萬(wàn)金貴，張 飛，李蓓華，高 琪

(上海第二工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，上海 201209)

數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目分析與研究

萬(wàn)金貴，張 飛，李蓓華，高 琪

(上海第二工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，上海 201209)

實(shí)踐教學(xué)在以培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才為目標(biāo)的高職教育中地位十分重要。近年來(lái)，對(duì)工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行了探索研究，并獲得了一定成效。其中的數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目在培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐和創(chuàng)新能力方面作用突出，是正在研究完善的項(xiàng)目。對(duì)此項(xiàng)目的意義和實(shí)施情況進(jìn)行了分析，并以實(shí)例進(jìn)行闡述。該實(shí)例是學(xué)生自主設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)意作品——“世博徽璽”，并運(yùn)用數(shù)控加工技術(shù)加工出來(lái)。詳細(xì)介紹了零件的設(shè)計(jì)與加工方法，研究了其加工工藝和技術(shù)難點(diǎn)。通過(guò)該零件的設(shè)計(jì)與加工，學(xué)生主要運(yùn)用了機(jī)械專(zhuān)業(yè)相關(guān)學(xué)科知識(shí)和跨學(xué)科的藝術(shù)美學(xué)知識(shí)，運(yùn)用了三維設(shè)計(jì)建模、數(shù)控工藝與編程、數(shù)控加工技術(shù)等，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新與綜合實(shí)踐能力，可為數(shù)控加工實(shí)踐教學(xué)提供案例經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

實(shí)踐教學(xué)；綜合與創(chuàng)新實(shí)踐；世博徽璽；數(shù)控加工

0 引言

高職教育以培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)第一線(xiàn)的高技能應(yīng)用型人才為根本任務(wù)。這一人才培養(yǎng)目標(biāo)決定了實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的重要作用。作為高校工科專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主體的工程訓(xùn)練實(shí)踐類(lèi)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力方面起著主要的、其他課程所不能替代的作用。我們?cè)诙嗄甑墓こ逃?xùn)練實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能與創(chuàng)新能力方面，經(jīng)過(guò)不斷地探索之后逐步形成了一套行之有效的做法[1]，其中的數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目在培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐和創(chuàng)新能力方面作用突出，也是我們研究工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文分析了該項(xiàng)目實(shí)施的目的和意義，并對(duì)一典型實(shí)例進(jìn)行了介紹與研究。

1 數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)施的目的和意義

近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是制造業(yè)的迅速發(fā)展，社會(huì)上對(duì)于數(shù)控技術(shù)人才的需求不僅從數(shù)量上大增，而且在人才培養(yǎng)的質(zhì)量要求上也不斷地提高。作為應(yīng)用型本科院校，我們?nèi)绻麑⑴囵B(yǎng)目標(biāo)僅僅停留在技能和操作型人才的層面上，就會(huì)落后于市場(chǎng)需求，因此，我們應(yīng)該致力于培養(yǎng)復(fù)合實(shí)用型和創(chuàng)新應(yīng)用型的數(shù)控人才。復(fù)合型人才的標(biāo)準(zhǔn)是既懂技術(shù)又懂管理、還會(huì)經(jīng)營(yíng)的專(zhuān)門(mén)人才。要求其素質(zhì)不僅要有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和厚實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還必須有豐富的文理交融和人文科學(xué)知識(shí)。實(shí)用性人才的標(biāo)準(zhǔn)是：畢業(yè)生到生產(chǎn)崗位后能夠很快適應(yīng)崗位，動(dòng)手快，思維敏捷，實(shí)際操作能力強(qiáng)；還要后勁足，具有開(kāi)發(fā)研究的潛力，并在短時(shí)間內(nèi)為企業(yè)創(chuàng)造效益。所謂創(chuàng)新應(yīng)用型數(shù)控人才是以適應(yīng)用人單位為實(shí)際需求，面向基層和生產(chǎn)第一線(xiàn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，既要掌握數(shù)控機(jī)床的基本操作和維護(hù)、加工工藝、CAD/CAM等專(zhuān)業(yè)技能，更重要的是要有比較寬廣的理論知識(shí)或者跨學(xué)科的知識(shí)視野，有創(chuàng)新精神和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力及自主研究的能力，比如數(shù)控工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控系統(tǒng)升級(jí)、數(shù)控設(shè)備的設(shè)計(jì)制造、數(shù)控機(jī)床夾具和刀具的設(shè)計(jì)和制造等。因此，應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)應(yīng)突出以“應(yīng)用”為目標(biāo)、“創(chuàng)新”為特征，培養(yǎng)學(xué)生具有在創(chuàng)新中應(yīng)用、在應(yīng)用中創(chuàng)新的能力。

