李旭

摘 ? 要：隨著國(guó)家大力發(fā)展職業(yè)教育，職業(yè)教育的發(fā)展方向也和企業(yè)有著密不可分的聯(lián)系，校企合作落到實(shí)處是關(guān)鍵。廈門市海滄區(qū)職業(yè)中專學(xué)校與企業(yè)合作的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合在產(chǎn)教融合的教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，闡述利用UG軟件設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單的工裝夾具，解決了加工企業(yè)產(chǎn)品中的實(shí)際問(wèn)題，也讓學(xué)生從中收獲了日常教學(xué)中學(xué)不到的知識(shí)。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)教融合;夾具;UG

引言

產(chǎn)教融合是新時(shí)代我國(guó)職業(yè)教育發(fā)展的重大戰(zhàn)略，是政府、相關(guān)行業(yè)等各方致力于推進(jìn)的工作重心之一，國(guó)家為此連續(xù)出臺(tái)一系列的綱領(lǐng)性文件推進(jìn)產(chǎn)教融合改革。黨的十九大報(bào)告中指出，建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)，要深化產(chǎn)教融合、校企合作，實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育內(nèi)涵式發(fā)展[ 1 ]。廈門市海滄職業(yè)中專學(xué)校大力響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，結(jié)合自身特點(diǎn)與廈門市鑫鵬工貿(mào)有限公司開(kāi)展產(chǎn)教融合活動(dòng)，讓學(xué)生更早的接觸企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，更好的與加工實(shí)際接軌，減少學(xué)用落差。在與企業(yè)的深度交流中，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際的產(chǎn)品加工中，企業(yè)都是用CAD/CAM軟件來(lái)輔助數(shù)控銑床完成零件的加工，這樣可以大大提高加工效率和降低加工難度。并且在實(shí)際加工中，所面臨的加工對(duì)象是不可預(yù)知的，而作為加工者本身要有應(yīng)變和處理突發(fā)事件的能力，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)和使用夾具幫助完成零件的加工。為了培養(yǎng)學(xué)生的這種處理問(wèn)題的能力，現(xiàn)在選取校企合作中的一個(gè)典型加工件，講述如何利用CAD/CAM軟件提高數(shù)控銑床的夾具設(shè)計(jì)制造能力。

1 ? 零件分析

1.1 ?零件加工工藝

該零件是混合活塞的其中一個(gè)部分，從圖1上我們可以看出，這個(gè)零件的加工工藝是：根據(jù)零件的外輪廓尺寸，選取尺寸合適的毛坯材料（本文選的毛坯尺寸是：φ56 mmX65 mm的圓棒料）;然后通過(guò)數(shù)控車床和線切割機(jī)床完成該零件的外形輪廓加工;最后完成空間孔的加工。

1.2 ?存在的問(wèn)題

根據(jù)零件的加工工藝分析，外形輪廓的部分是可以通過(guò)機(jī)床設(shè)備的通用夾具直接裝夾進(jìn)行加工出來(lái)的，但是對(duì)于尺寸φ7.5的空間維度的通孔，就沒(méi)有辦法通過(guò)普通通用夾具進(jìn)行裝夾加工了，而且這些空間孔并沒(méi)有在圖紙中顯示角度，常規(guī)的加工方法很難計(jì)算和加工出這些空間孔，如果選擇五軸機(jī)床加工此零件，因五軸機(jī)床價(jià)格昂貴，而且本學(xué)校和校企合作單位均沒(méi)有五軸機(jī)床設(shè)備，所以只能借助專用夾具來(lái)輔助進(jìn)行加工。

2 ?夾具的設(shè)計(jì)及加工

2.1 ?設(shè)計(jì)理念

根據(jù)零件的分析，所要設(shè)計(jì)的夾具是針對(duì)尺寸φ7.5的空間維度的通孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)模式，需要針對(duì)通過(guò)夾具裝夾進(jìn)行加工的零件上的元素，進(jìn)行尺寸和定位分析，并能夠確定該部分元素的輪廓尺寸和定位尺寸，然后再通過(guò)計(jì)算并繪制設(shè)計(jì)夾具的尺寸和形狀。但是，對(duì)于這空間維度的通孔，我們只知道孔的直徑為7.5 mm，所以最后是通過(guò)其他的位置尺寸，再借助UG軟件的“管”命令完成四個(gè)空間通孔的建模，然后將建模好的零件讓孔的中心線平行于坐標(biāo)Z軸放置，利用圖形中的零件圖素推導(dǎo)出夾具的形狀，最后用UG軟件的加工功能直接編輯程序并用數(shù)控機(jī)床加工出來(lái)。

