CADCAM软件在数控编程教学中的应用(2010第四期学报)

第一篇：CADCAM软件在数控编程教学中的应用(2010第四期学报)

CAD/CAM软件在数控编程教学中的应用

安顺职业技术学院 胡国荣

摘要：数控编程是职业院校数控专业的一门专业技术课，以编程为主的理论教学，学生难以理解。把数控专业理论编程教学，变成在计算机上普遍使用的CAD/CAM软件MASTERCAM、PRO-E或CAXA，把枯燥课堂教学变成形象的技能操作多媒体教学。改善了数控编程教学中效果不理想、效率较低的现象，提高了学生数控编程能力。关键词：CAD/CAM ；数控技术；编程教学 ；职业技能

The application of CAD/CAM's software in the teaching of numerical control programming

Anshun vocational technology college Guorong Hu Abstract: NC programming is vocational professional a professional course to programming-based theory of teaching, students difficult to understand.NC Professional Teaching the theory of programming into the computer widely used CAD / CAM software MASTERCAM, PRO-E or CAXA, the image of the dull classroom into a multimedia teaching the skills of operation.NC program to improve the teaching is not satisfactory, less efficient, and improve the ability of students to NC programming.Key word: CAD/CAM ；Numerical control technology；Compiler teaching；Occupation technical ability

数控编程是一门对学生科学思维要求很强的专业技术课，单纯的理论教学，易使初学者感到抽象、难学，加上目前职业院校学生知识结构、学习习惯等诸多因素，使我们的数控编程教学陷入困难的境地。如何改善了目前数控编程教学中效果不理想、效率较低的现象，激发学习兴趣，使学生化“难学”为“易学”，提高学生数控编程能力。我们在数控编程教学中，应用机械加工自动化中普遍使用的CAD/CAM软件MASTERCAM、PRO-E或CAXA，把枯燥课堂教学变成形象的技能操作多媒体教学，收到理想的教学效果，既可以培养学生实际应用数控编程能力，又能培养学生数控编程的开发能力。这样培养出来的学生毕业后走上工作岗位，可以很快地独立完成在数控编程应用与开发方面的工作任务。

目前职业院校数控专业学生获得数控编程与数控设备操作能力的途径，主要有两条:一是由校企合作的机械加工企业作为学校的实训实习基地，但在目前国内企业的生产经营状况下，很难做到按照学校的教学要求开展数控编程与数控设备操作的系统训练；二是学校用有限的资金投资购买数控机床或加工中心等设备，建立数控教学实训中心。由于数控设备价格昂贵，即使投入资金购置了几台设备，无论从数量上、成本上、还是从安全性上考虑，都不太适合学生的普及性实践教学和实训。这类教学实训中心即便建成，实际应用效率和效果往往也不是很理想。因此，如何改善和提高数控编程课程的实践教学环境，使学生能学有所练、学用结合，是数控编程教学工作面临的一个非常大的难题。

数控编程课程是一门实践性很强的课程，离开实践，就谈不上素质，实践是知识转化并升华为素质的根本条件。要想达到理想的教学和实践效果，仅在课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的企业生产过程很难按照学校教学要求开展数控编程实训与数控设备价格等因素，经过多方调研，我们选择了能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的CAD/CAM软件，如基于PC平台广泛使用的MASTERCAM、PRO-E或CAXA等应用软件。这类软件既能按照数控编程教学要求开展系统的实际编程训练，实现动态模拟加工轨迹，检验程序的正确性；又能结合目前企业广泛使用这类软件的生产实际需求，为学生毕业后直接进入制造型企业数控技术岗位工作打下扎实的基础。CAD/CAM软件在数控编程教学中的应用：

一、应用CAD/CAM软件对手工编程进行校验

数控编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具的位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。数控加工程序主要分为手工编程与自动编程两种，手工编制是计算机自动数控编程的基础，应用计算机进行数控加工自动编程最终也还要经过后置处理转换成数控程序代码。作为数控编程人员，不仅是数控技术的应用者，更应该是数控技术的开发者。因此要使学生知其然并知其所以然，手工编程是学生熟悉并掌握数控程序基本原理的一个重要途径。但数控指令枯燥、不易记忆，编写的程序又不能得到实现，学生学习的兴趣不高，也得不到应有的实际动手的训练。同时对同一零件编程，学生编写的程序会有多种，老师批改作业、检查学生掌握情况也十分困难。这一难题在CAD/CAM软件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中就迎刃而解了；只要将数控程序代码输入软件，通过加工轨迹校验,数控程序的结果就非常直观地仿真出来了。

二、应用CAD/CAM软件设计数控程序和加工方法

应用CAD/CAM软件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中具有CAD绘图建模功能，可以绘制生成三维零件模型，或利用这类软件提供的数据接口将在其它CAD系统中做好的零件模型数据导入，然后综合运用所学过的如《机械制造工艺学》、《金属切削机床》等课程的相关知识，选择合适的加工工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路线、主轴转速等参数后，这类软件便自动计算出机加工余量，并动态显示出与粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码，省去了人为编制数控程序的烦恼。这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学生觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，在数控编程课程中达到了融会贯通，并在计算机上变得生动、形象起来，巩固了学生的机械加工工艺方面的知识，强化了在数控编程教学中应用CAD/CAM软件的效果。