我校的數(shù)控實(shí)踐教學(xué)體系、內(nèi)容和模式圍繞著上述培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行了一系列的改革[1]，并取得了一定成效。近幾年，我們改變了數(shù)控實(shí)訓(xùn)的傳統(tǒng)方式，致力于“項(xiàng)目化”實(shí)訓(xùn)教學(xué)的研究，主要有三個(gè)層次的項(xiàng)目：（1）基礎(chǔ)（單項(xiàng)）技能訓(xùn)練項(xiàng)目；（2）綜合技能訓(xùn)練項(xiàng)目；（3）擴(kuò)展能力訓(xùn)練項(xiàng)目。關(guān)于前兩種項(xiàng)目，可參看參考文獻(xiàn)[1]，本文只針對(duì)第三種項(xiàng)目進(jìn)行展開(kāi)討論。擴(kuò)展能力訓(xùn)練項(xiàng)目是針對(duì)高年級(jí)學(xué)生進(jìn)行的，學(xué)生必須是完成了與數(shù)控技術(shù)相關(guān)的所有理論課程的學(xué)習(xí)以及基礎(chǔ)與綜合技能的實(shí)習(xí)。它是對(duì)各學(xué)科知識(shí)及實(shí)踐技能的全面綜合運(yùn)用，以此來(lái)鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐和創(chuàng)新能力。該項(xiàng)目也可稱(chēng)之為數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。這些項(xiàng)目既可以是來(lái)自于企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目，或者是教師科研課題中的一部分，也可以是由學(xué)生按教師指定要求設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，但都必須有高度的綜合性。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生對(duì)于自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目具有濃厚的興趣。他們自主設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，有的是生產(chǎn)或生活中的物件，如“數(shù)控銑床旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)”、“國(guó)際象棋”、“創(chuàng)意風(fēng)車(chē)”、“汽車(chē)模型”等；有的是有一定主題思想的藝術(shù)類(lèi)作品，如“奧運(yùn)旋轉(zhuǎn)杯”、“神州七號(hào)”等；還有的是妙趣橫生的玩具，如“仿生蝸牛”，等等。這些項(xiàng)目從原理或主題構(gòu)思、造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝分析、數(shù)控編程、數(shù)控加工到最后形成技術(shù)文件報(bào)告，都由學(xué)生（獨(dú)立或2、3人組合）自主完成，并由專(zhuān)業(yè)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)管理。為了更好地激發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮最大的能動(dòng)性，項(xiàng)目在指定時(shí)期內(nèi)完成后會(huì)組織集中答辯，評(píng)出一、二、三等獎(jiǎng)項(xiàng)實(shí)行獎(jiǎng)勵(lì)并頒發(fā)證書(shū)。通過(guò)自主設(shè)計(jì)與制作，極大地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和熱情，有效地培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性思維能力。學(xué)生們?cè)诠タ艘粋€(gè)個(gè)難關(guān)的過(guò)程中，不僅全面運(yùn)用了相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還廣泛查閱了資料來(lái)獲得書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)，大大鍛煉了實(shí)踐技能，并加強(qiáng)了與人溝通和團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力以及不怕困難、挑戰(zhàn)并戰(zhàn)勝困難的創(chuàng)新精神?？梢哉f(shuō)，實(shí)施數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目是一個(gè)非常有效的培養(yǎng)數(shù)控創(chuàng)新應(yīng)用能力的途徑。

2 實(shí)例分析

下面對(duì)一個(gè)實(shí)例作品——“世博徽璽”的設(shè)計(jì)及數(shù)控加工進(jìn)行介紹，旨在為數(shù)控實(shí)踐教學(xué)及數(shù)控加工工藝研究提供案例經(jīng)驗(yàn)與參考。

