李旭
摘 要：随着国家大力发展职业教育，职业教育的发展方向也和企业有着密不可分的联系，校企合作落到实处是关键。厦门市海沧区职业中专学校与企业合作的实际出发，结合在产教融合的教学过程中遇到的问题，阐述利用UG软件设计一套简单的工装夹具，解决了加工企业产品中的实际问题，也让学生从中收获了日常教学中学不到的知识。
关键词：产教融合;夹具;UG
引言
产教融合是新时代我国职业教育发展的重大战略，是政府、相关行业等各方致力于推进的工作重心之一，国家為此连续出台一系列的纲领性文件推进产教融合改革。党的十九大报告中指出，建设教育强国，要深化产教融合、校企合作，实现职业教育内涵式发展[ 1 ]。厦门市海沧职业中专学校大力响应国家号召，结合自身特点与厦门市鑫鹏工贸有限公司开展产教融合活动，让学生更早的接触企业生产的产品，更好的与加工实际接轨，减少学用落差。在与企业的深度交流中，发现在实际的产品加工中，企业都是用CAD/CAM软件来辅助数控铣床完成零件的加工，这样可以大大提高加工效率和降低加工难度。并且在实际加工中，所面临的加工对象是不可预知的，而作为加工者本身要有应变和处理突发事件的能力，根据实际情况来设计和使用夹具帮助完成零件的加工。为了培养学生的这种处理问题的能力，现在选取校企合作中的一个典型加工件，讲述如何利用CAD/CAM软件提高数控铣床的夹具设计制造能力。
1 零件分析
1.1 零件加工工艺
该零件是混合活塞的其中一个部分，从图1上我们可以看出，这个零件的加工工艺是：根据零件的外轮廓尺寸，选取尺寸合适的毛坯材料（本文选的毛坯尺寸是：φ56 mmX65 mm的圆棒料）;然后通过数控车床和线切割机床完成该零件的外形轮廓加工;最后完成空间孔的加工。
1.2 存在的问题
根据零件的加工工艺分析，外形轮廓的部分是可以通过机床设备的通用夹具直接装夹进行加工出来的，但是对于尺寸φ7.5的空间维度的通孔，就没有办法通过普通通用夹具进行装夹加工了，而且这些空间孔并没有在图纸中显示角度，常规的加工方法很难计算和加工出这些空间孔，如果选择五轴机床加工此零件，因五轴机床价格昂贵，而且本学校和校企合作单位均没有五轴机床设备，所以只能借助专用夹具来辅助进行加工。
2 夹具的设计及加工
2.1 设计理念
根据零件的分析，所要设计的夹具是针对尺寸φ7.5的空间维度的通孔进行设计，按照传统的夹具设计模式，需要针对通过夹具装夹进行加工的零件上的元素，进行尺寸和定位分析，并能够确定该部分元素的轮廓尺寸和定位尺寸，然后再通过计算并绘制设计夹具的尺寸和形状。但是，对于这空间维度的通孔，我们只知道孔的直径为7.5 mm，所以最后是通过其他的位置尺寸，再借助UG软件的“管”命令完成四个空间通孔的建模，然后将建模好的零件让孔的中心线平行于坐标Z轴放置，利用图形中的零件图素推导出夹具的形状，最后用UG软件的加工功能直接编辑程序并用数控机床加工出来。
2.2 设计步骤
（1）通过UG软件中的“拉伸”和“旋转”命令，对除了空间孔以外的其他部分进行建模，具体如下：点击菜单图标中的“插入”命令——选择“草图”——编辑“草图”对话框并选择YZ平面作为绘图平面——根据零件图尺寸绘制完成草图，选择点击工具栏中的“旋转”命令图标，在弹出的旋转对话框中设置各参量，在“选择曲线”选项中选择之前草绘的曲线——“指定矢量”选择Z轴，“指定点”选择坐标原点——点击确定按钮完成如图2部分的建模;点击工具栏中的“草图”图标——在弹出的“草图”对话框中选择YZ平面作为绘图平面——根据零件图尺寸绘制完成草图，选择点击工具栏中的“拉伸”命令图标，在弹出的旋转对话框中设置各参量，在“选择曲线”选项中选择草绘的曲线——在“开始和结束”限制方式中选择“贯通”——在“布尔运算”选项中选择“减去”——点击确定完成如图3部分的建模;同样通过绘制草图和拉伸命令完成如图4部分和图5部分的建模，至此除孔以外的部分就建模完成。
（2）由于空间孔没有给角度尺寸，所以只能借助其他位置尺寸来完成这些空间孔的建模;通过零件图中所示的尺寸（11，9，11三个径向位置尺寸和轴向位置尺寸11）确定四个空间孔中心点在上表面的位置，在通过零件图中所示的尺寸（11，9，11三个径向位置尺寸和轴向辅助位置尺寸16）确定这四个空间孔中心点在下表面的位置，这样就可以上下表面相对应的中心点进行连线，确定四个空间孔的位置，然后再通过“管”命令完成上面四个空间孔的建模，具体如下：根据零件图中的相关位置尺寸确定四个空间孔在上下表面的8个中心点位置——将相关中心点进行两两连线，确定四个空间空的中心线——点击工具栏的下拉“菜单”，选择“插入”——“扫掠”——“管道”命令——在弹出的“管道”对话框中，“选择曲线”选项中点选连好的中心线——在“横截面”选项中设置外径为7.5 mm，内径为0 mm——在“布尔”选项中选择布尔求差，点击“确定”完成一个空间孔的建模。以同样的方法完成其余三个空间孔的建模，如图6所示。
