复杂部件数控多轴联动加工技术赛项在多轴课程中的应用探究

［摘           要］  数控多轴联动加工技术是当前制造业中重要的技术之一，而复杂部件数控多轴联动加工技术又是该领域中的难点问题。以长沙航空职业技术学院数控专业课程多轴数控加工技术为例，研究了近三年全国职业技能大赛复杂部件数控多轴联动加工技术赛项样题，并将口罩机的主动轮和从动轮作为项目载体融入课程改革中，主要以定轴铣削和曲线驱动方法为主，培养学生的定轴铣削及多轴编程加工的能力，为后续多轴加工项目奠定基础。同时，结合该课程的特点和人才培养方案，进行课程的项目重组，优化多轴课程教学改革探究。

［关    键   词］  复杂部件数控多轴联动加工技术赛项；口罩机；多轴课程教学改革

［中图分类号］  G712                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2023）14-0143-04

一、背景介绍

近年来，随着制造业的不断发展和技术的不断提升，数控技术也得到了广泛的应用。其中，数控多轴联动加工技术是当前制造业中的重要技术之一，其可以实现对复杂零部件的精确加工，提高生产效率和产品质量。

然而，复杂部件数控多轴联动加工技术中仍然存在一些难点问题，如加工精度、加工效率以及程序编写等方面的问题。为了培养能够胜任这类加工任务的人才，相关院校应该加强数控多轴联动加工技术的教学，并将其与实践相结合，提高学生解决实际问题的能力。

近三年来，全国职业技能大赛复杂部件数控多轴联动加工技术赛项的样题都是以口罩机为载体。因此，本文以我校数控专业课程多轴数控加工技术为例，研究了复杂部件数控多轴联动加工技术在多轴课程中的应用，并优化了多轴课程教学改革。

二、复杂部件数控多轴联动加工技术赛项样题分析

（一）加工难度较大

该样题的加工难度较大，需要采用数控多轴联动加工技术才能完成。这种高级加工技术涉及定轴铣削和曲线驱动方法等多种加工方式的组合使用，需要选手具备较高的数控编程、操作和维护能力。

口罩机作为一个关键部件较为复杂，需要精密加工才能保证其质量和性能。其中，口罩机的主动轮和从动轮是核心部件之一，它们的加工非常重要。由于主动轮和从动轮的形状比较复杂，不同面之间的角度和曲率变化也很大，单纯的定轴铣削和曲线驱动方法都无法满足精密加工的要求，需要采用数控多轴联动加工技术来实现高精度加工。

在数控多轴联动加工中，选手需要根据加工图纸制订相应的数控程序，设定各个轴的运动参数，并根据实际情况进行多次调整。对于主动轮和从动轮的加工，选手需要结合定轴铣削和曲线驱动方法，采用多种加工方式，如三轴联动、四轴联动和五轴联动等，来完成不同形状的加工。

在实际操作过程中，选手需要非常注重细节，例如，确定切削速度、进给速度、转速和刀具的选择等，以确保加工效果。同时，还需要经常检查加工质量，如表面光洁度、尺寸精度和形位公差等，及时调整数控程序和机床参数，避免出现偏差和误差。

（二）加工程序涉及多轴编程和曲线驱动方法

口罩机多轴联动加工技术需要使用多轴编程和曲线驱动方法，是高级数控加工技术的代表之一。这种技术需要学生具备一定的数控编程和操作技能，才能够完成精准、高质量的加工过程。因此，在教学中，应注重培养学生的实践能力和对技术的深入理解。

首先，多轴编程是指将工件沿不同轴向运动，使其达到预定位置和姿态的过程。在口罩机多轴联动加工技术中，选手需要根据加工图纸制订相应的数控程序，设定各个轴的运动参数，并根据实际情况进行多次调整。这就要求学生对数控系统的基本知识有一定的了解，并且能够熟练地使用数控编程软件进行编程。同时，也需要学生具备较强的数学和物理知识，以便正确计算轴的运动参数和精确掌握加工过程。