該作品不是純粹意義上的機(jī)械產(chǎn)品，而是帶有藝術(shù)品性質(zhì)的工件?？茖W(xué)與藝術(shù)是相輔相成的，如歐洲文藝復(fù)興時(shí)期的巨匠達(dá)·芬奇在繪畫(huà)、數(shù)學(xué)、建筑學(xué)、機(jī)械、軍事科學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面都有突出的成就，可謂是科學(xué)與藝術(shù)相融合的典范。事實(shí)上，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越成為科學(xué)、技術(shù)、美學(xué)的現(xiàn)代藝術(shù)結(jié)合品。通過(guò)對(duì)這類(lèi)藝術(shù)作品的設(shè)計(jì)，形象思維與邏輯思維共同作用，能更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。這種從心理、觀賞、審美功能出發(fā)，把形式、造型、意境結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步把材料、結(jié)構(gòu)、表面裝飾的組合形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷徝阑慕饘佼a(chǎn)品以及時(shí)空交換的信息流程，從根本上提高和加強(qiáng)了人才的知識(shí)素質(zhì)培養(yǎng)。

2.1 作品設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是一種造物活動(dòng)，設(shè)計(jì)過(guò)程的本質(zhì)在于啟發(fā)創(chuàng)造性思維、發(fā)揮創(chuàng)造力。

2.1.1 設(shè)計(jì)創(chuàng)意

眾所周知，玉璽是中國(guó)歷代帝王的印章。它不僅具有昂貴的外在價(jià)值，更有其非同尋常的內(nèi)涵——國(guó)之重器，可看作是國(guó)家的象征物。2010世博會(huì)在中國(guó)上海成功舉辦，為紀(jì)念此次世博會(huì)帶給世界的深遠(yuǎn)影響，特將具有中國(guó)古老文化特征的玉璽和現(xiàn)代意義上的世博會(huì)徽標(biāo)融合在一起，設(shè)計(jì)為一個(gè)小作品——“世博徽璽”，并用機(jī)械加工方法制成一個(gè)金屬物件制品，用以向世界表達(dá)——“只有民族的才是世界的”這一理念，同時(shí)也寄寓將此次成功的世博會(huì)“雋刻”在世界歷史上。

2.1.2 作品造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作品總體包括印章和底座兩部分。如圖1左所示，印章基體為具有正方形截面的扁長(zhǎng)方體，上部手柄外形設(shè)計(jì)成流線(xiàn)型的曲面，各棱邊均倒圓角。手柄設(shè)計(jì)既考慮了印章使用時(shí)的提拿方便和造型上的美觀大方，又要便于加工時(shí)的裝夾。如圖1右所示，印章體底面雕刻成2010世博會(huì)徽標(biāo)圖案的反相，所刻為陽(yáng)印，故四周留一帶圓角的邊框。如圖2所示，底座設(shè)計(jì)成方形雙層塔狀，為顯穩(wěn)定，下層邊緣比上層略寬。底座上表面有一合適深度的凹腔，以盛印章，并設(shè)計(jì)為與印章體間隙配合，以方便取拿印章?？傮w設(shè)計(jì)效果如圖3所示。

圖1 印章（左）與章面雕刻內(nèi)容（右）設(shè)計(jì)效果Fig. 1 The designed seal (left) and pattern (right)

圖2 底座設(shè)計(jì)效果Fig. 2 The designed bottom case

圖3 “世博徽璽”總體設(shè)計(jì)效果Fig. 3 The overall design result of the World Expo emblem seal

該作品的造型設(shè)計(jì)遵循了一些公認(rèn)的美學(xué)原則。印章體和底座均采用方形，符合中國(guó)傳統(tǒng)文化習(xí)慣，凸顯莊重和穩(wěn)定。底座設(shè)計(jì)成上小下大的兩層，中部凹進(jìn)，使其穩(wěn)重而不顯笨重。底座四邊都使用了凹圓弧面，避免了全部直線(xiàn)條形成的呆板。同樣，印章體雖然是以直線(xiàn)條為主的方形，但四周都用圓弧過(guò)渡，手柄的設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)化的“如意”形狀。簡(jiǎn)化既是為了適應(yīng)數(shù)控加工，又因?yàn)槠洳皇羌兯囆g(shù)品，所以形式簡(jiǎn)潔流暢，服從工藝與功能的需要。兩部件的各部分尺寸比例都經(jīng)過(guò)計(jì)算，符合最佳比例原則。這些設(shè)計(jì)基本符合了美學(xué)中的比例與尺度、均衡與穩(wěn)定、變化與統(tǒng)一等原則。

