數(shù)控仿真軟件在高?！皵?shù)控實訓”課程中的應用*

卜壽一 ， 吳明明 ， 周逸群 ， 李雨城 ， 周 濤

（安徽三聯(lián)學院，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，制造技術不斷革新，高等教育的理論教學體系不斷完善，實踐教學是當代高等教育的重要組成部分，“金工實訓”作為理工科院校實踐教學的一門重要課程，越來越受到重視。“金工實訓”課程是高校培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要環(huán)節(jié)，能夠提升學生的綜合素質(zhì)水平，作為高校人才培養(yǎng)中主要的實踐教學環(huán)節(jié)，起著其他課程無法替代的作用。其中“數(shù)控實訓”課程教學受到安徽三聯(lián)學院的高度重視?！皵?shù)控實訓”課程是一門將理論知識與實際操作相結(jié)合的課程，“數(shù)控實訓”課程開展的前提是學生已經(jīng)掌握數(shù)控車床結(jié)構、數(shù)控工藝、編程等理論知識，“數(shù)控實訓”課程的主要任務是訓練學生根據(jù)圖紙進行數(shù)控程序編輯、高效地操作數(shù)控機床，進而完成數(shù)控加工。為此，課題組以安徽三聯(lián)學院[1]工程訓練中心開設的“數(shù)控實訓”課程為例，對給定的工藝品零件圖進行零件圖工藝分析、確定裝夾方案、確定加工順序和進給路線/走刀路線、刀具選擇、切削用量選擇、建立加工坐標系、確定各點坐標然后進行數(shù)控程序編程，然后利用數(shù)控仿真軟件[2-3]進行數(shù)控車床加工模擬，再將所編程序輸入設備并操作數(shù)控機床，進而完成數(shù)控加工。

安徽三聯(lián)學院“數(shù)控實訓”課程的教學模式是以指導老師示范性教學、學生再進行實踐操作的模式，即由負責“金工實訓”課程的指導教師進行統(tǒng)一的授課、講解、演示設備的操作使用，手把手進行教學，在掌握了設備的操作技能后，讓學生自行操作設備、完成相應作品的加工、制作。安徽三聯(lián)學院開展工程訓練課程目的是培養(yǎng)學生將理論知識與實際操作相結(jié)合的能力。在整個實訓課程中，學生需要在掌握數(shù)控理論知識的前提下，學習數(shù)控車床及數(shù)控仿真軟件的操作流程及使用方法，并且在整個實訓過程中需要反復進行操作訓練，直到最終能自行操作設備，完成相應作品的加工、制作。學生通過對車床的實際操作，可以更好地理解數(shù)控理論知識。

1 課程教學內(nèi)容

安徽三聯(lián)學院“數(shù)控實訓”課程的教學內(nèi)容包括設計零件圖、零件圖工藝分析、確定裝夾方案、確定加工順序和走刀路線、刀具選擇、切削用量選擇、建立加工坐標系、確定各基點坐標，然后進行數(shù)控程序編程，再利用數(shù)控仿真軟件進行模擬數(shù)控車床加工模擬，最后將所編程序輸入廣州數(shù)控GSK980TD數(shù)控車床并操作數(shù)控機床，進而完成數(shù)控加工。在編制工藝品的車削加工程序中，要求學生熟練地運用G00（快速定位）、G01（直線）、G02/03（圓弧）、G70（精加工循環(huán)）、G73（復合形狀粗車循環(huán)）、G92（簡單螺紋循環(huán)）指令。

1.1 設計零件圖

設計工藝品的數(shù)控車床加工零件圖[4]，安徽三聯(lián)學院“數(shù)控實訓”課程的課程內(nèi)容為軸類零件工藝品的加工[5-6]，教學中使用CAD軟件進行制圖[7-9]，其加工圖樣如圖1所示。

