基于UG CAD/CAM的數(shù)控教學(xué)實(shí)踐*

邱麗梅 晉芳偉

（三明學(xué)院 福建 三明 365000）

基于UG CAD/CAM的數(shù)控教學(xué)實(shí)踐*

邱麗梅 晉芳偉

（三明學(xué)院 福建 三明 365000）

針對(duì)初學(xué)者對(duì)數(shù)控代碼指令難以理解的狀況，以及目前大多數(shù)高校存在的日益增加的學(xué)生數(shù)和有限的數(shù)控機(jī)床之間的矛盾，提出引入基于UG CAD/CAM的數(shù)控教學(xué)。

UG CAD/CAM；數(shù)控教學(xué)；數(shù)控編程；模擬加工

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造（CAD/CAM）技術(shù)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在數(shù)控加工領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床品種多，價(jià)格昂貴，占地面積大，如果學(xué)生的數(shù)控機(jī)床操作訓(xùn)練完全依賴數(shù)控機(jī)床進(jìn)行，投入大、消耗多、成本高，一般高校都難以承擔(dān)相關(guān)投入。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造（CAD/CAM）技術(shù)恰好彌補(bǔ)了以上實(shí)訓(xùn)缺陷，學(xué)生可用其對(duì)數(shù)控裝置進(jìn)行仿真操作，滿足了教學(xué)需求，能使學(xué)生達(dá)到實(shí)際操作訓(xùn)練的目的，并且安全可靠，收到了真實(shí)設(shè)備操作的教學(xué)效果。在實(shí)踐中，動(dòng)態(tài)的仿真操作使教學(xué)過程易教、易學(xué)，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣倍增，教學(xué)效果顯著提高。

UG CAD/CAM的應(yīng)用

Unigraphics NX（簡(jiǎn)稱UG）是國際上應(yīng)用最為普遍的集一流計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助工程（CAD/CAM/ CAE）為一體的大型軟件，是目前市場(chǎng)上功能最齊全的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具之一，廣泛應(yīng)用于航空、車輛、機(jī)械、模具等行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和制造。

UG CAM模塊向用戶提供了當(dāng)今世界上最好的數(shù)控自動(dòng)編程技術(shù)，利用它可根據(jù)加工任務(wù)生成實(shí)用且經(jīng)過優(yōu)化的刀具路徑軌跡，通過后置處理生成數(shù)控程序，將程序輸入到數(shù)控機(jī)床即可用來加工各種零件。其強(qiáng)大的后置處理工具可實(shí)現(xiàn)與任何數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，是一個(gè)高效率、高質(zhì)量的制造解決方案。因此，我們選擇了UG CAD/CAM進(jìn)行輔助數(shù)控教學(xué)。學(xué)生只需在自己的計(jì)算機(jī)上安裝某一版本的UG NX（如UG NX5.0），就可以完成任意零件的數(shù)控模擬加工。

UG CAD/CAM在數(shù)控理論教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)控編程就是完成編輯數(shù)控代碼指令的過程?，F(xiàn)在的教學(xué)過程大多是利用多媒體課件結(jié)合黑板板書來給學(xué)生講解代碼指令。學(xué)生在初學(xué)編程時(shí)，由于無法理解數(shù)控機(jī)床在執(zhí)行指令時(shí)的零件加工走刀情況，對(duì)代碼指令理解比較片面，甚至難以理解。因此，我們?cè)诂F(xiàn)有數(shù)控教學(xué)中引入基于UG CAD/CAM的數(shù)控模擬仿真，通過形象逼真的三維數(shù)控模擬制造過程，使教學(xué)更貼近數(shù)控生產(chǎn)實(shí)際，幫助學(xué)生理解零件加工的走刀情況，掌握代碼指令。

我們結(jié)合學(xué)生感興趣并熟悉的實(shí)例展開教學(xué)，例如，編制圖1鼠標(biāo)模型數(shù)控銑床加工程序。為了提高教學(xué)效率，在備課時(shí)可以先使用UG CAD完成零件的三維建模，課堂上再引入U(xiǎn)G CAM三維數(shù)控模擬制造過程，形象地講解相關(guān)代碼指令。鼠標(biāo)零件圖如圖1所示，鼠標(biāo)三維模型圖如圖2所示。該鼠標(biāo)的毛坯是個(gè)長方體，材料為ZL104，尺寸為100mm× 50mm×40mm，其四周側(cè)面和底面已經(jīng)加工好了，可以作為本次加工的安裝面，這樣可以對(duì)工件上需要加工的幾何形狀進(jìn)行分解和統(tǒng)計(jì)，其中加工型面包括：頂面1、封閉小凹槽、4個(gè)沉頭孔、輪廓四周側(cè)面、上下臺(tái)階面。

圖1 鼠標(biāo)零件圖

圖2 鼠標(biāo)模型三維圖

由于篇幅有限，在此只給出鼠標(biāo)頂面精加工刀軌圖和頂面精加工仿真圖，分別如圖3和圖4所示。

要結(jié)合模擬過程，將每個(gè)動(dòng)作該用什么指令及其應(yīng)用格式及應(yīng)用時(shí)該注意的問題詳細(xì)地板書講解。最后通過UG CAM的后置處理，生成如圖5所示的NC加工程序。