中國(guó)傳統(tǒng)美學(xué)強(qiáng)調(diào)整體意識(shí)，具體表現(xiàn)就是以“和”為美。所謂“和”就是將天、地、人、藝術(shù)看作一個(gè)生機(jī)勃勃的有機(jī)整體，要講究“萬(wàn)物的和諧”。藝術(shù)的使命就是反應(yīng)、展現(xiàn)、參悟這一事物的整體性。印章體在上，其棱角和手柄都采用外凸圓弧，具有隆起、騰達(dá)之勢(shì)，富有張力感，呈積極姿態(tài)，為“陽(yáng)”；底座在下，其內(nèi)凹弧面呈現(xiàn)被動(dòng)、接受的姿態(tài)，有降落、隱蔽、內(nèi)斂之勢(shì)，為“陰”。上下呼應(yīng)，合在一起渾然一體，呈現(xiàn)和諧之美。該設(shè)計(jì)結(jié)果給人的總體印象是：簡(jiǎn)練、自然、和諧。

2.2 零件的制作加工

考慮到現(xiàn)有材料和機(jī)床的可用性，本作品采用鋁合金方形坯料，在3軸數(shù)控立式銑床上完成加工制作?？傮w制作過(guò)程如下。

2.2.1 模型建立

利用三維造型功能強(qiáng)大的UG軟件，在其建模模塊中完成作品的三維造型設(shè)計(jì)，如前述圖1 ～ 圖3。在UG中進(jìn)行參數(shù)化建模，使得修改作品的外形與尺寸非常方便[2]。

2.2.2 工藝分析與加工方案制定

經(jīng)討論分析，確定加工路線(xiàn)和方案如下。

印章體可使用方形毛坯，平口鉗夾持，在數(shù)控銑床上裝夾兩次完成加工。首先，使用墊塊，用平口鉗夾持方料下部約6 mm高，將印章上部曲柄、平面和章體側(cè)面（除夾持部分外）銑削加工完成；再掉頭裝夾，用平口鉗夾住上部曲柄的兩側(cè)面（墊上銅皮以保護(hù)已加工表面），并用兩等高墊塊使章體部分凸出鉗口平面并承受向下的切削力。將印章體高度方向多余部分銑去，并得到精細(xì)平整的表面，以刻圖案。

印章圖案采用浮雕雕刻，四周銑削余量較大。為使圖案具有較強(qiáng)的立體感，采用平底銑刀加工，且深度不能太淺。圖案線(xiàn)條空間限制了刀具的大小，綜合考慮走刀空間與刀具強(qiáng)度的需要，先使用直徑Φ1的平底銑刀加工到1 mm深，使圖案大體呈現(xiàn)，然后針對(duì)未加工到的圖案局部空隙和文字部分，采用末端直徑為Φ0.2的30o錐度雕刻刀刻至0.3 mm深。

底座包括上下兩部分，無(wú)法在一次裝夾中加工完成。若采用分體加工則增加了裝配工作量，也使得結(jié)構(gòu)不緊湊，故采用一體加工完成。先將加工好的底座毛坯水平夾持在平口鉗上，加工底座上部?jī)?nèi)腔與外形；再分四次豎直裝夾在平口鉗上，分別加工四個(gè)側(cè)面，其中后兩個(gè)側(cè)面的加工對(duì)裝夾技術(shù)要求較高。

2.2.3 刀具選擇與切削用量確定

數(shù)控加工中，銑削平面零件內(nèi)外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀。該刀具有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：一是銑刀半徑RD應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑Rmin，一般取RD為(0.8 ～ 0.9)Rmin。二是零件的加工高度H小于(1/4 ～ 1/6)RD，以保證刀具有足夠的剛度。對(duì)于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤(pán)銑刀。該加工需選用平底刀、球頭刀和雕刻刀。

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度。確定合理的切削用量的目的是要生成具有最大材料切除率的數(shù)控程序，同時(shí)保持穩(wěn)定的切削狀態(tài)與要求的加工精度。一般確定切削用量要根據(jù)數(shù)控機(jī)床說(shuō)明書(shū)的規(guī)定和要求，以及刀具的耐用度去選擇和計(jì)算，也可以查閱相關(guān)手冊(cè)并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采用類(lèi)比法確定。具體為（1）主軸轉(zhuǎn)速n，根據(jù)允許的切削速度v和刀具直徑D選擇n為1 000v/(πD)，其中，切削速度v受刀具耐用度的限制；（2）背吃刀量，即切削深度，主要受機(jī)床、工件和刀具的剛度限制，在工藝剛度允許的情況下，盡可能加大切削深度，以減少走刀次數(shù)，提高加工效率；（3）進(jìn)給速度，是切削用量的主要參數(shù)，要根據(jù)工件加工精度、表面粗糙度要求、加工刀具及工件材料選取。