（3）利用UG软件的分析功能和旋转功能，将其中一个空间孔的轴线位置分别在XZ平面和YZ平面测量出来，并旋转到与Z轴平行的方向（这样做的目的是保证孔的轴线位置是垂直的，便于后续设计出来的夹具可以直接装夹在机床的平口钳上，进行钻孔加工），如图7所示。考虑到要加工的零件形状相对复杂，所以采用分体式的组合夹具。由于夹具的核心作用就是限制被加工零件的自由度，所以在设计的时候也是优先考虑从控制零件的自由度出发来完成这个夹具的设计。首先，根据零件的主体形状为一个圆柱体，所以应用UG软件对两块长方体和建模好的零件进行布尔运算，建模出两块内表面可以与零件配合的圆弧曲面的侧板，这样就解决了零件径向（X向和Y向）移动自由度和绕X轴、Y轴旋转的转动自由度的控制;然后，由于钻孔时刀具的进给方向是由上至下的，无形中就给了工件一个向下的压力，所以不必考虑零件沿Z轴向上移动自由度的控制，要解决的自由度就剩下沿Z轴向下的移动自由度和绕Z轴旋转的转动自由度的控制（这里所说的X轴、Y轴、Z轴指的是以零件作为主体的坐标系中的三个方向轴）。针对这两个自由度，设计了一个斜边平面做成一个V形凸起的楔形块设计，这样通过楔形块的V形凸起部分与零件的V形槽部分配合，就限制了零件沿Z轴向下的移动自由度和绕Z轴旋转的转动自由度的控制。最后，将夹具的两块侧板、楔形块以及零件，通过UG软件装配在一起，裁剪去多余的部分，就形成了如图8所示的夹具模型。
（4）之所以选择使用UG软件，就是因为它是功能非常强大的一款软件，之前建模完成的夹具模型部件，可以通过其编程加工及后处理的功能，将零件加工的数控程序导入数控机床，直接加工出成品，具体操作过程这边不再赘述。拆解的夹具部件实物如图9所示。
（5）將加工完成后的三个部件，通过三坐标进行检测，对比图形偏差，如偏差过大对相关零部件进行微调修正，无误后进行装配。装配时将其中一块侧板固定于数控机床平口钳固定钳口边，将中间的楔形块部件固定于平口钳下平面上（固定方式采用了在夹具部件上开工艺孔，通过螺纹连接的方式进行固定）;然后，利用数控机床的移动，使用千分表对固定于平口钳上的夹具部件进行打表校正，无误后将销钉插入定位孔中进行定位;最后用同样的方法将另外一块侧板安装零件在平口钳活动钳口上，并进行校正定位，完成装配。
3 零件的编程与加工
3.1 生成程序G代码
将建模好的零件模型使用UG软件打开，并将当前环境调整为后处理加工环境;由于选择的毛坯是精坯，所以直接选用FINISH-WALLS模式，选择要加工的部分，设置好加工参数，并根据轮廓形状选择合适的刀具，在UG软件中进行刀路模拟，确定无误后将后处理的数控程序代码导入数控机床，完成除了四个空间维度孔之外的轮廓加工。
3.2 利用夹具加工
将上一步加工好的零件放入校正定位好的夹具中，因为零件经过几个方向旋转变成一个三维空间工件，很难找到定位的点作为工件坐标原点，所以孔加工的坐标系原点选择在夹具的固定边上，并通过四次装夹完成这四个空间维度孔的加工，如图10所示。
4 分析总结
4.1 技术层面
对于该零件的整个加工过程，体现了CAM软件在夹具设计及加工中的特殊应用。这套夹具的设计加工虽然存在一定不足之处，但考虑到这四个孔本身的精度要求并不是很高而且属于小批量的产品，加上三坐标测量加予管控还是可以满足设计者的使用需求。并且，作为非标加工常常会受限于设备等条件，例如此零件最佳方案应该在五轴机床完成加工制造，但利用CAM软件设计、编程的功能在一些空间问题上起到事半功倍的应用。
4.2 教学层面
本次夹具设计，虽说设计的夹具的结构相对简单，但其中包含的知识面还是比较广的，学生在整个的实训过程中也学到了很多知识：
（1）在使用UG软件进行绘图建模时，学生可以通过绘制企业产品的零件，掌握和巩固三维建模绘图的内容，并能够更好的了解企业所生产的产品，这个不是绘制书中例子所能够学到的;
（2）在通过UG软件绘制夹具的部件时，不仅可以让学生掌握设计夹具时所涉及的自由度和如何定位的理论知识，也可以掌握平时用不到的命令（如：“管道”命令，这个命令正常书中是没有提及的）;
（3）在加工零件和夹具的部件的时候，学生可以在整个过程中学习使用UG软件进行自动编程加工的方法（由于中职生大部分还是教授手工编程，所以很多学生对于自动编程还是比较陌生的）。
总之，通过与企业相互交流，产教融合，完善人才培养方案，才能更好地实现人才素质的综合提升。
参考文献：
[1] 程宇，董衍美. 新时代职业教育发展作为论[J]. 职业技术教育，2017（33）：23-26.
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