三、应用CAD/CAM软件对刀具轨迹进行动态仿真加工

为确保数控程序的正确性，防止加工过程中刀具发生干涉和碰撞，在实际生产中常采用试切法或轨迹显示法进行检验。但这些方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。应用CAD/CAM软件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中具有模拟仿真功能，可以替代试切法与轨迹显示法，在计算机上直接进行三维或多维立体效果的动态仿真加工。这种在计算机上仿真加工，可以使每个学生反复进行模拟加工训练，省时间、省材料、省设备 1 投入。在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，学生可以直观地掌握数控加工的整个过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀或撞刀等情况，以及刀位点计算是否正确，加深了学生对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。通过对照加工结果，学生明白了不同的刀位轨迹，其加工结果实质上有很大的差异，加工刀具轨迹定义的合理与否，与学生对零件加工工艺知识掌握的熟练程度有密切的关系。学生可以通过动态仿真加工，发挥自己的创造性和综合能力，对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹，实现仿真设汁与加工。

四、应用CAD/CAM软件进行数据传送控制机床加工

应用CAD/CAM软件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中具有数据传送接口功能，可以把在计算机上学生编制的零件加工程序通过数据接口传至数控机床，控制机床进行实际加工。这种把学生亲自编制的数控程序与实际加工直接联系起来，使学生对数控编程理解不仅仅停留在理论知识和感性认识上，实现数控编程教学改革，达到理论联系实际的应用能力综合训练。因此在条件允许的情况下，让每个学生都有机会把自己编制的加工零件数控程序，通过数据接口传到数控机床进行实际加工与检验程序的正确性，并可以获得满意的加工作品。在这个过程中，数控程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用。作为数控程序开发人才，应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识，并得到相应的动手能力训练，提高数控机床的操作能力及系统的维护能力。

CAD/CAM软件在数控编程教学中应用是多方面的，除了满足教学需要外，还可以进行科研项目研究，提高教师自身的业务水平，同时为生产科研服务，开展对外技术培训和技术服务。促进计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的教学与科研活动，推动教学改革与课程的建设。

参考文献：

1、韩旻主编、CAD/CAM应用软件：MasterCAM训练教程，北京：高等教育出版社，2003

2、顾京主编、数控加工编程及操作，北京：高等教育出版社，2003

3、王隆太主编、机械CAD/CAM技术，北京：机械工业出版社，2004

4、王贤坤、王贤坤、陈淑梅 主编、机械CAD/CAM技术应用与开发，北京：机械工业出版社，2004

5、杨伟群主编、CAXA--CAM与NC加工应用实例，北京：高等教育出版社，2005

作者简介：

胡国荣，(1955年出生，籍贯上海)，副教授，单位：安顺职业技术学院现代工程系，地址：贵州省安顺市凤凰西路27号，邮编：561000，电话：***，研究方向：机械制造。

第二篇：数控仿真软件在中职数控教学中的应用

【摘 要】随着我国科技的不断进步，导致了我国工业化的程度逐渐加大，所以说，这就需要更为专业的数控人员，各类中职学校的形式也非常紧张。但是由于中职学校的老师整体素质还不是很高，学校对于学生实训教学的设备还不是很完善，这就导致了在学生学习理论知识的同时并没有得到相应的实践，导致了无法适应现今社会对于工业型人才的要求，从而与社会脱节。为了解决这一问题，就要找出新的出路，从而使我国工业型人才能够适应现今社会的形势。本文针对在中职学校数控教学用寻在的不足进行分析，从而找出相应的对策。中国论文网

【关键词】中职数控教学；数控仿真软件；应用

随着时代的进步，世界经济形式的不断变化，已经从传统的工业手工化发展到现在的全自动化，随着经济形式的变化，世界各国对先进的制造技术都引起广泛的关注，而在工业制造方面，数控技术有其着决定性作用，数控技术发展如何也决定着工业化发展的速度。中职学校的教学目的就是为了培养出一批专业的高素质工业制造仁人才，但是由于中职类学校的师资力量还远远没达到现今社会的需求，学校没有更多的专业设备让学生来动手实践，导致无法让学生达到理论与实践相结合，从而造成中职学校的学生不能满足现阶段工业化高度发展的需要，与社会脱节。数控仿真软件是经过几十年教育过程中摸索出来的一套能够让学生达到理论与实践相结合的桥梁，能够充分的让学生掌握实践技术，同时也能缓解学校在教学实训中不能满足学生要求的压力。

１．中职数控教学中存在的问题

1.1师资力量上的问题

在现阶段中职学校的教育体系中，有许多老师的专业技能不能满足学生们的需要，有些老师是从其他专业转行，更有一些老师自己在数控实训中还没有得到实践，导致了在指导学生过程中会出现许多的问题，而学校也并没有对这一情况太过重视，从而影响学生的发展。另一点就是学校由于资金的短缺，无法购置让学生能够进行实践的专业设备，或者并没有足够的设备，所以说，学生在校期间只能学到理论知识而得不到实践，严重的影响着学生的实际操作能力，不能适应现今工业岗位的需求。

1.2教学质量问题

现阶段的中职数控教学过程中，很多学校还一直沿用传统的教学模式，老师在上面讲，学生在下面听，无法从根本上激发学生学习的兴趣，也不能锻炼学生的创新能力与思维能力。老师对于学生提出的问题也是应付了事，不能系统的对学生进行理论指导，没有理论的指导，导致学生在实践中的盲目性。

1.3安全性问题

数控加工技术是一项需要人为操作的工业技术，由于学校老师的指导不力，再加上学生没有经验，就导致了在学生实训期间由于疏忽造成的重大事故，不仅仅给学校的设备造成了严重的损害，同时也给学生的身体造成极大的伤害，并在学生心理留下阴影。