粗加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)刀具的切削性能和機(jī)床性能進(jìn)行選擇，盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具壽命。因此，選擇切削用量時(shí)應(yīng)首先選取盡可能大的背吃刀量；其次，根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性的限制條件，選取盡可能大的進(jìn)給速度；最后，根據(jù)刀具壽命要求，確定合適的切削速度。精加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面質(zhì)量選擇背吃刀量；其次，根據(jù)已加工表面的粗糙度要求，選取合適的進(jìn)給速度；最后在保證刀具壽命的前提下，盡可能選取較高的切削速度。

該零件的數(shù)控加工工藝規(guī)劃如表1。

表1 “世博徽璽”零件數(shù)控加工工藝表Tab. 1 the CNC machining process planning of the World Expo emblem seal

表1中的刀具材料均為高速鋼，其中主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度在實(shí)際加工中還可根據(jù)加工情況作適當(dāng)調(diào)整。

2.2.4 數(shù)控編程

本作品在數(shù)控加工中采用了自動(dòng)編程與手工編程相結(jié)合的辦法，對(duì)于加工余量多、層次多以及表面造型為曲面的部位，采用自動(dòng)編程，針對(duì)形狀單一的型腔和型面加工則采用手工編程[3]。

如印章手柄的加工，可利用UG的CAM功能，于加工模塊中創(chuàng)建刀具，建立加工坐標(biāo)系、毛坯幾何體和工件幾何體，分別選擇合適的加工方法并設(shè)置合適的加工參數(shù)來(lái)生成加工刀軌[4]，如圖4所示。印章底座下部的精加工刀軌及加工效果如圖5。

圖4 印章手柄的粗加工刀軌與模擬加工效果Fig. 4 The roughing tool paths and simulation result of the seal shank

圖5 底座下部的精加工刀軌與模擬加工效果Fig. 5 The finishing tool paths and simulation result of the bottom base

在UG中，刀軌生成后可進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化仿真，以檢查刀軌的正確性，從而修改調(diào)整各參數(shù)，進(jìn)行刀軌的編輯與重新生成。然后利用UG的后處理功能對(duì)刀軌進(jìn)行后置處理，生成所用機(jī)床可執(zhí)行的數(shù)控加工程序，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控自動(dòng)編程。

2.2.5 仿真加工

為保證加工程序的正確性，避免實(shí)際加工失誤，將所有加工程序都導(dǎo)入“宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)”進(jìn)行仿真加工驗(yàn)證。

2.2.6 機(jī)床加工零件加工在3軸立式數(shù)控銑床上完成。（1）毛坯加工

取兩塊鋁合金坯料，分別加工成110 mm×110 mm×28 mm的長(zhǎng)方體和80 mm×80 mm×48.2 mm的長(zhǎng)方體，前者用于加工成徽璽底座，后者用于加工印章體。加工時(shí)須保證長(zhǎng)方體各面相互之間的垂直度、平行度，同時(shí)要保證一定的尺寸精度和各面的表面精度。

（2）零件加工

按照表1的工藝安排，分別將已準(zhǔn)備好的各數(shù)控加工程序通過(guò)RS232數(shù)據(jù)線(xiàn)傳輸?shù)綌?shù)控銑床進(jìn)行加工，包括印章體加工、印章雕刻、底座上部和底座下部加工。

最后精加工完成的零件具有較高的精度和表面質(zhì)量，照片如圖6。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)及解決方法

本作品屬原創(chuàng)設(shè)計(jì)，沒(méi)有類(lèi)似的實(shí)物或者模型可以參考。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求達(dá)到好的外觀和協(xié)調(diào)的尺寸比例，因此需要使用UG軟件的參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行反復(fù)修改設(shè)計(jì)。

零件的加工部位很多，總的工序也多，且各工序之間有關(guān)聯(lián)，因此工序的安排很重要，需經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析確定。應(yīng)盡量使工序集中以減少裝夾次數(shù)，還要確保前面的加工不影響后續(xù)加工的裝夾[5]。

