[摘 要]利用立式加工中心设备，设计综合试切件实训课题，通过完成对该零件加工，可以将加工中心各单项实训课题有机的结合起来，整合为综合实训课题。这样既满足数控机床操作实训练习具有针对性的要求，又通过对该工件的检测了解机床精度，并在完成加工的过程中进一步掌握各加工工序的重点和难点，较全面地掌握立式加工中心操作过程的主要实训内容，从而达到实训目的。通过综合试切件实训课题的设计降低了实训成本，提高了教学质量。
[关键词]立式加工中心 综合试切件课题设计
一、概述
数控专业是我校的一个新型专业，它作为我校的重点发展专业之一，学校各级领导极其重视，在实训基地的建设上，投入了很大的资金，给与了很大的支持，从各类机床的配置到教师的培训我校都在有条不紊地进行。我作为第一批走上数控一体化教学的教师，在人才培养过程中，认识到操作技能的掌握是一个至关重要的关键环节。我们在理论与技能操作训练融为一体的教学中，通过引入项目教学，过程教学等模式，开发出了综合实训课题，这样既提高了学生学习兴趣和学习质量，又节省了材料消耗。从而实现教学与实训有机的结合，达到教学目的。
二、综合实训课题的设计的指导思想
立式加工中心机床是数控设备中功能较多、自动化程度相对较高的一种先进加工设备。其控制系统结构复杂，操作功能，编程指令繁多，致使其单项操作练习项目多，实训时间长，学习难度大。如何解决这个问题呢？通过多次的实训，我们摸索出一种项目教学的方法，即把各单项实训操作项目之间有机地衔接起来，多项功能统一编程，整合应用，形成综合加工能力。这也是操作实训中的重点和难点。该方法符合教育特征的实训要求，并能兼顾教学大纲和降低实习经费。因此我们在制定项目教学中的指导思想是：立足校内打基础，综合设计试切件，项目教学重应用，过程引导求实效。
三、立式加工中心综合实训项目方案设计
针对立式加工中心工作状态和运行模式，设计一个最大程度涵盖其各项加工能力的典型结构件，作为立式加工中心机床操作综合实训的试切件。遵循由简单运动→复杂运动，由单向功能→多项功能的认识规律，通过单项操作局部循环逐步延伸到完整程序控制加工试切件。如图所示：设计一个集“方形→六边形→圆形→椭圆形→腰孔→镗孔加工于一体的结构件，将加工中心机床的加工工艺设计与应用、编程设计与测试环节，通过试切件加工过程串联起来，完成一个完整零件的加工过程，最后通过对试切件的精度检测，记录加工过程中的有关参数与原始数据进行对比，达到检验立式加工中心机床的性能及工作精度状况的教学目的。在为期两周的实训周期内，让学生基本掌握立式加工中心机床的操作、加工工艺设计、编程设计、机床工作精度及可靠性检验等环节，从而提高学生实习时训的综合成效。
四、工艺装备与教学计划
1、V1050D立式加工中心数控机床；数控系统：FANUC-0i;
2、综合试切件：LY12CJ铝材 尺寸150×150×50
3、刀具：硬质合金端面铣刀、中心钻、钻头、硬质合立铣刀、键槽铣刀、镗刀
4、夹具：平口钳、压板、倒头螺钉
5、量具：角尺、刀口尺、游标卡尺、内径千分尺、三坐标测量仪
综合实训教学计划
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1 |
实训项目 |
实训内容及要求 |
学时 |
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操作入门及安全教育 |
三大规程，手动方式高、中、低速进给，快速驱动、停止、点动的平稳性、可靠性 |
4 |
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3 |
加工工艺设计 |
分析综合件加工技术要求，确定方案及刀具、家具选择，切削用量 |
8 |
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4 |
数控编程设计 |
铣削方形→六边形→圆形→椭圆形→腰孔→镗孔等工序设计，具有局部循环、宏程序、刀库自动运行等项目 |
6 |
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5 |
程序输入与试运行检测 |
刀具轨迹仿真，控制面板操作功能运行，刀库换刀功能测试 |
8 |
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6 |
综合件加工操作 |
工件、夹具定位；毛坯粗加工；中心孔；六方及圆的加工；曲面的加工，腰孔加工，镗孔加工
注意观察加工过程与程序是否符合；参数设计是否合理；钻孔、镗孔结束时，与工件表面的位置 |
