源就在于传统的数控加工教学模式存在一定的缺陷。

一、 数控加工教学中易被忽视的环节

数控加工的教学主要分三个环节：数控加工工艺、数控编程以及数控机床操作。在这三个环节中，加工工艺是基础，是编程和机床操作的依据。

数控加工工艺主要包括四个方面：1、零件工艺分析，明确技术要求及加工内容。2、确定加工方案，包括工艺路线的拟定、工序的划分、刀具和切削参数的选用以及零件的定位和装夹。3、编制加工程序，包括对刀点、换刀点的选择以及刀具补偿设置。4、零件的检验，通过调整刀补参数满足零件公差要求。

由此可见，数控加工工艺是一门实用性、实践性很强的课程，但是传统的教学模式往往忽视了这些特点，忽视了中职学生的特点和企业对数控机床操作工的岗位需求，只重视理论知识的讲授，轻视了操作技能和应用能力的培养。在教学时间的安排上，往往是理论教学完成后，再安排实训教学。这种教学安排使理论脱离了实际，学生的学习效果差。此外，学生学业考核的方法则以书面理论知识的闭卷考试为主。这种考核方法恰恰是中职学生所不擅长的，同时也忽视了工艺分析能力的锻炼和创造力的培养。下面笔者将用一个复杂曲面配合件的数控车床加工实例，来展示工艺分析在整个数控加工过程中的重要性。

二、工艺分析在数控加工中的作用

工艺分析在整个数控加工过程中扮演着基础核心的作用，没有正确的工艺分析，就不会有正确的加工程序。下面通过一个复杂曲面配合件在数控车床上的加工过程，来体现工艺分析的作用。

例如某轴类配合件件1和件2，材料为45钢，件1毛坯尺寸 50×60，件2毛坯尺寸 50×100，不准用砂布及锉刀等修饰表面。零件如图1，图2所示：

1、零件工艺分析

分析零件图样：

(1)通过图样了解零件的形状、结构并检查图样的完整性如图3所示：

(2)分析图上规定的尺寸及其公差、表面粗糙度、形状和位置公差等技术要求，并审查其合理性。

(3)找出主要加工表面和工艺要求。

分析如图所示件1和件2：我们可以看出，由于毛坯尺寸限制，每个工件需要两次装夹。件2椭圆先加工，然后加工外径，调头加工时，应先保证好零件的总长度，然后加工左端-外径-切槽-内孔-车内槽-内螺纹。由于车内孔易出现振动导致加工表面产生波浪形的振纹，所以加工内孔时，背吃刀量应取小些。

2、加工方案确定

在分析了零件图样和确定了工艺路线后，接下来要确定零件的加工顺序、定位与装夹、刀具以及切削参数的选择。

a．加工顺序及定位装夹

由之前的工艺分析，我们可以总结出该配合件的加工顺序：

(1)安装工件及夹紧。

(2)先加工件2，先粗、精加工椭圆及锥面，再粗、精 36×17外圆、46外圆（长度大于6即可，为了便于倒头装夹）。

(3)取下工件掉头装夹，夹到 36×17左端部，用93°菱形刀粗加工件2左端外形，用3mm外槽车加工3个5×3槽。

(4)用 20的钻头钻孔，再用内孔刀粗、精车内孔 22的孔，用内切槽刀加工4×2.5内槽，然后用螺纹刀车 M24×1.5内螺纹 ，至此件2加工结束。

(5)加工件1的右边，用93°菱形车刀粗、精加工，加工外圆 20×8、 23.7×35。

(6)加工 15×8外圆，再加工M24×1.5螺纹。

(7)件1、件2螺旋联结起来，装夹装配图的右端，加工件1的左端SR10圆弧面。

b．刀具选用

与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。尤其是刀具的刚性及耐用度方面较传统更为严格。此外，还要求刀具精度高，尺寸稳定，安装调整方便。

根据确定好的加工表面选择相应的刀具，见表一

表一 刀具选用

c.切削用量

影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具以及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件的精度和表面粗糙度；切削液的种类、冷却方式；工件的材料硬度及热处理状况；工件数量等。

切削用量的选择原则是：粗加工时一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

3、编制加工程序（以件2椭圆及锥面部分为例，采用FANUC 0i Mate-TC系统）

O2001；

G97 G98 T0101 M3 S800；（初始化机床，选1号刀，转速800r/min）

G0 X53 Z2 M8； （设定起刀点,开切削液）

G73 U20 R20；（设定X向待切余量为20，分20刀走完）

G73 P20 Q60 U0.5 W0.1 F100；（精车余量X向0.5，Z向0.1）

N20 G0 X0；（N20-N60程序段为精车轮廓描诉，）

G1 Z0；（精车轮廓起点）

#1=20； （变量赋值，椭圆的长半轴）

N40 #2=SQRT[400-#1*#1]*13/20；（变量计算，椭圆宏指令）

G1 X[2*#2] Z[#1-20]； （椭圆插补）

#1=#1-0.5； （变量递减，步距0.5）

IF[#1 GE 1] GOTO 40； （若变量大等于1，要跳回执行N40程序段）

G1 X36 W-10； （加工锥面，）

N60 G0 X53；（退刀）

G70 P20 Q60 F60 S1200；（精车转速1200r/min,进给速度60/min）

G0 X100 Z100；（退至换刀点）

M30； （程序停止）

从上述的加工实例中，不难看出零件的顺利加工是基于加工程序的正确编制，加工程序的编制是依据加工工序的合理安排，加工工序的合理安排又是根据拟定好的加工方案，而加工方案的拟定是依靠对零件图样进行细致的工艺分析得出来的。工艺分析正确与否对数控加工有着至关重要的影响。

三、教学总结与分析

鉴于工艺分析的重要性，笔者近几年在《数控加工工艺学》以及《数控加工编程与操作》的教学模式上做了些探讨和实验，得出以下几点体会：

1、工艺分析能力的培养需要感性知识的累积

工艺分析是一种理性思考能力的表现，学生在初学阶段总是感到茫然，这是由于缺乏相关的感性知识，也就是我们常说的没有经验，那么这种经验的获得要建立在大量感性知识的累积上，传统的教材以及教学模式在这方面存在很大的缺陷，造成学生难以理解，从而丧失了学习的兴趣。笔者通过借助多媒体教学环境，给学生提供更多的图片、视频等直观的教学资料，在很大程度上弥补了这点缺陷，也大大提高了学生学习的积极性。

2、工艺分析能力要在实践中锤炼

“实践是检验真理的唯一标准”，传统的教学模式往往将理论与实践脱离开，这就导致学生在知识的学习与能力的培养上存在了脱节。笔者借助数控仿真软件平台，通过设计课题，让学生动手操作，学生在操作的过程中就要应用自己学到的工艺知识和编程知识，从而大大提高了学生“做中学”的机会，也大大提高了学生对所学知识的应用能力。

总之，工艺分析是数控加工教学中不可忽视的环节。我们必须克服传统教学模式上的缺陷，本着一体化教学的精神，利用一切可以利用的教学资源，做好数控加工教学，把学生培养成合格的数控加工专业技术人员。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开