2.数控仿真软件的利与弊

数控仿真软件就是利用计算机的编程，制造出的一套能够让学生仿真实践的软件，它能够将三维以及二维图形能够以动态的形式将其演示出来。它的优点就是：能够充分的并且全面的模仿数控实训教学的加工过程，能让学生在电脑前进行实践操作。它需要的配置较低，并不需要高端的微机才能操作；而且其兼容性非常强，安全系数高，不会像真实车床加工中容易导致危险，也不会像真正实训过程中容易发生人为的事故，对学生造成损伤；还有一个优点就是不需要任何的原材料，投入的资金相当少，也不会浪费资源，同时也为老师与学生架起了沟通的桥梁。

数控仿真软件不仅能够满足学校教学实训的需要，同时也能调动学生动手操作的积极性，从而来培养学生的创造力与想象力，同时也解决了中职数控教学内容的枯燥性，让学生养成宜城 iyd

自主学习的习惯，同时增强学生的自信心。老师也要全面了解学生的情况，有针对性的对学生进行软件使用指导。

但是，这种数控仿真软件也有其弊端，因为毕竟仿真软件并不是真实的实践过程，与真实的操作还有着很大的差别，只是对数控加工过程的虚拟演示，仅能够让学生体会实践的方法以及对实际操作的熟悉。这样，就造成了学生没有真正进行实践，在将来的工作过程中会有一些客观问题存在，在数控仿真软件的使用中，发生任何事故都可以重新开始，在此操作，而在真实的操作过程中，一次失误就可能造成极其严重的事故，导致在真正工作中会产生紧张的心理，操作失误，从而起到负面作用。所以，要想解决这一问题，就一定要让学生在仿真软件与真实操作中做好结合，锻炼学生实训操作的规范性。

3.中职数控实训教学如何正确使用数控仿真软件

数控仿真软件能否在中职数控实训教学中发挥其真正的作用，从而达到预期的效果，这与学校与老师的正确教导是分不开的。

在数控实训教学中一定要合理的使用数控仿真软件，在实训课堂中，一定要突破以往传统的教学理念，要以学生为中心，并且有针对性的对学生进行实训指导，这样才能够提高学生的学习兴趣，锻炼学生的创新能力与想象能力，但是，老师一定要掌握好整个实训过程的方向，严格控制学生来合理的使用仿真软件。

在数控实训教学过程中，老师与学生不要过分的依赖数控仿真软件，主要让学生学会数据的编程以及加工的流程，让学生清楚的明白数控仿真软件操作并不是真正的实际操作，不能满足学生的实际操作要求，只是能够让学生在实训资源匮乏的基础上了解实际操作的过程与内容。

4.总结

数控仿真软件作为一项新技术，而且能够及时解决学生在校期间实训难的问题，从教学的效率以及效果上来看，不仅仅解决了学校由于资金紧张而无法满足学生实训操作的问题，而且也改变了传统枯燥乏味的教学方法，提高了学生的积极性，锻炼了学生的思维能力。但是数控仿真软件与真实的实际操作还有着很大的差距，所以说，如何能够把握好这个度，就成为了现阶段中职学校以及老师的首要任务。[科]

【参考文献】

［１］张福荣.数控加工仿真系统软件在数控技术实训教学中应用研究[J].电脑学习,2010,(03)．

［２］史毅.浅谈数控仿真软件在高职专业教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2011,(04).［３］缪天山.浅谈数控仿真软件在技校数控专业教学中的应用[J].时代教育(教育教学),2011,(09).［４］乔卫红,魏秋红.数控仿真在数控技术专业教学中的应用分析[J].现代商贸工业,2011,(16).转载请注明来源。原文地址：

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第三篇：圆方程在数控编程中的应用教案

附件3

案

例

——圆方程在数控编程中的应用

使用数控机床进行零件加工时，必须首先将零件图纸上的信息处理成数控系统能识别的程序，即数控编程。数控机床就是依据程序来控制机床的运转和操作。

数控系统加工的零件轮廓或刀具运动轨迹一般由直线与圆弧组成。在编制程序时，需要根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间确定一些中间关键点，向各个坐标轴发出进给指令，将工件的轮廓或刀具的运动轨迹描述出来。

完成线性进给指令G01 X_Z_F_（X,Z：线段终点坐标），需以线段起点为基点，确定线段终点坐标。

C1.5 Z A O B G x

如图所示的特殊形体零件由锥体素线与圆弧相切所组成，现要数控编程加工其GB段。根据线性进给指令的要求，我们数学课要解决的问题就是以线段起点G为基点，计算线段终点B的坐标。

教学实案

——圆方程在数控编程中的应用

一、复习巩固

1．已知直线经过点Px0,y0，斜率为k，求直线方程.2．已知圆心为点Ah,k，半径为R，求圆方程.二、提出问题

有一如图所示的特殊形体零件，由锥体素线与圆弧相切所组成。现要数控编程加工线段GB，已知线性进给指令为G01 X_Z_F_，其中X,Z：线段终点坐标，F：被编程两个坐标轴的合成进给速度.不考虑进给速度F，请同学们完成这个指令.C1.5 Z A O B G x