24 |
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7 |
工件加工精度检测 |
检测方法与步骤 |
6 |
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8 |
综合实训报告 |
操作实训总结，综合件结果分析，机床精度分析 |
4 |
五、精度及工艺分析
（一）精度分析及有关计算
（1）尺寸精度
精度要求较高的尺寸主要有：中心距130±0.02，深度尺寸
， 直径尺寸： 
对于尺寸精度要求，主要通过加工过程中的精确对刀；正确选 用刀具磨损量和正确选用合适的加工工艺等措施来保证。
（2）形位精度
主要的形位精度有：正六边形与工件侧面的平行度；ф55的轴线与底面的垂直度要求。对于形位精度要求，主要通过工件在夹具中的正确安装找正、钻中心孔等措施来保证。
(3)表面粗糙度
所有外形铣削的表面粗糙度要求均为六边形侧面Ra1.6，球体表面Ra3.2。对于表面粗糙度要求，ф55的孔壁表面粗糙度Ra1.6，主要通过选用正确的粗、精加工路线，选用合适的切削用量等措施来保证。
（4）数值计算
难点是SR70曲面的加工。而此曲面与正六边形的相交面的直径与圆心位置需通过数值计算。
如图所示已知OC=OB=OF=70，AB=27.5，AD=24求CD与OD的长度以及圆弧任意截面的表达方式。
解：OA= √（702-27.52)= 64.37
OD= OA-AD=64.37-24=40.33
CD= √(70)2-（40.33)2=57.21
任意截面EF长度的表达式EF= √（70）2-(40.37+DE)2
（5）宏程序编程思路
在一般的程序编制中程序字为一常量，一个程序只能描述一个几何形状，是不能变化的。但宏程序则可以使用变量，通过对变量进行赋值及处理的方法达到程序功能。利用这种功能，可以使编程者通过设定变量对刀具轨迹或轨迹中的刀具位置作出规定。使程序具有可变性。当然，并不是说宏程序可以替代现代自动编程软件的功能。但通过宏程序在加工中的应用，可以使程序更加具有灵活性和通用性，使程序的结构更加合理化，使加工路径更加优化，从而达到提高生产效率的目的。
本例中对曲面的加工需采用宏程序。思路如下：作与Z平面的平行于曲面相切可得一个整圆。因此可将曲面看成一串在Z向变半径的整圆，刀具只要在不同的高度执行圆弧切削指令即可。
（二）确定加工工艺
1、选择加工方法
1） 150X150 X50的表面粗糙度为Ra3.2，上下面可选用面铣刀粗铣---精铣方案。侧面可用立铣刀粗铣---精铣方案。
2) 加工工件正六边形凸台和圆柱形凸台（圆柱直径尺寸可见数值计算），选用立铣刀粗—精方案，保证Ra1.6。
3） 加工 的中心孔方案分析
加工方案的选择：首先，所有的都是在实体上加工，为避免钻偏，需先用中心钻引正孔，然后再钻孔。其次，内孔表面的加工方案在很大程度上取决于尺寸精度和粗糙度Ra值。精度较高，粗糙度值较小，一般不能一次加工到尺寸，尤其是直径在ф30~ф80mm的孔分为两次加工，先用（0.5~0.7）D的钻头钻孔，然后再用D的钻头扩钻。可以减少切削深度、轴向力及切削热等引起的变形，从而提高零件的钻孔精度。对于该孔的精度要求较高，粗糙度Ra1.6值较小，且有垂直度的要求，为保证加工要求，一方面通过提高装夹精度，保证其形位公差的要求；另一方面，根据不同的设计和实际的加工设备及加工条件、成本，可以采用多种加工方案来保证。
4）SR70曲面的加工，采用等高粗—精加工的方法完成，在采用等高精加工时球面中部刀纹较粗糙，可通过缩小行距进行弥补。
由于曲面加工较复杂，借助于CAXA自动编程软件完成。
七、结束语
通过采用综合试切件操作，有两个显著的体会 ：
1、如果对立式加工中心机床地掌握达不到多项功能、综合运用的整体把握，就等于没有掌握该设备的正确操作，也无法发挥设备的整体优势，造成资源的浪费；严重的可能还会产生操作失误甚至故障，先进设备的使用性将大打折扣。
2、如果不对加工后的工件进行精度检测，就无法了解立式加工中心机床的工作精度；没有质量意识的加工操作，不熟悉影响数控加工精度因素的操作练习是不完整的技能训练，学生专业知识结构不完整，即使走到工作岗位也仍然缺乏专业自信。
开发设计综合实训项目，正是为了满足操作实训综合练习的需要，达到提高数控专业学生操作技能的目的，合理使用实训经费而设计的，这只是我们工作中的一部分，其他单位肯定有许多卓有成效的实训方法，我们愿向他们学习，共同探索职业教育教学改革的新途径。
