产教融合视域下剪切块零件的加工工艺研究

2019-10-11徐世东

职业 2019年9期

徐世东

摘要：产教融合是职业教育永恒的主题，实行“引企入教”是深化产教融合的关键切入点。本文立足数控专业的教学实际，通过与企业合作，发挥数控专业优势，带领学生将专业知识与企业生产结合，把企业典型的生产任务转化为教学项目——将企业的真实项目进行改进，解决了剪切块零件轮廓间干涉的问题，降低了刀具成本，建立了数控专业“产学结合、项目引领”的人才培养模式，实现了作品与产品对接，进一步提高了产教融合水平，为中小企业的技术改进和产品研发提供了助益。

关键词：产教融合数控专业教学项目

当地一家企业在生产制造平行同向双螺杆挤出机时，遇到了剪切块零件（剪切块零件是平行同向双螺杆挤出机的关键零件。挤出机是利用两个剪切块零件啮合过程中所产生的一定间隙来剪碎塑料颗粒，而剪碎后塑料颗粒的大小和均匀程度是衡量机器质量的重要指标）加工工艺改进的难题，为帮助该企业进行技术改进，笔者学校数控专业抓住深化“引企入教”教学改革的契机，将企业的这一项目引入课堂，把学校教学和企业实际需求结合起来，真正发挥产教融合的作用，让学生在学习到相应理论知识的同时还能够应用到工作实际中，并在此基础上进行创新，充分发挥校企双主体育人的作用，取得很好的教学效果。

一、企业剪切块零件存在的问题

企业在加工剪切块零件的过程中发现主要有以下几个方面问题需解决：生产效率不高，一个熟练工人（一台机床）一天只能生产3个零件;零件精度难以保证，由于零件外形轮廓曲线复杂，加工后零件精度难以保证，致使两个剪切块零件啮合后所产生的间隙达0.60mm，严重影响产品质量;材料硬度、韧度高，切削加工困难，刀具磨损严重。

二、工艺改进思路

可采用四轴加工，解决轮廓间干涉的问题，降低刀具成本，并在工艺、装夹和刀具等方面加以改进。

第一，剪切块为轴类零件，可采用平放装夹，为了增强在四轴上的加工刚性，在心轴上加一个顶尖。第二，由于装夹方法的改变，可以不用三面刃铣刀来加工，用普通立铣刀就能完成加工，这样就减少了刀具成本。第三，采用波刃铣刀来进行粗加工，该刀具在刃口后刀面上做出正弦曲线的形状，提高了刀具耐冲击性能，同时，切削时产生的铁屑为碎块状，可以不考虑刀具容屑槽容屑空间，从而最大限度地提高了刀齿强度，更适合于大余量粗加工重切削。第四，在四轴上加工零件轮廓曲线，生成的加工轨迹长短不受刀具大小影响，只受零件尺寸大小影响，加工效率明显提高。第五，在四轴上加工零件轮廓，轮廓位置精度只受工件装在四轴上的圆跳动精度影响，这个精度能保证在0.05mm之内，能满足加工要求，不需要多次装夹加工。

三、具体改进措施

通过产教融合模式，在校内生产性实训车间中，师生共同参与，通过对零件图和加工工艺的分析，共同探索，提出了一系列工艺改进措施。

1.芯轴制作

根据剪切块加工的需要，设计了芯棒与有内槽的花键，通过花键与芯棒的配合，再使用键固定，最后使用电焊进行固定。考虑到学校四轴机床三爪规格为160mm，最大能伸进工件外圆40mm;根据设计图纸，进行芯轴的加工成形。

2.花键套加工

根据芯轴与花键套配合简单计算，确定芯轴加工出一个键槽，花键套加工出一个带有一个键轮廓;最终把芯轴和花键套配合起来。

3.对刀块制作

零件采用四轴三爪装夹加工，在加工过程中存在装夹的问题，学生自行设计并加工出夹具。由于加工出来的剪切块圆弧面中心与零件花键槽中心有对称度要求，用普通加工方法很难达到这个要求。为保证对称度要求，学生设计制作了对刀块。

