UG建模與自動(dòng)編程技術(shù)在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

陳曉麗 秦寶榮

摘 要：隨著社會(huì)對(duì)數(shù)控專(zhuān)業(yè)高素質(zhì)技能型人才的要求不斷提高，中職學(xué)校正努力探索適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式。將UG建模與自動(dòng)編程技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控教學(xué)，能提高教學(xué)的時(shí)效性，利于學(xué)生掌握理論知識(shí)與操作技能。當(dāng)前中職學(xué)校數(shù)控專(zhuān)業(yè)核心課程涉及數(shù)控車(chē)削、數(shù)控銑削和加工中心，授課形式通常按階段劃分為理論與實(shí)訓(xùn)教學(xué)。由于數(shù)控技術(shù)涵蓋的知識(shí)面廣、操作性強(qiáng)，多學(xué)科交叉，因此，對(duì)“教”和“學(xué)”的方法與效果提出更嚴(yán)苛的要求。

關(guān)鍵詞：UG ?數(shù)控 ?有效性教學(xué) ?應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（c）-0221-02

高速、高效和高柔性的數(shù)控加工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜精密零件的自動(dòng)化生產(chǎn)，有利于加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和更新?lián)Q代，提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和綜合經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)加快中職學(xué)校高素質(zhì)技能型人才的培養(yǎng)起到推動(dòng)作用。

數(shù)控技術(shù)涵蓋的知識(shí)面廣、操作性強(qiáng)，具有多學(xué)科交叉的特性，因此，對(duì)“教”和“學(xué)”的方法與效果提出更嚴(yán)苛的要求，如何在有限的課堂中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，將教學(xué)效果發(fā)揮到極致，是中職學(xué)校值得深思的問(wèn)題。隨著課堂教學(xué)改革的深入，“有效性教學(xué)”成為中職學(xué)校教學(xué)成果的聚焦點(diǎn)和重點(diǎn)研究方向。

UG是CAD/CAM軟件之一，被業(yè)界公認(rèn)為是最好的、最具代表的數(shù)控軟件，具有知識(shí)密集、適用性強(qiáng)等特性，其強(qiáng)大的建模功能和自動(dòng)編程模塊備受青睞。大多數(shù)中職學(xué)校紛紛將UG作為獨(dú)立的課程教學(xué)，由于UG與其他學(xué)科之間缺乏有效地銜接，因此，難以體現(xiàn)出軟件的實(shí)用性。該文將以凹模板數(shù)控加工為例，剖析UG服務(wù)于數(shù)控教學(xué)所帶來(lái)的成效。

1 UG/CAD建模技術(shù)在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

準(zhǔn)確識(shí)讀技術(shù)圖紙是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的先決條件，操作者應(yīng)從零件圖中提取可靠的加工信息，如產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀、表面粗糙度要求、尺寸和形位精度要求等。當(dāng)遇到較復(fù)雜的零件時(shí)，許多學(xué)生因讀不懂技術(shù)圖紙，又缺乏空間想象力，難以建立產(chǎn)品的空間模型，為后續(xù)數(shù)控加工帶來(lái)極大的困擾。

UG/CAD 2D繪圖和3D建模功能，能以靈活的方式展現(xiàn)零部件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生鞏固制圖基礎(chǔ)，從而提高課堂教學(xué)效率。如圖1所示的凹模板，該零件包含孔、凸臺(tái)、豁口槽和曲面等結(jié)構(gòu)，其三視圖較為復(fù)雜，學(xué)生在分析零件圖時(shí)比較吃力，此時(shí)借助UG/CAD實(shí)體建模、特征建模等功能，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)產(chǎn)品和明確加工部位，為切削加工的實(shí)施提供參考。凹模板造型主要過(guò)程如下。

（1）利用“拉伸”命令完成零件基礎(chǔ)部分造型（長(zhǎng)方體）。

（2）在基礎(chǔ)部分造型中，借助“布爾”求差運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)豁口槽、四角凸臺(tái)及盲孔的造型。

（3）創(chuàng)建四角凸臺(tái)上的通孔特征。

（4）創(chuàng)建凹形曲面特征。

UG建模方式靈活、效果直接，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中教師可根據(jù)具體工作任務(wù)修改、變換和實(shí)時(shí)更新模型，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和形體構(gòu)思能力，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2 UG/CAM自動(dòng)編程技術(shù)在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)控程序集中體現(xiàn)切削加工工藝流程、刀具及切削用量的選擇等信息，是按照規(guī)定格式書(shū)寫(xiě)并用于控制數(shù)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)的代碼群。