三、分析问题

提问：这个问题涉及数学体系中哪部分内容？具体说明.（中等学生回答：问题涉及平面解析几何中直线和圆的知识，线段GB的终点B是直线与圆弧的切点.教师订正）

提问：平面解析几何问题一般如何解决？（较好学生回答：一般先建立合适的直角坐标系，然后求出直线或者圆的方程，最后求出需要的点的坐标或者相关数值.）

现在，请同学们思考：合适的直角坐标系应如何建立？你想借助于哪些点或者线？ 这时，让学生自主建立直角坐标系，自由讨论，评选出哪位同学方法最佳.最后教师指出：不考虑工件坐标系的要求，为了方便计算，我们以圆弧终点为坐标原点O、平行于工件的轴线方向为X轴、垂直于工件的轴线方向为Y轴建立平面直角坐标系.教师此时在黑板上画图.y A O B G x

提问：请一位同学用数学方式把问题叙述出来.（较好学生回答，教师板书）如图所示，圆弧与直线相切于点B，1.建立圆弧OB所在圆的方程； 2.建立直线GB的方程； 3.求切点B的坐标.四、解决问题

提问：已知圆的半径R12，要建立圆的方程还需什么条件？（较差学生回答：圆心的坐标）现在，请同学们自己完成求圆心的坐标.解：作AFx轴，垂足为F OA=R=12,OAF=300xA=12sin300=6yA=12cos300=10.392 y A 即点A6,10.392.提问：已知圆心A6,10.392，圆的半径

O F G B x R12，圆的方程应是什么形式？

（较差学生回答：圆的标准方程为x-62+y-10.3922=122）.下面，我们来解决第二个问题.提问：你想建立直线BG的哪一种形式的方程？（中等学生回答：点斜式，并且点是指G）

提问：点G的坐标应在零件图上找，请一位同学回答.（中等学

生

回

答

：

y A E O F 1xG30,yG40305）

2接下来，我们共同求直线BG的斜率.联结AG，作GEAF，垂足为E.在RtAEG中,G B x 1AEAFEF10.392(4030)5.3922

EG=30-6=24

tanAGE=AE5.392==0.2247 EG24查表得： AGE=1240 AG=AE2+EG2=5.3922+242=24.6

在RtΔABG中,AB=R=12,AG=24.6

sinAGBAB120.4878 AG24.6查表得： AGB29012

EGBAGBAGE29012-12040=16032

kBGtanEGBtan16032=0.2968

提问：已知直线BG斜率为0.2968，点G的坐标为30,5，请一位同学回答直线BG的点斜式方程.（较差学生回答： y50.2968x-30）接下来，学生自主完成求切点B的坐标.x-62+y-10.3922=122 y-5=0.2968x-30xB=9.2,yB=-1.172

即点B9.2,-1.172.到这里，我们的数学目标就完成了.而事实上，工件坐标系的原点一般情况下应选在工件轴线与工件的前端面或后端面的交点上，工件坐标系的z轴和x轴分别是直角坐标系的x轴和y轴.同学们在完成线性进给指令

G01 X_Z_F_时要注意坐标轴的平移和转换.五、小结

这里，我们应用三角函数、平面几何和解析几何的综合计算解决了数控编程中的数学问题。今后，在专业课的学习过程和生产实践过程中，类似的问题我们还会遇到，需要同学们认真识图，认真分析，从中抽象出涉及的数学知识或其他学科知识，加以结合，达到目标。

六、布置作业

如图所示的特殊形体零件，为锥体素线与圆弧相切所组成。现要数控编程加工圆弧AB，已知圆弧进给指令为G02（G03）X_Z_I_,J_,R_F_，其中X,Z：圆弧终点；I,J：圆心相对于圆弧起点的偏移值；R：圆弧的半径；F：被编程两个坐标轴的合成进给速度.不考虑进给速度F，请同学们课后完成这个指令.

第四篇：PE数控编程中的应用技巧

引言

Pro/ENGINEER软件是CAD/CAM一体化的实用软件之一，在航空、航天领域、电子通信等精密加工领域都有普遍应用，可进行三至五轴铣削以及车削、线切割的数控加工过程设计，对产品进行加工过程仿真及对工件进行切削干涉检查并直接生成加工程序。由于软件的整个系统建立在统一的数据库基础上，能将整个设计至生产过程集成在一起，具有全相关性，应用它进行数控编程，避免了加工过程对产品进行二次建模，使用方便，数据提取可靠，可以避免在加工过程中对产品的重复设计可能发生的错误。笔者自使用该软件以来，成功完成了精密馈电零件、高精度天线座架和大型天线模具的多种产品的程序设计，如图1所示。以下是应用该软件过程中的一些技巧和体会，与大家共飨。

图1 天线上的馈电、座架、模具产品 应用技巧 2.1 工作路径的设置

Pro/ENGINEER的工作路径的设置是很重要的，因为Pro/ENGINEER缺省的启动路径是在 Pro/ENGINEER安装路径下的BIN文件夹，该文件夹存储Pro/ENGINEER最重要的各种命令。如果不设置工作路径，随着工作的进行，会直接把零件文件、装配文件、加工文件和相应的Trail文件都保存在此文件夹中，给文件的管理带来很大的麻烦，所以一定要建立自己的工作目录，并且能做到文件的分类存放，统一管理。工作路径设置的方法是：在文件目录下选择工作路径目录，然后选择需要设置的路径及文件夹作为工作路径后，确定就可以了。