2.2 ?設(shè)計(jì)步驟

（1）通過(guò)UG軟件中的“拉伸”和“旋轉(zhuǎn)”命令，對(duì)除了空間孔以外的其他部分進(jìn)行建模，具體如下：點(diǎn)擊菜單圖標(biāo)中的“插入”命令——選擇“草圖”——編輯“草圖”對(duì)話框并選擇YZ平面作為繪圖平面——根據(jù)零件圖尺寸繪制完成草圖，選擇點(diǎn)擊工具欄中的“旋轉(zhuǎn)”命令圖標(biāo)，在彈出的旋轉(zhuǎn)對(duì)話框中設(shè)置各參量，在“選擇曲線”選項(xiàng)中選擇之前草繪的曲線——“指定矢量”選擇Z軸，“指定點(diǎn)”選擇坐標(biāo)原點(diǎn)——點(diǎn)擊確定按鈕完成如圖2部分的建模;點(diǎn)擊工具欄中的“草圖”圖標(biāo)——在彈出的“草圖”對(duì)話框中選擇YZ平面作為繪圖平面——根據(jù)零件圖尺寸繪制完成草圖，選擇點(diǎn)擊工具欄中的“拉伸”命令圖標(biāo)，在彈出的旋轉(zhuǎn)對(duì)話框中設(shè)置各參量，在“選擇曲線”選項(xiàng)中選擇草繪的曲線——在“開(kāi)始和結(jié)束”限制方式中選擇“貫通”——在“布爾運(yùn)算”選項(xiàng)中選擇“減去”——點(diǎn)擊確定完成如圖3部分的建模;同樣通過(guò)繪制草圖和拉伸命令完成如圖4部分和圖5部分的建模，至此除孔以外的部分就建模完成。

（2）由于空間孔沒(méi)有給角度尺寸，所以只能借助其他位置尺寸來(lái)完成這些空間孔的建模;通過(guò)零件圖中所示的尺寸（11，9，11三個(gè)徑向位置尺寸和軸向位置尺寸11）確定四個(gè)空間孔中心點(diǎn)在上表面的位置，在通過(guò)零件圖中所示的尺寸（11，9，11三個(gè)徑向位置尺寸和軸向輔助位置尺寸16）確定這四個(gè)空間孔中心點(diǎn)在下表面的位置，這樣就可以上下表面相對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)進(jìn)行連線，確定四個(gè)空間孔的位置，然后再通過(guò)“管”命令完成上面四個(gè)空間孔的建模，具體如下：根據(jù)零件圖中的相關(guān)位置尺寸確定四個(gè)空間孔在上下表面的8個(gè)中心點(diǎn)位置——將相關(guān)中心點(diǎn)進(jìn)行兩兩連線，確定四個(gè)空間空的中心線——點(diǎn)擊工具欄的下拉“菜單”，選擇“插入”——“掃掠”——“管道”命令——在彈出的“管道”對(duì)話框中，“選擇曲線”選項(xiàng)中點(diǎn)選連好的中心線——在“橫截面”選項(xiàng)中設(shè)置外徑為7.5 mm，內(nèi)徑為0 mm——在“布爾”選項(xiàng)中選擇布爾求差，點(diǎn)擊“確定”完成一個(gè)空間孔的建模。以同樣的方法完成其余三個(gè)空間孔的建模，如圖6所示。

（3）利用UG軟件的分析功能和旋轉(zhuǎn)功能，將其中一個(gè)空間孔的軸線位置分別在XZ平面和YZ平面測(cè)量出來(lái)，并旋轉(zhuǎn)到與Z軸平行的方向（這樣做的目的是保證孔的軸線位置是垂直的，便于后續(xù)設(shè)計(jì)出來(lái)的夾具可以直接裝夾在機(jī)床的平口鉗上，進(jìn)行鉆孔加工），如圖7所示?？紤]到要加工的零件形狀相對(duì)復(fù)雜，所以采用分體式的組合夾具。由于夾具的核心作用就是限制被加工零件的自由度，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候也是優(yōu)先考慮從控制零件的自由度出發(fā)來(lái)完成這個(gè)夾具的設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)零件的主體形狀為一個(gè)圓柱體，所以應(yīng)用UG軟件對(duì)兩塊長(zhǎng)方體和建模好的零件進(jìn)行布爾運(yùn)算，建模出兩塊內(nèi)表面可以與零件配合的圓弧曲面的側(cè)板，這樣就解決了零件徑向（X向和Y向）移動(dòng)自由度和繞X軸、Y軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的控制;然后，由于鉆孔時(shí)刀具的進(jìn)給方向是由上至下的，無(wú)形中就給了工件一個(gè)向下的壓力，所以不必考慮零件沿Z軸向上移動(dòng)自由度的控制，要解決的自由度就剩下沿Z軸向下的移動(dòng)自由度和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的控制（這里所說(shuō)的X軸、Y軸、Z軸指的是以零件作為主體的坐標(biāo)系中的三個(gè)方向軸）。針對(duì)這兩個(gè)自由度，設(shè)計(jì)了一個(gè)斜邊平面做成一個(gè)V形凸起的楔形塊設(shè)計(jì)，這樣通過(guò)楔形塊的V形凸起部分與零件的V形槽部分配合，就限制了零件沿Z軸向下的移動(dòng)自由度和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的控制。最后，將夾具的兩塊側(cè)板、楔形塊以及零件，通過(guò)UG軟件裝配在一起，裁剪去多余的部分，就形成了如圖8所示的夾具模型。