加工中需進(jìn)行多次裝夾，裝夾時(shí)必須保證定位精度。實(shí)際操作時(shí)每次裝夾都用相應(yīng)工具進(jìn)行校準(zhǔn)。

印章圖案為浮雕雕刻。為達(dá)到好的效果，采用平底刀銑削，但部分區(qū)域狹小無(wú)法進(jìn)刀，因此采用錐度雕刻刀補(bǔ)加工，雖然無(wú)法達(dá)到先前平底刀加工的深度，但最終加工出的圖案較清晰，達(dá)到了預(yù)計(jì)的效果，見(jiàn)圖6。由于刀小，強(qiáng)度差，加工中極容易發(fā)生斷刀，因此主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度要調(diào)整到合適，并保證及時(shí)充分地供給冷卻液。

底座下部的加工是分別按四個(gè)側(cè)面進(jìn)行凹槽銑削的。這四個(gè)凹槽最終要連成一圈，因此對(duì)于毛坯加工時(shí)各面的平行度和垂直度要求較高。另一方面，在零件數(shù)控加工時(shí)對(duì)刀的精度要求也很高。后加工的兩個(gè)側(cè)面在裝夾時(shí)容易出現(xiàn)偏斜，裝夾難度大，使用尺寸精確的墊塊加上合適的夾緊方法解決了這一問(wèn)題。

圖6 加工完成的作品總體外觀與印刻效果Fig. 6 The photos of the finished parts

3 結(jié)束語(yǔ)

“世博徽璽”的設(shè)計(jì)與制作包含了創(chuàng)新立意、藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、三維CAD建模技術(shù)、數(shù)控自動(dòng)和手工編程技術(shù)、數(shù)控加工方法及工藝的研究等，綜合性強(qiáng)。通過(guò)這樣一個(gè)完整的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與數(shù)控制造過(guò)程實(shí)踐，學(xué)生綜合運(yùn)用了相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，包括美學(xué)類(lèi)的跨學(xué)科知識(shí)、自主探索數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)，尤其是自動(dòng)編程軟件UG的CAD/CAM技術(shù)，不僅鍛煉了數(shù)控加工實(shí)操技能，而且很好地培養(yǎng)了創(chuàng)新與綜合實(shí)踐能力。本文的介紹對(duì)高職院校相關(guān)工程實(shí)踐教學(xué)有著重要的參考借鑒意義。

[1] 高琪, 劉中原, 萬(wàn)金貴. 在工程訓(xùn)練中創(chuàng)新實(shí)踐教育的探討[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010(10): 143-145, 165.

[2] 王衛(wèi)兵. UGNX5中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例導(dǎo)航視頻教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2007.

[3] 蔚京生, 唐平. 數(shù)控機(jī)床的編程技巧[J]. 機(jī)床與液壓, 2005(12): 199-200, 192.

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[5] 常利民. 數(shù)控加工工藝分析與研究[J]. 機(jī)械與電子, 2010(11): 93, 129.

Analysis of Comprehensive and Innovative Practice of Numerical Control Machining

WAN Jin-gui, ZHANG Fei, LI Bei-hua, GAO Qi
( Practical Center, Shanghai Second Polytechnic University, Shanghai 201209, P. R. China )

Practice teaching plays a very important role in cultivating highly skilled and applied talents in higher vocational education. In the last few years, the practice teaching reform of the engineering training has been explored and has got some effects. The project of comprehensive and innovative practice of NC machining plays a prominent role in developing students’ comprehensive practice capacity and innovative ability. This project is researched and improved. The significance and implementation of this project are discussed. Then, an example is introduced and analyzed. A creative works, which is called “2010 World Expo Emblem Seal”, is designed and manufactured with CNC machining techniques by students. The design and processing method of the parts is described in detail. And the process and technical difficulty are studied. In this example, the students mainly used the mechanical professional knowledge and cross-disciplined art and aesthetic knowledge. They studied and applied the 3D modeling, CNC machining processes and programming, and machining technologies. This project greatly develops the students’ creativity and comprehensive practical ability. It can provide some valuable experiences and references for NC practice teaching.

practice teaching; comprehensive and innovative practice; World Expo emblem seal; Numerical Control (NC) machining

TH16

A

1001-4543(2012)02-0121-06

2012-02-28;

2012-06-19

萬(wàn)金貴（1972－），女，湖南衡陽(yáng)人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)控加工技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，電子郵箱jgwan@pc.sspu.cn。

上海市教委大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（No. 2011-XJCX-025）