数控仿真软件在教学中的应用举例

数控仿真软件在教学中的应用举例

涂莉娟

昆明高级技工学校 650033

摘要：数控加工仿真软件是利用计算机来模拟实际加工的过程，是验证数控加工程序和切削过程正确性的常用工具。教学过程中为了缓解学生多、数控设备少的矛盾，很多职业学校利用仿真加工软件进行数控加工的编程与操作训练，这样可迅速提高操作者的技能，而且安全可靠、费用低。应用数控加工模拟仿真软件，可以激发学生学习数控的积极性，来提高教学和实训的效果，解决了实训中存在的一些问题。

关键词：数控 仿真软件 教学 应用

数控技术专业课程内容对于学生来说比较抽象、陌生，难以理解、教师用语言不易描述、某些规律难以捕捉、需要学生反复的练习学习内容等，教师费时费劲，教学效果也不太乐观。加之实习学生人数的增多，及数控设备较为精密、昂贵的特点，把数控仿真软件引入教学之中，能大大提高教学的质量，弥补师资的缺憾，并在教学中实现一人一机，激发学生学习兴趣，还可以提高学生对不同数控操作系统的适应能力。即使误操作也不会损坏机床、危及人身安全，同样会达到真实设备的教学效果。

一、数控仿真软件功能介绍

     数控加工仿真软件是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。在教学功能中对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能，采用数据库刀具材料和性能参数库，提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心以及多种常用面板，具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真功能，在操作过程中，具有完全自动运行、指出错误原因、自我检测加工零件几何形状的精度功能和防碰撞检查功能。

二、用“宇龙数控仿真软件”教学的应用举例

1、提出任务

任务：“奥运会会徽”数控加工制作。选择“奥运会会徽”为数控仿真软件制作应用作课题，其教学目的是通过完成这个课题，让学生掌握数控机床加工步骤与方法，学会运用数控仿真软件的制作过程。在“奥运会会徽”数控仿真软件制作教学过程中，以零件加工程序的处理流程为主线，把“奥运会会徽制作”的教学目标要求和内容按照“资讯、计划、决策、实施、检查和评价”等六个步骤，实施进行构架、充分利用数控仿真软件的功能提高学生的自信心和学习兴趣。

提出任务后，先进行指令分析，其次进行指令格式讲解。包括指令格式中各个地址字的具体含义及工艺方法和切屑用量的合理选择。指导学生通过 Internet 提供下载的“奥运会会徽”矢量图，也可以通过实际测绘，并使用绘图软件创建会徽图形，并将实体模型导入数控仿真软件。

2、成立项目小组

建立学生项目小组，明确项目任务。一般每组4~6人，指定项目组长，每组根据学生的兴趣爱好进行搭配，既有利于培养学生小组团队协作精神，又有利于顺利完成任务。每小组由多种不同的技能学员进行搭配。一般的人员构成为工艺和编程类1~2人，加工操作2~3人；质量检测1~2人。

3、实施引导

根据数控加工程序编制的内容，要求学生按照零件图样分析、制定加工工艺、数值计算、编写零件加工程序单、程序输入、程序校验和首件试加工，其过程如图1所示。

图1  数控加工程序编制流程图

（1）、零件图样分析

指导学生利用《CAXA二维电子图板》软件打开“奥运会会徽”矢量图（如图2所示），按小组讨论分析零件图，完成图形修改、尺寸编辑、定义坐标系等任务。指导学生应用计算机辅助制造CAD/CAM，导入“CAXA制造工程师”软件并转换为三维造型，确定数控加工需要的实体模型，如图3所示。

    图2   “奥运会会徽”矢量图

图3   CAXA制造工程师

（2）、加工工艺分析

指导项目小组确定编程原点、制定加工方案、毛坯装夹方案、选择数控机床及数控系统、制定加工方案及加工路线、工件的定位，装夹与刀具量具的选用、刀具的切削三要素，零件切入切出的方式等等。