（4）之所以選擇使用UG軟件，就是因?yàn)樗枪δ芊浅?qiáng)大的一款軟件，之前建模完成的夾具模型部件，可以通過(guò)其編程加工及后處理的功能，將零件加工的數(shù)控程序?qū)霐?shù)控機(jī)床，直接加工出成品，具體操作過(guò)程這邊不再贅述。拆解的夾具部件實(shí)物如圖9所示。

（5）將加工完成后的三個(gè)部件，通過(guò)三坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比圖形偏差，如偏差過(guò)大對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行微調(diào)修正，無(wú)誤后進(jìn)行裝配。裝配時(shí)將其中一塊側(cè)板固定于數(shù)控機(jī)床平口鉗固定鉗口邊，將中間的楔形塊部件固定于平口鉗下平面上（固定方式采用了在夾具部件上開(kāi)工藝孔，通過(guò)螺紋連接的方式進(jìn)行固定）;然后，利用數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)，使用千分表對(duì)固定于平口鉗上的夾具部件進(jìn)行打表校正，無(wú)誤后將銷釘插入定位孔中進(jìn)行定位;最后用同樣的方法將另外一塊側(cè)板安裝零件在平口鉗活動(dòng)鉗口上，并進(jìn)行校正定位，完成裝配。

3 ?零件的編程與加工

3.1 ?生成程序G代碼

將建模好的零件模型使用UG軟件打開(kāi)，并將當(dāng)前環(huán)境調(diào)整為后處理加工環(huán)境;由于選擇的毛坯是精坯，所以直接選用FINISH-WALLS模式，選擇要加工的部分，設(shè)置好加工參數(shù)，并根據(jù)輪廓形狀選擇合適的刀具，在UG軟件中進(jìn)行刀路模擬，確定無(wú)誤后將后處理的數(shù)控程序代碼導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床，完成除了四個(gè)空間維度孔之外的輪廓加工。

3.2 ?利用夾具加工

將上一步加工好的零件放入校正定位好的夾具中，因?yàn)榱慵?jīng)過(guò)幾個(gè)方向旋轉(zhuǎn)變成一個(gè)三維空間工件，很難找到定位的點(diǎn)作為工件坐標(biāo)原點(diǎn)，所以孔加工的坐標(biāo)系原點(diǎn)選擇在夾具的固定邊上，并通過(guò)四次裝夾完成這四個(gè)空間維度孔的加工，如圖10所示。

4 ?分析總結(jié)

4.1 ?技術(shù)層面

對(duì)于該零件的整個(gè)加工過(guò)程，體現(xiàn)了CAM軟件在夾具設(shè)計(jì)及加工中的特殊應(yīng)用。這套夾具的設(shè)計(jì)加工雖然存在一定不足之處，但考慮到這四個(gè)孔本身的精度要求并不是很高而且屬于小批量的產(chǎn)品，加上三坐標(biāo)測(cè)量加予管控還是可以滿足設(shè)計(jì)者的使用需求。并且，作為非標(biāo)加工常常會(huì)受限于設(shè)備等條件，例如此零件最佳方案應(yīng)該在五軸機(jī)床完成加工制造，但利用CAM軟件設(shè)計(jì)、編程的功能在一些空間問(wèn)題上起到事半功倍的應(yīng)用。

4.2 ?教學(xué)層面

本次夾具設(shè)計(jì)，雖說(shuō)設(shè)計(jì)的夾具的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其中包含的知識(shí)面還是比較廣的，學(xué)生在整個(gè)的實(shí)訓(xùn)過(guò)程中也學(xué)到了很多知識(shí)：

（1）在使用UG軟件進(jìn)行繪圖建模時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)繪制企業(yè)產(chǎn)品的零件，掌握和鞏固三維建模繪圖的內(nèi)容，并能夠更好的了解企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品，這個(gè)不是繪制書中例子所能夠?qū)W到的;

（2）在通過(guò)UG軟件繪制夾具的部件時(shí)，不僅可以讓學(xué)生掌握設(shè)計(jì)夾具時(shí)所涉及的自由度和如何定位的理論知識(shí)，也可以掌握平時(shí)用不到的命令（如：“管道”命令，這個(gè)命令正常書中是沒(méi)有提及的）;

（3）在加工零件和夾具的部件的時(shí)候，學(xué)生可以在整個(gè)過(guò)程中學(xué)習(xí)使用UG軟件進(jìn)行自動(dòng)編程加工的方法（由于中職生大部分還是教授手工編程，所以很多學(xué)生對(duì)于自動(dòng)編程還是比較陌生的）。

總之，通過(guò)與企業(yè)相互交流，產(chǎn)教融合，完善人才培養(yǎng)方案，才能更好地實(shí)現(xiàn)人才素質(zhì)的綜合提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程宇，董衍美. 新時(shí)代職業(yè)教育發(fā)展作為論[J]. 職業(yè)技術(shù)教育，2017（33）：23-26.