2.2 Config文件的正确应用

Config文件是Pro/ENGINEER的系统配置文件，几乎可以满足对Pro/ENGINEER的所有要求，不仅在进行产品设计过程需要用到，在进行加工过程设计时也有非常重要的参数设置。通过这些设置，可以把Pro/ENGINEER定制为所需的工作环境。下面是在加工过程中经常需要设置的参数。

（1）Mfg_auto_ref_prt_as_chk_srf：选择yes或 no，在3、4和5轴“轮廓”和“常规”铣削序列中，缺省情况下选取整个参照零件作为检查曲面，用于计算这些序列的“NC序列”刀具路径。

（2）Mfg_info_location：选择top_left，bottom_right，用来设置“制造信息”对话框的位置。

（3）Mfg_xyz_num_digits：缺省值为10，在CL数据文件中，为x、y、z数据点设置数字位数。

（4）Nccheck_type：包括：vericut（缺省），指使用CGTech公司提供的Vericut；Nccheck，使用Pro/NC-CHECK。2.3 工件坐标系选择技巧

机床坐标系是机床上固有的坐标系，都设有固定的坐标原点。在实际加工中，通常会选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为原点建立一个工件坐标系。应用软件进行程序设计时的坐标系就是实际加工时的工件坐标系。工件坐标系的合理确定，对数控编程及加工时的工件找正都很重要。为提高零件加工精度，程序原点应尽量选在零件的设计基准和工艺基准上，如对于以孔定位的工件，以孔的中心为程序原点就比较合适。程序原点也可以选在两垂直平面的交线上，这样不论是用铣刀还是用测头都可以很容易找到交线的位置。对于几何形状不规则的产品，要根据产品的具体情况来选择工件坐标系。通常都要遵守以下原则：在机床上容易找正、编程方便、对刀误差小、加工时检查方便、可靠和所引起的加工误差小等。

2.4 刀具切入和切出工件的路径设计

应用腔体类、轨迹类加工方式，如不作特殊设计，刀具会按照系统计算的位置进行刀具的切入和切出，但有时这个位置并不是程序设计人员需要的。例如，对于薄壁产品的铣削加工，为减少刀具的轴向切削力，防止工件变形，一般首先会在工件落刀位置打孔，轴向进刀时，要求刀具从落刀孔位置轴向进刀，侧刃铣削，以减小切削力，防止工件变形。在刀具路径优化功能中可以对刀具切入和切出位置做具体设计，这个功能可以应用于整个腔体加工，也可在指定的工件层或者位置进行刀具切入和切出设计。实际应用的方法有三种 ：新建或者选择基准点作为刀具轴向切入和切出的位置，这个点可以投影到垂直于安全面的所有加工层上 ；新建或者选择基准轴线进行刀具的切入和切出位置设计，这个轴线可以是工件上的，也可以是毛坯上的，必须垂直于安全面，同样刀具轴向的切入切出都是沿轴线的位置 ；用草绘工具，在加工坐标系的XY平面上进行刀具切入和切出的轨迹设计。可以应用Pro/ENGINEER软件的草绘功能对刀具切入切出产品的路径进行设计，可使刀具沿零件轮廓法向垂直切入或者使刀具沿零件轮廓切向切入，并可以控制刀具切入切出的延伸距离。2.4.1 切削深度控制

在加工腔体类的零件，特别是型腔深度尺寸比较大时，刀具切深的控制非常重要。随着加工过程的进行，刀具悬深尺寸逐渐增大，对切削深度的要求也会不断变化，参数表中的Step-Depth参数被定义为加工中刀具的层切削深度，适用于整个腔体加工，但在某些有特殊要求的零件，考虑加工效率和加工性能，使用同样切深却不一定适用。在加工过程优化设计中，可以对刀具的切削深度进行控制。

（1）Upto Depth:每层按切削深度加工至设定的深度。

（2）From－To Depth:在一个特定的深度范围内分层加工。

（3）Slice/Slice:按照每层设定的层深生成刀具运动轨迹，需要设置每层的加工深度。2.4.2 切削速度的控制

在切削加工过程中，在刀具切入、切出、圆弧走刀、直线走刀等情况下需要设置不同的切削速度，在高级参数表设置里可以根据不同的加工部位设置不同的切削参数。

（1）Cut-Feed :切削加工进给速度。

（2）Retract-Feed :刀具返回安全面的速度。

（3）Free-Feed :快速进给速度，如果不设定的话，该速度应用机床默认的缺省值。

（4）Arc-Feed :圆弧加工进给速度。

如果加工一个工件时刀具轨迹既有直线又有圆弧，往往对直线加工和圆弧加工设定不同的切削速度。为提高加工效率，通常也会设定刀具返回安全面的速度。2.4.3 轨迹加工时的刀具路径优化设计

Pro/ENGINEER的轨迹加工方式给程序设计人员很大的自由度，可根据不同的加工产品进行刀具加工轨迹的设计。以下是加工轨迹设计的4种方式。

（1）草绘刀具加工轨迹。

（2）选择曲面的边作为刀具轨迹。

（3）选择或者草绘曲线作为刀具轨迹。

（4）选择曲面作为刀具加工轨迹。

对于几段不连续的轨迹加工，可以在刀具路径优化的菜单下，通过插入方式将不连续的加工过程连接起来，不再进行切削过程的重复设计，使加工过程设计更为简捷。具体做法是：在刀具路径优化菜单下，分段插入新的刀具轨迹路径，并且在轨迹加工方式下可以对刀具的运动方向、刀具半径的偏置方向进行控制，并可根据加工产品的结构要求进行刀具的深度方向偏置。