其次，曲线驱动方法是通过在机床上进行的任意轨迹加工，实现对复杂形状工件的加工。在口罩机多轴联动加工技术中，曲线驱动方法常用于加工工件的曲面和特殊形状，需要选手精确地掌握机床坐标系、刀具半径等参数，以确保加工精度。这就要求学生具备良好的空间想象能力和手眼协调能力，在操作中能够灵活运用曲线驱动方法完成复杂形状工件的加工。

（三）加工精度要求高

该样题的加工精度要求高，需要选手具备一定的加工技能和精度控制能力。口罩机作为关键部件，其加工精度对整个机器的性能和质量有着直接的影响。因此，在数控多轴联动加工技术中，选手需要在实际操作中注重加工精度的控制，以达到预期的加工效果。

首先，选手需要具备一定的加工技能。在数控多轴联动加工技术中，选手需要根据加工图纸进行程序编写，并设定各种机床参数，如切削速度、进给速度、转速和刀具半径等，以确保工件能够按照要求的形状和尺寸加工。同时，在加工过程中，选手需要灵活运用各种加工技巧，如定轴铣削和曲线驱动方法等，以适应不同形状和尺寸工件的加工需求。

其次，选手需要具备精度控制能力。在数控多轴联动加工技术中，精度控制是保证加工质量的重要手段之一。选手需要仔细检查机床坐标系、刀具偏置和工件参考点等参数，以确保加工精度的稳定性和精确性。同时，选手需要注重刀具轨迹与加工图纸之间的对比，及时发现和修正偏差，以避免对工件加工质量的影响。除此之外，选手还需要密切关注机床润滑、冷却和除尘等系统的运行情况，以确保整个加工过程的顺畅和稳定。

基于以上结论，可以将该样题作为教学实践的载体，将其与数控多轴联动加工技术的教学相结合，提高学生的实践操作能力和解决问题的能力。

三、口罩机多轴联动加工技术在多轴课程中的应用探究

（一）口罩机多轴联动加工技术的应用

口罩机是当下非常重要的生产设备。要实现高效、稳定地生产，需要对其关键部件进行复杂加工，而数控多轴联动加工技术正是可以满足这种要求的一种高级加工技术。

1.定轴铣削

定轴铣削是一种数控加工方式，它是指在加工过程中沿着一个或多个固定坐标轴进行铣削。这些固定坐标轴包括X、Y、Z三个方向，可以根据需要增加其他方向。定轴铣削适用于直线、平面以及简单曲面等形状的工件。

在定轴铣削时，需要通过程序设置刀具的运动轨迹和转速，以实现对工件的加工。首先，需要将工件放置在机床工作台上并夹紧。其次，设置好机床坐标系和刀具偏置，并编写加工程序，确定工件的加工轮廓和深度等参数。最后，根据程序设定好切削速度、进给速度、转速和刀具半径等参数，并启动机床进行加工。

在加工过程中，机床按照预设的程序进行刀具路径运动，刀具沿着X、Y、Z三个方向移动，对工件进行切削。在切削过程中，需要注意保持加工稳定性和精度，避免产生振动和毛边等缺陷。同时，还需要注意机床润滑、冷却和除尘等系统的运行情况，以确保加工效率和质量。

2.曲线驱动方法

曲线驱动方法是一种数控加工方式，它可以实现对复杂形状工件的加工。曲线驱动方法可以分为点切削和线切削两类。

点切削是指在工件表面的特定点进行切削，通常用于雕刻等细节加工。在点切削中，选手需要根据工件的形状和加工需求，编写合适的程序，确定刀具运动轨迹和运动速度等参数。除此之外，还需要选择合适的刀具和切削参数，以确保加工效率和质量。

线切削是指沿着工件表面的特定线进行切削，可以实现复杂曲面的加工。在线切削中，选手需要将工件的曲面数据转换成数学模型，并将其转化为机床系统可以识别的程序代码。然后，选手需要编写相应的程序，确定刀具运动轨迹和运动速度等参数，以实现对工件的精细加工。