手工編程適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件，而針對(duì)復(fù)雜的零件，由于計(jì)算的繁瑣性容易增大程序出錯(cuò)的幾率，教師在檢查和指導(dǎo)過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。此時(shí)利用UG/CAM模塊生成刀位源文件，再通過(guò)相應(yīng)的后置處理即可生成適用的數(shù)控加工程序，整個(gè)操作過(guò)程可強(qiáng)化學(xué)生的工藝知識(shí)，同時(shí)體現(xiàn)出虛擬制造技術(shù)在數(shù)控教學(xué)中的適用性和優(yōu)越性。

2.1 強(qiáng)化數(shù)控加工工藝知識(shí)

實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控加工工藝直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。由于該部分內(nèi)容理論性過(guò)強(qiáng)且抽象乏味，導(dǎo)致教學(xué)中出現(xiàn)“教師難教，學(xué)生難學(xué)”的尷尬局面。

UG/CAM模塊可供用戶(hù)選擇加工方法、刀具及幾何角度、確定切削參數(shù)和非切削參數(shù)等，通過(guò)工藝參數(shù)的設(shè)置界面使學(xué)生能更好地理解、掌握和運(yùn)用工藝參數(shù)設(shè)置原則與方法。以凹模板豁口槽加工主要操作流程為例，使用UG功能模塊講解工藝參數(shù)的設(shè)置過(guò)程，為學(xué)生帶來(lái)最直接的體驗(yàn)。

（1）創(chuàng)建幾何體。

（2）創(chuàng)建刀具。豁口槽選擇立銑刀銑削加工，在“銑刀-5 參數(shù)”界面用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置刀具相關(guān)參數(shù)，如刀具直徑、刀具長(zhǎng)度等。學(xué)生可以從刀具設(shè)置界面中了解各參數(shù)的含義，在繪圖區(qū)域中直接觀察參數(shù)變化引發(fā)的刀具變化，教學(xué)效果顯著。

（3）創(chuàng)建平面銑操作該環(huán)節(jié)中需要選擇操作子類(lèi)型和設(shè)置參數(shù)，如，切削參數(shù)、非切削移動(dòng)參數(shù)（進(jìn)刀、退刀、避讓等）、進(jìn)給率和速度等。

2.2 驗(yàn)證刀路軌跡，直視加工過(guò)程

數(shù)控指令是數(shù)控課程的核心內(nèi)容，通常情況下教師結(jié)合案例由易到難講解指令的用法及切削過(guò)程中刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生只能依靠記憶和簡(jiǎn)單的模仿完成工作任務(wù)，而對(duì)指令的實(shí)質(zhì)了解不夠深入，一旦零件的結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生改變，學(xué)生很難做到觸類(lèi)旁通，無(wú)法編制出合格的數(shù)控程序。

UG/CAM刀軌可視化界面能夠清晰地展示刀具的每一步動(dòng)作，如圖2所示，該方式不僅能加深學(xué)生對(duì)指令的深入理解，也能更好地檢測(cè)加工過(guò)程中刀具與工件、夾具和機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件之間的碰撞與干涉問(wèn)題，從而提高學(xué)習(xí)效率。

2.3 后置處理功能，保障實(shí)訓(xùn)效果

手工編制復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的數(shù)控程序，計(jì)算繁瑣且容易出錯(cuò)，在實(shí)踐加工環(huán)節(jié)容易引發(fā)安全事故。UG/CAM后置處理功能將有限元計(jì)算產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)以形象、直觀的方式轉(zhuǎn)變?yōu)槊鞲麟A段的變形行為，用戶(hù)可以針對(duì)不同的機(jī)床和操作系統(tǒng)生成TXT格式的程序文檔，由通訊接口實(shí)現(xiàn)軟件與數(shù)控設(shè)備之間的程序傳輸。有效的數(shù)控程序結(jié)合仿真軟件使用，可節(jié)省占機(jī)時(shí)間，保障實(shí)訓(xùn)安全，提高課堂效率。

UG在數(shù)控教學(xué)中的靈活運(yùn)用，使虛擬制造技術(shù)將“二維圖紙→3D造型→工藝參數(shù)設(shè)置→自動(dòng)編程→數(shù)控加工”整個(gè)流程表現(xiàn)得淋漓盡致，以更加形象、直觀的方式吸引學(xué)生，使教學(xué)具有更高的深度和廣度。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控技術(shù)操作性強(qiáng)，學(xué)生以理論知識(shí)作支撐，在實(shí)踐中驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性與合理性，逐步掌握和提高操作技能。數(shù)控教學(xué)中以“能力、就業(yè)、發(fā)展”為宗旨，在現(xiàn)有的教學(xué)方法基礎(chǔ)之上，引入U(xiǎn)G軟件搭建虛擬數(shù)控加工平臺(tái)，形成一條緊湊的、虛擬的數(shù)控加工鏈，解決了設(shè)備不足、實(shí)訓(xùn)課時(shí)量少的難題，豐富了課堂教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、激發(fā)創(chuàng)新能力。

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