圖1 工藝品零件圖

1.2 零件圖工藝分析

確定加工工藝品零件圖后，需要進行零件圖工藝分析。該零件表面由內(nèi)外圓柱面和外螺紋等表面組成，零件結(jié)構形狀設計合理。尺寸標注完整，符合數(shù)控加工尺寸要求，并且輪廓描述清楚完整。加工過程中，對于圖樣上給定的尺寸，全部取基本尺寸即可。零件材料為鋁質(zhì)棒料，材料選擇鋁質(zhì)棒料：Φ50 mm，切削加工性能較好，無熱處理和硬度要求。程序編輯和實際加工都按照從右到左的順序進行。

1.3 確定裝夾方案、加工順序及走刀路線

左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊，如圖2所示。確定裝夾方案后需要立即確定車床加工順序及走刀路線。加工順序按照由內(nèi)到外、由粗到精、由近到遠的原則確定，并且在一次裝夾中盡可能加工出較多的工件表面，結(jié)合本工藝品的結(jié)構特征，設計走刀路線如下：可先從右到左使用G73指令進行粗車加工外圓表面，然后從右到左使用G70指令進行精車加工外輪廓表面，接下來使用G92指令進行車削螺紋，最后進行切斷，走刀路線如圖3所示。

圖2 工藝品加工裝夾方式

圖3 外輪廓加工走刀路線

1.4 刀具選擇

車端面及車輪廓選用力鋒數(shù)控93°外圓車刀，車削螺紋選用SER外螺紋車刀，切斷選用寬4 mm切斷刀。刀具選用如表1所示。

表1 加工刀具選用

1.5 切削用量選擇

數(shù)控加工[10]的切削用量如表2所示。

表2 加工切削用量

1.6 建立加工坐標系

數(shù)控編程是根據(jù)走刀路線及輪廓基點，然后運用編程指令對零件的加工程序進行編制。所以拿到圖紙后必須給零件圖建立坐標系，將圖形中所有的基點找出，并求出每個基點的對應坐標。建立工件坐標系即編程坐標系時，首先需要確定工件原點即編程原點，然后以工件原點為坐標原點建立一個Z軸和X軸的直角坐標系。其中Z軸方向為與機床主軸軸線平行的方向，X方向為垂直于主軸線的方向。所以確定建立工件坐標系如圖4所示。

圖4 工件坐標系的建立

1.7 數(shù)控程序編程

在完成工藝分析，確定裝夾方案，確定加工順序和走刀路線，刀具選擇，切削用量選擇，建立加工坐標系，確定各基點坐標后，結(jié)合廣州數(shù)控GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)編程要求，完成數(shù)控程序編程，程序內(nèi)容如圖5所示。

圖5 數(shù)控程序內(nèi)容

1.8 數(shù)控仿真

將所編程序輸入數(shù)控仿真軟件，并且完成刀具選用、對刀刀補等設置，最終得出仿真模型，所得仿真模型與所設計零件圖相符，所編程序可以用于廣州數(shù)控GSK980TD數(shù)控車床上進行實際操作。數(shù)控仿真軟件選用刀具圖如圖6所示，數(shù)控仿真軟件對刀刀補如圖7所示，數(shù)控仿真軟件加工所得仿真模型如圖8所示。

圖6 數(shù)控仿真軟件選用刀具圖

圖7 數(shù)控仿真軟件對刀刀補

圖8 數(shù)控仿真軟件加工所得仿真模型

2 加工實物圖

將所編程序輸入設備，并操作數(shù)控機床，進而完成數(shù)控加工。實訓中將所編程序輸入廣州數(shù)控GSK980TD數(shù)控車床，得到車床刀路軌跡鏡像如圖9所示。通過操作數(shù)控車床，運行圖5所述加工程序得到零件車削結(jié)果實物，加工實物圖如圖10所示。

圖10 加工實物圖

3 結(jié)論

在整個實訓過程中通過編程、仿真模擬及實際操作，可以很好地培養(yǎng)學生將數(shù)控理論知識與實際操作相結(jié)合的能力，最終完成工藝品的加工。