曲线驱动方法需要选手具备一定的数控编程和操作技能。首先，选手需要了解各种数控编程语言和软件，熟悉G代码和M代码等基本指令。其次，选手需要掌握数控机床的基本操作方法和功能，如坐标系设定、刀具设定、速度设定等。最后，选手需要根据工件形状和材质选择合适的刀具和切削参数，以确保加工效率和质量。

3.定轴铣削和曲线驱动互相结合

口罩机的生产加工需要高精度和高效率，而多轴联动加工技术可以实现对口罩机关键部件的加工。在口罩机多轴联动加工技术中，定轴铣削和曲线驱动方法可以互相结合，实现对口罩机关键部件的加工。

例如，对于口罩机的熔喷布成型模具，可以采用定轴铣削的方法先将其基础部分加工出来，然后采用曲线驱动方法加工更为复杂的曲面部分。具体而言，选手可以通过定轴铣削方法先将模具的基础部分进行加工，包括平面、直线和简单曲面等形状。在此基础上，选手可以再采用曲线驱动方法，通过数控编程和操作技能，将工件的曲面数据转换成数学模型，并将其转化为机床系统可以识别的程序代码。接着，选手可以编写相应的程序，确定刀具运动轨迹和运动速度等参数，以实现对工件的精细加工。

这种定轴铣削和曲线驱动方法的结合，既保证了加工精度，又提高了加工效率。定轴铣削可以实现对基础部分的加工，使得曲线驱动加工的难度降低，同时也能提高加工精度和效率。而曲线驱动加工可以实现对复杂曲面形状的加工，使得口罩机成型模具的质量更加优良。

4.其他方法

除了定轴铣削和曲线驱动方法之外，口罩机多轴联动加工技术还需要涉及其他方面的知识和技巧。

首先，选手需要学习如何选择合适的切削参数。在口罩机多轴联动加工中，选手需要根据不同的加工材料和形状选择合适的刀具和切削参数，以实现对工件的高质量加工。这包括切削速度、进给速度、转速、切削深度等参数的选择和设定。

其次，选手需要学习如何设置轴向运动和转速。在口罩机多轴联动加工中，选手需要根据工件的形状和加工需求，灵活控制各个轴向的运动和转速，以确保刀具能够沿着预定路径移动，实现对工件的高精度加工。

再次，选手还需要学习如何使用各种测量仪器。在加工过程中，选手需要随时检查工件的尺寸和形状，以确保加工精度和质量。为此，选手需要熟悉各种测量仪器的使用方法，如卡尺、游标卡尺、高度计、投影仪等。

最后，选手还需要具备良好的空间想象能力和动手能力。在实际加工中，选手需要根据工程图纸或3D模型，将其转化为数控编程代码，并在机床上进行相应的操作。这需要选手有较强的空间想象能力和动手能力，以便快速、准确地完成加工任务。

（二）口罩机多轴联动加工技术在多轴课程中的应用

随着现代制造业的发展，多轴数控加工技术在工业生产中的应用越来越广泛。然而，由于教学内容不够丰富，一些学生往往难以真正理解和掌握这种高级加工技术。因此，有必要将口罩机多轴联动加工技术作为多轴课程的重点，通过实际操作帮助学生更好地理解和掌握多轴数控加工技术。

口罩机是一种常见的制造业产品，其生产需要高精度、高效率的加工技术。在口罩机多轴联动加工技术中，定轴铣削和曲线驱动方法是两种常用的加工方式。因此，将口罩机作为项目载体融入多轴数控加工技术课程中，可以有效提高学生对这些加工方式的理解和掌握水平。

1.教学过程

首先，可以介绍口罩机的主动轮和从动轮。主动轮是指能够主动旋转以驱动加工刀具的部件，而从动轮则是指不能主动旋转，但能够被主动轮牵引运动的部件。通过介绍这些部件，可以让学生初步了解口罩机多轴联动加工技术的基本原理和加工流程。