數控仿真軟件在高校“數控實訓”課程中的應用*

卜壽一 ， 吳明明 ， 周逸群 ， 李雨城 ， 周 濤

（安徽三聯學院，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著現代制造業的發展，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”課程是高校培養學生創新精神和實踐能力的重要環節，能夠提升學生的綜合素質水平，作為高校人才培養中主要的實踐教學環節，起著其他課程無法替代的作用。其中“數控實訓”課程教學受到安徽三聯學院的高度重視。“數控實訓”課程是一門將理論知識與實際操作相結合的課程，“數控實訓”課程開展的前提是學生已經掌握數控車床結構、數控工藝、編程等理論知識，“數控實訓”課程的主要任務是訓練學生根據圖紙進行數控程序編輯、高效地操作數控機床，進而完成數控加工。為此，課題組以安徽三聯學院[1]工程訓練中心開設的“數控實訓”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控程序編程，然后利用數控仿真軟件[2-3]進行數控車床加工模擬，再將所編程序輸入設備并操作數控機床，進而完成數控加工。

安徽三聯學院“數控實訓”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。安徽三聯學院開展工程訓練課程目的是培養學生將理論知識與實際操作相結合的能力。在整個實訓課程中，學生需要在掌握數控理論知識的前提下，學習數控車床及數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，可以更好地理解數控理論知識。

1 課程教學內容

安徽三聯學院“數控實訓”課程的教學內容包括設計零件圖、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，然后進行數控程序編程，再利用數控仿真軟件進行模擬數控車床加工模擬，最后將所編程序輸入廣州數控GSK980TD數控車床并操作數控機床，進而完成數控加工。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）、G73（復合形狀粗車循環）、G92（簡單螺紋循環）指令。

1.1 設計零件圖

設計工藝品的數控車床加工零件圖[4]，安徽三聯學院“數控實訓”課程的課程內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。該零件表面由內外圓柱面和外螺紋等表面組成，零件結構形狀設計合理。尺寸標注完整，符合數控加工尺寸要求，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。零件材料為鋁質棒料，材料選擇鋁質棒料：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，結合本工藝品的結構特征，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

數控編程是根據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，結合廣州數控GSK980TD數控系統編程要求，完成數控程序編程，程序內容如圖5所示。

圖5 數控程序內容

1.8 數控仿真

將所編程序輸入數控仿真軟件，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控GSK980TD數控車床上進行實際操作。數控仿真軟件選用刀具圖如圖6所示，數控仿真軟件對刀刀補如圖7所示，數控仿真軟件加工所得仿真模型如圖8所示。

圖6 數控仿真軟件選用刀具圖

圖7 數控仿真軟件對刀刀補

圖8 數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，并操作數控機床，進而完成數控加工。實訓中將所編程序輸入廣州數控GSK980TD數控車床，得到車床刀路軌跡鏡像如圖9所示。通過操作數控車床，運行圖5所述加工程序得到零件車削結果實物，加工實物圖如圖10所示。

圖10 加工實物圖

3 結論

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