2.4.4 五轴机床加工坐标系转换技巧

在五轴加工过程设计中，工件X、Y、Z轴的方向只要确定，其余两轴也就确定了。通常情况下进行曲面和轮廓的五轴加工可直接应用工件坐标系，但在体积铣削和腔体铣削加工时，也会涉及到工件坐标系和工步坐标系之间的相互转换，在这两种加工方式下，只能提供三轴加工方式，刀具轴线必须沿工件坐标系的Z轴方向加工，如果零件上的腔体位置相对工件坐标系已经旋转了一定的角度，三轴方式无法生成刀具加工轨迹。这时需要对该工步应用的坐标系进行平移旋转，也就是使工步坐标系和工件坐标系之间进行相互转换。具体方法是：对于在五轴加工中需要旋转角度进行腔体或体积加工的产品，重新设计工步加工坐标系和相应的安全面，并在该工步中选择该坐标系和安全面，使刀具沿垂直于新坐标系的Z方向进刀，坐标系之间的转换关系如图2所示。

图2 五轴加工坐标系转换示意图

其中 CS0——工件坐标系 ；

CS1、CS2——旋转后的加工坐标系。

在产生加工NC文件时，系统自动计算工件坐标系和新的工步坐标系的位置关系，在生成加工程序时自动将刀具的刀位点换算成工件坐标系的坐标数值，实现一个加工过程中不同坐标系之间的转换。

2.4.5 曲面加工加工精度的控制

Pro/ENGINEER的加工模块提供了两种曲面加工的方式 ：Conventional Surface Milling（常规曲面加工）和Contour surface milling（等高线曲面加工）。曲面精度控制是曲面加工中的重要环节，通常会应用参数控制曲面精度。

（1）TOLERANCE指公差。主要用来控制刀具曲线加工路径的精度，在刀具按直线插补走刀时，两点之间的连线和理想曲线的最大间距用公差控制，如图3所示。公差数值越小，则曲线的精度就越高。

图3 公差示意图

（2）SCALLOP-HGT：使用球头铣刀加工曲面的时候，刀具两次走刀过后，在工件表面会形成一个凸台，如图4所示。

图4 SCALLOP-HGT参数示意图

该参数主要用来控制曲面加工中的凸台高度，当球头刀按照参数表中的步距加工曲面时，如果形成的凸台尺寸超过该参数设置值时，系统自动按照该尺寸重新计算刀具的步距，确保曲面的精度要求。2.4.6 高速加工的参数设置

在体积铣削中进行高速粗加工时，可将参数ROUGH_OPTION（加工方式）设置为ROUGH_ONLY，将SCAN_TYPE设置为CONSTANT_LOAD（恒载荷），使刀具在高速加工时处于恒定的切削条件，刀具从工件的外侧材料逼近，恒定的凹口载入，尽量避免刀具方向突然发生改变，减少重新定位移动。

在体积铣削中进行高速轮廓加工时，可将ROUGH_OPTION参数设置为PROF_ONLY，将SCAN_TYPE设置为CONSTANT_LOAD，尽量避免刀具方向突然发生改变，使用连续刀具路径，减少重新定位移动，使用弧线或螺旋线移动的“进刀”和“退刀”运动来保证加工产品的表面质量。2.4.7 后处理程序的开发应用

Pro/NC生成ASCⅡ格式的切刀位置(CL)数据文件，在进行任何加工操作之前这些文件需要进行后处理以创建“加工控制数据(MCD)”文件。可通过设置配置选项NCpost_type来控制要使用的后处理模块。在进行产品加工设计之后，需要应用相应的后处理器对产生的刀位文件进行后置处理，以生成机床可以识别的NC代码。由于每种设备的结构、功能以及使用的数控系统不尽相同，后处理器不能通用，需要使用者针对具体设备的数控系统进行二次开发，如图5所示。所开发出的不同数控系统对应的后处理器，能够处理不同类型格式的刀具路径文件，并做优化处理以满足不同类型的机床、系统、零件加工需求，生成NC程序不需人工做二次修改而直接应用于机床。

图5 后处理程序开发界面 结束语

以上是笔者在应用Pro/ENGINEER软件进行程序设计后总结出来的一些应用技巧和体会。通过对大量零件的程序设计及实际检验，应用软件的MFG加工模块可以进行各类复杂结构产品的加工过程设计，其中应用高级曲面加工模块完成复杂曲面产品五轴机床数控加工，应用高速铣削技术进行薄壁多腔体结构件的加工、高精度产品的加工等关键技术的解决，取得了良好的技术经济效益。在进行程序设计时，还需要考虑刀具路径及程序优化，切削参数及切削方式的优化等问题，在满足产品设计要求的前提下，降低加工成本，提高产品的生产效率。

第五篇：浅谈斯沃数控仿真软件在数控教学中的应用

中等职业学校专业骨干教师国家级培训

文章题目: 浅谈数控仿真软件在数控教学中的应用

姓 名: 李 小 军 所在省市: 安徽省合肥市 所在单位: 安徽肥西花岗职业高级中学

浅谈数控仿真软件在数控教学中的应用

（南京斯沃数控仿真软件）

摘要：数控加工仿真是利用计算机来模拟实际的加工过程，是验证数控加工程序正确性和切削过程的有力工具。随着数控加在机械制造业中的广泛应用，数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。各职业技术学校紧扣市场需求，大力发展数控加工专业。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和操作训练．这样不仅可迅速提高操作者的素质，而且安全可靠、费用低。另外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，来提高教学效果和实训效果，解决了实训中存在的一些问题。使实践教学达到事半功倍的效果。