指导学生掌握进给速度和切入深度和加工余量、确定加工工艺、完成工艺卡的编写并引导学生利用宇龙数控加工仿真软件进行检查程序。其目的在于培养学生的动手能力、独立获取信息和自主建模的能力，重在培养实践能力和创新能力。

（3）、计算坐标值

“奥运会会徽”的几何形状复杂，其计算的节点约3000余个。每个项目小组选取的笛卡尔坐标原点异同，因此每个小组的坐标计算工作异常的复杂，这时就需要指导教师逐个的对每个小组的坐标计算值一一核对，确保其正确。

（4）、编写加工程序

程序编制工作量相对较大，不仅数值计算非常繁琐，而且还要对上次计算的坐标值进行逐个验证。这种情况下教师要加强巡回指导，指导学生运用自动编制程序软件，调用后置处理程序生成数控加工程序及进给轨迹的方法，生成数控机床加工程序，如图4所示。

图4   计算坐标值

（5）、程序输入和校验

利用仿真软件进行刀具轨迹模拟，模拟切削零件，然后通过尺寸检验进行程序校验，验证其正确性（如图5所示）。将事先准备好的书面项目指导书对每个小组检查核对，最后组长向教师汇报本小组程序校验的情况。有疑难问题，及时

组织讨论讲解和释疑。点评各个小组完成的仿真成果。最后指导学生利用计算机RS-232接口完成软件生成程序传输到机床（如图6所示），对完成任务好的小组及时给予鼓励。

图5    程序校验

图6   程序输入到机床

（6）、首件试切

通过数控加工仿真软件，校验机床加工程序正确性后，最后进行首件零件加工，进行试切，完成实际加工任务（如图7所示）。将自己加工的零件置于手中大大提高了学生的兴趣和自信心。这个阶段是把理论知识转化成实际成果的过程，是技能知识升华结晶的过程，由于每个小组的侧重能力不同，教师的指导方向尤为重要。零件加工完成后，在教师的指导下，各组检测评分员交叉对加工的零件进行尺寸、粗糙度、形位公差进行检验，记入小组的考评分中。

图7     首件试切

（7）总结分析，完成实训报

组织各小组学生进行成果展示与交流，讨论“奥运会会徽”从仿真设计检验到首件试切加工过程中遇到的问题、困难及解决的办法，收获与感受等。对实训项目内容进行评价，首先对项目活动成果评价，包含计划合理性、项目完成情况及作品的质量等。其次是教师对各小组活动中的表现加以评价，包含小组合作参与意识、合作精神、创新性、和各小组的优点、缺点、特点、侧重点等。再次对个别学生进行鼓励性评价。由教师、项目小组及学生个人进行评价，让学生明确自己在项目中的优点，更好地鼓励学生学习的积极性。同时了解自身存在的问题，完善以后的学习。最后，学生根据“奥运会会徽”从仿真设计检验到首件试切加工的工作过程和学习感受，完成实训报告的编写。

应用数控仿真软件进行加工教学的方法，弥补了传统教学手法单一、讲解枯燥、难于理解的缺点，它不仅形象直观，色彩鲜艳，而且富有动感，尤其配上栩栩如生的仿真效果，把数控机床加工教学中枯燥乏味的理论知识变得生动有趣，把抽象思维内变成了仿真演示，把金属切削的效果利用动画展示于眼前，将实际加工的危险性排除。让学生对整个加工的过程更容易掌握和理解，同时减少了毛坯材料和能源的消耗，节约了理论知识讲解时间，让理论理解时间大大缩短，延长了实际动手时间。仿真训练与实践操作训练进行有机结合，让学生学得轻松，将取得事半功倍的效果，大大提升学习的兴趣。

参考文献：

[1] 胡如祥．数控加工编程与操作[M].大连理工大学出版社，2006．

[2]  数控加工仿真系统使用手册．南京宇航软件工程有限公司．

[3]数控加工编程与操作．中国劳动社会保障出版社．

[4]赵松年著. 机电一体化机械系统设计. 北京：北京机械工业出版社，2006

1