基于UG CAD/CAM的數(shù)控教學實踐*

邱麗梅 晉芳偉

（三明學院 福建 三明 365000）

基于UG CAD/CAM的數(shù)控教學實踐*

邱麗梅 晉芳偉

（三明學院 福建 三明 365000）

針對初學者對數(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生數(shù)和有限的數(shù)控機床之間的矛盾，提出引入基于UG CAD/CAM的數(shù)控教學。

UG CAD/CAM；數(shù)控教學；數(shù)控編程；模擬加工

計算機輔助設計及制造（CAD/CAM）技術已經越來越多地應用在數(shù)控加工領域。數(shù)控機床品種多，價格昂貴，占地面積大，如果學生的數(shù)控機床操作訓練完全依賴數(shù)控機床進行，投入大、消耗多、成本高，一般高校都難以承擔相關投入。而計算機輔助設計及制造（CAD/CAM）技術恰好彌補了以上實訓缺陷，學生可用其對數(shù)控裝置進行仿真操作，滿足了教學需求，能使學生達到實際操作訓練的目的，并且安全可靠，收到了真實設備操作的教學效果。在實踐中，動態(tài)的仿真操作使教學過程易教、易學，學生課堂學習興趣倍增，教學效果顯著提高。

UG CAD/CAM的應用

Unigraphics NX（簡稱UG）是國際上應用最為普遍的集一流計算機輔助設計、輔助制造和輔助工程（CAD/CAM/ CAE）為一體的大型軟件，是目前市場上功能最齊全的產品設計工具之一，廣泛應用于航空、車輛、機械、模具等行業(yè)的產品設計、分析和制造。

UG CAM模塊向用戶提供了當今世界上最好的數(shù)控自動編程技術，利用它可根據(jù)加工任務生成實用且經過優(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)控機床即可用來加工各種零件。其強大的后置處理工具可實現(xiàn)與任何數(shù)控機床相結合，是一個高效率、高質量的制造解決方案。因此，我們選擇了UG CAD/CAM進行輔助數(shù)控教學。學生只需在自己的計算機上安裝某一版本的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)控理論教學中的應用

數(shù)控編程就是完成編輯數(shù)控代碼指令的過程。現(xiàn)在的教學過程大多是利用多媒體課件結合黑板板書來給學生講解代碼指令。學生在初學編程時，由于無法理解數(shù)控機床在執(zhí)行指令時的零件加工走刀情況，對代碼指令理解比較片面，甚至難以理解。因此，我們在現(xiàn)有數(shù)控教學中引入基于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，使教學更貼近數(shù)控生產實際，幫助學生理解零件加工的走刀情況，掌握代碼指令。

我們結合學生感興趣并熟悉的實例展開教學，例如，編制圖1鼠標模型數(shù)控銑床加工程序。為了提高教學效率，在備課時可以先使用UG CAD完成零件的三維建模，課堂上再引入UG CAM三維數(shù)控模擬制造過程，形象地講解相關代碼指令。鼠標零件圖如圖1所示，鼠標三維模型圖如圖2所示。該鼠標的毛坯是個長方體，材料為ZL104，尺寸為100mm× 50mm×40mm，其四周側面和底面已經加工好了，可以作為本次加工的安裝面，這樣可以對工件上需要加工的幾何形狀進行分解和統(tǒng)計，其中加工型面包括：頂面1、封閉小凹槽、4個沉頭孔、輪廓四周側面、上下臺階面。

圖1 鼠標零件圖

圖2 鼠標模型三維圖

由于篇幅有限，在此只給出鼠標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。

要結合模擬過程，將每個動作該用什么指令及其應用格式及應用時該注意的問題詳細地板書講解。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鼠標模型的三維模擬加工過程，能使學生清楚程序的動作順序，該在什么位置，用什么指令，完成什么內容。經過反復練習，學生能真正掌握編程規(guī)律，加深對程序的理解。

UG CAD/CAM在數(shù)控實踐教學中的應用

目前，我院有3臺數(shù)控車床，2臺數(shù)控銑床和1臺加工中心，遠遠不能滿足學生操作實訓的需求。因此，我們在有限的實機操作訓練外，采用UG CAD/CAM軟件讓學生進行仿真三維模擬加工。在UG CAD/CAM中，從零件設計圖開始，到最終加工程序的產生，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軟件讓學生進行仿真三維模擬加工訓練，能達到如下幾個教學目的：（1）增加學生對數(shù)控機床的感性認識，減少學生對數(shù)控機床的畏懼心理。（2）能使學生掌握數(shù)控加工的對刀方法。對刀是數(shù)控機床操作最基本也是最重要的操作，對刀不正確容易造成刀具或機床損壞，是學生操作訓練的難點。由于仿真操作不存在刀具或機床損壞的問題，學生可放心地反復操作，直至正確熟練地對刀。（3）培養(yǎng)學生數(shù)控機床實際操作能力。學生第一次操作機床時都會比較緊張，怕?lián)p壞刀具或機床而不敢下刀切削，或由于緊張而產生誤操作。通過模擬訓練，學生在輕松的環(huán)境中進行操作，容易掌握操作過程，熟練后再操作實際機床，就沒有緊張心理，操作過程不容易出錯。（4）使學生掌握自動編程。對于簡單的零件，只需通過手工編程，但對于復雜的零件，應借助計算機來自動編程。通過UG CAD/CAM軟件的三維模擬加工訓練，就能讓學生很好地掌握自動編程的全過程。

我院在數(shù)控教學中引入形象直觀的三維模擬加工，取得了以下良好的教學效果：（1）豐富了理論教學內容，提高了學生的學習興趣和效率，取得了立竿見影的效果。（2）對于實踐教學，不僅解決了我院日益增加的學生數(shù)和有限的數(shù)控機床之間的矛盾，而且讓學生掌握了零件的自動編程及整個加工過程，同時還讓學生掌握了數(shù)控機床操作。總之，在教學中引入UG CAD/CAM三維模擬加工，學生上課的興趣倍增，在理論教學和實踐教學中都取得了良好的效果。

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邱麗梅（1981—），女，福建三明人，碩士，福建三明學院講師，研究方向為機電一體化及模式識別。

三明學院教改項目 《虛擬數(shù)控技術在數(shù)控課程教學中的應用》（項目編號：L1017/Q）；福建省教育廳科技項目 《基于多點模型和改進BFGS算法的人臉姿態(tài)估計研究》（項目編號：JK2009037）

G712

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1672-5727（2012）04-0166-02