圖3 頂面精加工刀軌圖

圖4 頂面精加工仿真圖

圖5 工件生成的部分NC程序圖

通過上例完整的UG CAM鼠標(biāo)模型的三維模擬加工過程，能使學(xué)生清楚程序的動(dòng)作順序，該在什么位置，用什么指令，完成什么內(nèi)容。經(jīng)過反復(fù)練習(xí)，學(xué)生能真正掌握編程規(guī)律，加深對(duì)程序的理解。

UG CAD/CAM在數(shù)控實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

目前，我院有3臺(tái)數(shù)控車床，2臺(tái)數(shù)控銑床和1臺(tái)加工中心，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生操作實(shí)訓(xùn)的需求。因此，我們?cè)谟邢薜膶?shí)機(jī)操作訓(xùn)練外，采用UG CAD/CAM軟件讓學(xué)生進(jìn)行仿真三維模擬加工。在UG CAD/CAM中，從零件設(shè)計(jì)圖開始，到最終加工程序的產(chǎn)生，可以用如圖6所示框圖描述。

圖6 UG/CAM數(shù)控模擬加工流程圖

通過UG CAD/CAM軟件讓學(xué)生進(jìn)行仿真三維模擬加工訓(xùn)練，能達(dá)到如下幾個(gè)教學(xué)目的：（1）增加學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床的感性認(rèn)識(shí)，減少學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床的畏懼心理。（2）能使學(xué)生掌握數(shù)控加工的對(duì)刀方法。對(duì)刀是數(shù)控機(jī)床操作最基本也是最重要的操作，對(duì)刀不正確容易造成刀具或機(jī)床損壞，是學(xué)生操作訓(xùn)練的難點(diǎn)。由于仿真操作不存在刀具或機(jī)床損壞的問題，學(xué)生可放心地反復(fù)操作，直至正確熟練地對(duì)刀。（3）培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控機(jī)床實(shí)際操作能力。學(xué)生第一次操作機(jī)床時(shí)都會(huì)比較緊張，怕?lián)p壞刀具或機(jī)床而不敢下刀切削，或由于緊張而產(chǎn)生誤操作。通過模擬訓(xùn)練，學(xué)生在輕松的環(huán)境中進(jìn)行操作，容易掌握操作過程，熟練后再操作實(shí)際機(jī)床，就沒有緊張心理，操作過程不容易出錯(cuò)。（4）使學(xué)生掌握自動(dòng)編程。對(duì)于簡(jiǎn)單的零件，只需通過手工編程，但對(duì)于復(fù)雜的零件，應(yīng)借助計(jì)算機(jī)來自動(dòng)編程。通過UG CAD/CAM軟件的三維模擬加工訓(xùn)練，就能讓學(xué)生很好地掌握自動(dòng)編程的全過程。

我院在數(shù)控教學(xué)中引入形象直觀的三維模擬加工，取得了以下良好的教學(xué)效果：（1）豐富了理論教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，取得了立竿見影的效果。（2）對(duì)于實(shí)踐教學(xué)，不僅解決了我院日益增加的學(xué)生數(shù)和有限的數(shù)控機(jī)床之間的矛盾，而且讓學(xué)生掌握了零件的自動(dòng)編程及整個(gè)加工過程，同時(shí)還讓學(xué)生掌握了數(shù)控機(jī)床操作。總之，在教學(xué)中引入U(xiǎn)G CAD/CAM三維模擬加工，學(xué)生上課的興趣倍增，在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中都取得了良好的效果。

[1]夏美娟，舒志兵.CAD/CAM軟件技術(shù)及其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（2）：101-104.

[2]潘春榮，羅慶生.基于UG軟件CAD/CAM功能的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005，（1）：18-19.

[3]沈春根，江洪，朱長順，等.UG NX 5.0 CAM實(shí)例解析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]修珙理，隋秀凜，王亞萍，等.基于UG的虛擬數(shù)控仿真系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械工程師，2008，（1）：38-39.

[5]張昇.加工仿真系統(tǒng)軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，24（8）：119-120.

[6]沈炳宗.數(shù)控仿真加工在數(shù)控編程及操作教學(xué)中的應(yīng)用[J].漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9（3）：78-95.

[7]鄧奕，彭浩舸，謝騏.CAM后置處理技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，12（4）：46-49.

[8]趙曉燕，劉志剛.基于UG的數(shù)控自動(dòng)編程軟件及其應(yīng)用[J].一重技術(shù)，2007，（6）：91-92.

邱麗梅（1981—），女，福建三明人，碩士，福建三明學(xué)院講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化及模式識(shí)別。

三明學(xué)院教改項(xiàng)目 《虛擬數(shù)控技術(shù)在數(shù)控課程教學(xué)中的應(yīng)用》（項(xiàng)目編號(hào)：L1017/Q）；福建省教育廳科技項(xiàng)目 《基于多點(diǎn)模型和改進(jìn)BFGS算法的人臉姿態(tài)估計(jì)研究》（項(xiàng)目編號(hào)：JK2009037）

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1672-5727（2012）04-0166-02