关键词：数控技术；数控编程操作；仿真软件； 数控实训 引言

随着现代技术的飞速发展，数控技术已经成为衡量制造业发展水平的重要标志之一，也是衡量一个国家综合国力的重要标志，是现代机械制造业的核心技术。由于数控技术在机械制造业中的重要性，国内一些高、中职院校陆续在机械专业开设了数控课程。但由于教学条件的限制，许多学校只能传授理论知识，而不能将理论付诸于实践。既不能培养学生的实际应用能力如数控编程能力、数控机床的操作能力及系统的维护能力，也不能培养学生数控技术的开发能力。这样培养出来的学生毕业后走上工作岗位不能很快地在数控技术的应用与开发方面独当一面。

数控机床科技含量高，品种繁多、价格较高，一台数控车床通常需十来万，数控铣床则一般需二三十万，而一台数控加工中心价格更高，少则几十万多则几百万。作为中职学校，就一个班五十人来说，则至少需投入同种机床10几台，才能展开正常的实训教学工作，所以投入至少上百万，同时数控机床的实训消耗多，成本高，比如刀具、工件材料的消耗，每生少则也需好几十元。所以数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练，即使是实力雄厚的培训院校和企业既无必要也无力承担起此种消耗与投入。因此探索一种新的数控加工技术教学模式来达到投入少、见效快、培养的学生适应性强，学校企业欢迎的教学模式势在必行。经调研，了解并试用了国内几家较好的数控加工仿真教学系统，我们最终选择了南京斯沃数控仿真软件，此软件能在计算机上进行三维动态仿真，操作方法及功能使用同真实机床基本一致，并能进行手工编程和C A M编程练习，与国内各大机床厂生产的各类数控系统有较好的兼容性。使用数控仿真系统能大大节省学校有限资源，弥补师资的不足，并在学习中能达到一人一机，激发学生学习兴趣，还可以提高学生对不同系统的适应能力。即使操作失误也不会损坏机床、危及人身安全，同样会起到真实设备的教学效果。

一、斯沃数控仿真软件简介

数控仿真软件是通过计算机的编程和建模，将加工过程用三维图形或二维图形以动态形式演示出来的软件。目前比较常见的有上海宇龙、南京斯沃、北京斐克等数控仿真软件，例如我校使用的南京斯沃有以下几个优点：能全面的仿真数控加工的过程，包括机床设定(支持多种数控系统)、定义毛坯、刀具准备、基准测量、G代码处理、面板操作等；配置要求低，只需仿真软件和要求不是很高的微机。并能与多种计算机操作系统兼容；操作的安全性很高，不会因为学生的错误操作而造成人身伤害，更不会损坏机床；不需要原材料，投入资金少，占地小。不会造成资源的浪费；利用网络可以搭建交流平台，为师生提供良好的交互空间等。

1、定义毛坯及选择刀具

利用数控仿真软件的操作模块，结合实际数控机床及相关工艺知识，选择合适的机床型号及系统类型，如图1；根据所加工零件形状定义工件毛坯的大小和材料，确定工件装夹方式；在所提供的刀具库中正确选择刀具。

2、进行手工编程，然后校验该程序

数控机床加工时所需的全部信息，即零件的图样尺寸、工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向以及其他辅助动作的总和，将这些信息再按规定的代码及格式编制成数控程序，然后将程序内容记录在控制介质上，输入到数控装置，从而控制机床加工。数控程序的编制对学生科学思维和专业技术要求很强，单纯的理论教学易使初学者感到抽象、难学；加上现在大多中职学生专业基础知识较为薄弱；数控指令本身枯燥、不易记忆，编写的程序又得不到实现。学生编写同一零件的加工程序会有多种，批改作业十分困难，这一难题在数控仿真软件中得以解决，将数控代码输入编辑方式下的程序界面上，如图2。然后按照实际数控机床的操作步骤进行回参考点、对刀、设定刀具补偿，在自动运行方式下执行程序，可以直观看到加工过程，判断所编程序是否合理，如图3。这样使抽象、枯燥的学习变得形象、生动，更容易掌握，突现了数控加工仿真软件在教学中的优点。

3、CAM编程加工

利用C A M类软件如C A X A、P r o/e、UG、Master CAM中的前处理功能即绘图功能对零件进行三维实体建模，选择合适的加工工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后，CAXA系统便自动计算加工余量，并动态显示出和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具轨迹和NC代码，然后将零件的NC程序传入到数控仿真软件中进行模拟加工仿真，省去了手工编制程序的烦恼。这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学生觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，在数控技术课程中达到了融会贯通，并在计算机上变得生动、形象起来，巩固了学生的加工工艺方面的知识，强化了数控教学的效果。

二、数控仿真软件在数控实习教学中的作用

1、利用数控仿真软件可以弥补设备的不足。

由于大部分中职学校数控设备种类不齐全、数量不足，那么学生实训可以在仿真系统中实现。使用仿真软件，也大大减少工件、刀具、材料和能源的消耗，从而可以降低培训成本。

2、提供了多种机床和多种系统。

当前数控机床的种类和系统厂家众多，数控仿真软件提供了基本涵盖当今我国数控加工中常见的数控机床和主流的数控系统，教学时可根据需要选择相应的机床和系统对学生进行授课，提高学生对不同数控系统及不同数控机床的适应能力，使学生到了工厂后能在最短的时间内融入到生产当中。