4.刀具的选择与刃磨

剪切块的材料是高速钢，牌号为W6Mo5Cr4V2，硬度、韧度很高，属于难加工材料，不容易斷屑，对刀具及切削用量的选择要求很高。经过学生实际加工验证，采用波刃铣刀更适合于大余量粗加工重切削;精加工用硬质合金立铣刀就能完成加工，提高了加工精度。

由于从市场上购买的刀具其刀刃不在同一平面，从内到外逐渐凸出，形成内凹形，在加工曲面时，由于不是整个刀面与加工面接触，而是刀刃一部分与加工面线接触，呈相切状态，所以加工出来的轮廓表面是凸形的。

根据上述理论分析，需要把刀具切削刃变成在同一平面内，可先在工具磨床上磨刀，达到这个要求，但刀具切削刃磨平后，后角也发生了变化，需要重新修整。经过试验，该后角可以通过金刚锉刀去修磨，达到加工要求。

5.四轴的工程序的编写及验证

剪切块零件四轴加工的程序编写相对复杂，手工难以完成，需要借助Edgecam软件编写剪切块零件的四轴加工程序。具体编程思路：先编出剪切块一联轮廓程序，分粗、精加工，再通过四轴角度坐标定义，来加工下一联轮廓，依次类推，通过用子程序的方法，把剪切块的三联轮廓程序全部串起来，三联轮廓需要定义三个坐标。最后通过Vericut仿真软件进行仿真加工。

第一，工件轮廓分析：圆周轮廓由8段圆弧组成，2段尺寸为42.5，2段尺寸为26.5，4段尺寸为71，尺寸为42.5与26.5的圆弧轮廓圆弧中心指向工件旋转中心，尺寸为71的圆弧轮廓圆弧中心不指向工件旋转中心，工件形状由3联相同的轮廓组成，但每联轮廓有一定的角度差。

第二，程序编写：采用EdgeCAM软件四轴旋转铣编程，这个软件是编程软件，而不是造型软件，先在CAXA制造工程师软件画出工件三维模型，可以只画一联模型，然后保存为IGS格式，转入EdgeCAM软件，进行四轴旋转铣编程，分粗加工、半精加工、精加工。利用CAXA制造工程师对工件三维模型绘制，完成剪切块零件的三维造型;然后EdgeCAM对工件四轴旋转铣编程加工，最后整理出程序。为了使剪切块1联与2联轮廓相差45°，可修改坐标角度，但剪切块零件每一联轮廓需要一个坐标，如是五联轮廓，那就需要5个坐标。最后，使用Vericut仿真软件进行仿真加工：通过软件进行程序模拟仿真验证，保证程序的准确性，排除工件加工时损坏。

6.零件加工及检测

（1）校正芯轴角度，保证内花键与工件的位置要求，并完成A轴对刀。把对刀块装到芯轴上，然后用百分表把对刀块的平面拉平，就能保证对称度要求。待对刀块平面拉平后，把A轴的角度存入坐标系中记入零点，就能保证零件上的花键槽中心与加工出来的剪切块圆弧面中心的对称度。

（2）对X、Y、Z三个方向进行对刀。修改坐标角度，使剪切块1联与2联轮廓相差45°，但剪切块零件每一联轮廓需要一个坐标，如是五联轮廓，那就需要5个坐标。

（3）试件加工，观察零件加工过程，加工出完整零件。

（4）用粗糙度仪检测零件实物表面粗糙度，分析各个尺寸精度測量，最终判断零件是否合格。

四、取得成效

通过剪切块零件的加工，使学生对知识进行了巩固学习，与企业实际生产紧密相连。学生在校就接触企业产品，将专业知识与企业生产融合一体，缩短了就业实习时融入企业的时间。教师从理论教学走向了实践生产应用，了解了地方企业前沿动态，提升了服务企业生产研发能力。把来料加工的典型生产任务转化为教学项目，不仅降低了实习材料成本，而且促进了数控专业的内涵建设。

具体而言，取得的成效有两个。首先，提高了生产效率，降低废品率，双螺杆挤出机精度明显提高，间隙从原先0.60mm减小到0.25mm。本产品在该企业中，年产值从原先的20万元增加到了近100万元，大大提高了生产效益。其次，客户使用了海益橡胶塑机厂改进工艺后生产的双螺杆挤出机，生产质量稳定，塑料颗粒剪碎后的尺寸明显变小，且颗粒大小稳定，得到了客户的广泛认可。