3、安全性高，便于学生学习。

由于数控加工仿真系统不存在安全问题，不会因为学生的错误操作而损坏机床，更不会造人身伤害，学生可以大胆地、独立地进行学习和练习。软件中不仅具有对学生编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。这些功能使得学生可以进行自我学习，自我检测加工零件几何形状的精度，大大降低了教师的工作强度。

4、方便了教师授课。

实习教学中，如果教师仅仅在课堂上讲解，学生会难以理解，所以较多的授课内容是需要教师进行示范的，教师在机床上对学生进行示范时，很难保证所有的学生能够听清、看清，教学效果往往不太理想。而数控加工仿真软件的互动教学功能使得教师可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容，使所有的学生均能清楚地观看并进行模仿，同时教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况，实时了解教学情况并对学生进行指导。

5、可在计算机上完成所编程序的检验，减少实际操作出错的概率。

在实际操作时，我们一般利用机床的图形模拟校验功能来检验程序的正确性，每个学生占用机床时间较长，同时，由于图形模拟也只能观看零件的大致轮廓，对于程序中的一些细小处的错误判断不出。所以在实际操作前，学生可以在数控仿真软件上输入程序，将校验的步骤放在计算机上完成，观察零件的加工情况，最后将正确的程序通过键盘或数据传输方式输入到数控机床中，这样既可节省时间，又提高了加工中的安全性。

三、数控加工仿真软件存在的常见问题及解决办法

首先，和真实的数控机床相比，数控仿真软件中的各类机床只能做到基本相同，而其中一部分指令，一部分操作方法还是存在一些不同之处，有不少功能在仿真软件上还体现不出来。如fanuc系统的直接图纸编程功能，siemens系统的蓝图编程功能，华中系统的G71凹槽粗车循环等，很容易使学生认为实际机床不具备这些功能。

其次，数控加工仿真系统只是加工过程的模拟并非真实加工过程，它无法代替真实切削加工。因此，学生在利用数控加工仿真系统进行编程与操作练习时，往往容易忽视切削用量的选择、刀具的选用、零件的装夹等方面，一旦到了实际生产中便可能出现打刀现象或影响实际零件的加工质量、降低生产效率等问题。

另外，由于数控加工仿真系统不会出现任何事故，使学生容易放松对安全生产的要求，而对于在练习时出现的撞刀等现象也毫不在意，习惯一旦养成，会在实际生产中造成重大损失。

因此，我们在使用数控仿真软件教学时，应注意以下事项：

1、合理安排数控加工仿真软件学习的阶段。

我校的数控加工专业的学生，数控仿真教学一般安排在普通车床、铣床等设备学习完后，数控操作的初学阶段，这样学生具备一定的加工基础，学习起来较容易，而且教师利用仿真软件进行初期培训的效果比较好，同时也可避免初学者易出现的事故。

2、严格按实际操作的要求进行。

虽然是在计算机上进行仿真加工，但教师一定要要求学生按照实际操作加工中的要求来做，如正确装夹零件，合理选用刀具及切削用量；对刀的步骤和动作也要规范，让学生在学习的初期就养成正确的习惯。另外，应尽量避免使用计算机的键盘而采用鼠标点击仿真软件上的系统面板，使学生尽快熟悉面板上各键的位置，等到实际操作时就能很快适应。

3、及时说明软件与机床不符之处。

对于软件中和机床的不同之处，教师应及时给学生说明，并根据机床的实际情况对学生详细讲解，以免使学生产生误解，影响到将来在机床上的编程与操作。

4、分配好仿真软件学习和机床操作练习的时间比例。根据总的实习时间，合理分配好软件练习和机床操作的时间，特别是当实习条件较好时，上机操作的时间应占较大比例，因为数控仿真软件的优势体现在入门基础培训上，学生实际操作技能的提高主要还是要依靠上机实际操作练习。

多年来我校在教学上的应用已经体现了斯沃数控仿真软件的种种优点，我们相信在不断的尝试和研究下，能够进一步地减少它的负面效应，使数控仿真软件在数控实习教学中发挥出更大的作用。

四、结论

综上所述，我校通过数控仿真软件的使用，使学生在学习数控编程理论时，课堂教学变得更加生动、具体．提高了学生的学习兴趣，教学效果明显提高。对学生机床操作能力的培养也起到了极大的提高和加强作用。同时该系统还减轻了教师的下作强度，减少了工件材料和能源的消耗，节约了实践环节的培训成本。但是两者之问始终还有差距存在，二者不能混为一谈相互替代，只有在教学中科学、合理、有效的利用仿真软件才能为教学服务，并在教学过程中积极思考其在应用中可能产生的问题，主动采取应对措施，并将仿真训练与实践操作训练有机结合，就一定能收到事半功倍的效果。

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]万国银．在字龙数控仿真软件中实现程序快速输入的方法[J].数控机床市场．2008(5): [3]孔笤．数控仿真软件在教学中的思考[J]．广西轻工业，2009(10)．

[4]刘才志．数控仿真软件在数控教学中的应用之思考[J]．湖南 工业职业技术学院学报，2008(2)．

[5]数控加工仿真系统使用手册．南京宇航软件工程有限 公司． [6]数控加工编程与操作．中国劳动社会保障出版社．

[7]数控车床加工工艺与编程．中国劳动社会保障出版社，[8]数控加工编程与操作．华中科技大学出版社．