淺析UG在中等職業學校數控教學中的應用

張 歡

（江蘇省交通技師學院，江蘇 鎮江 212000）

1 UG三維數控建模軟件的應用背景

隨著計算機信息技術、自動化控制技術在現代制造業中的廣泛應用，所形成的先進制造技術日益引起各國的重視，它是提高制造型企業國際競爭力和創新能力的根本途徑，而數控技術是先進制造技術的主要標志。因此中等職業學校的實習教學，開始由傳統的實習內容向包含數控技術的新實習內容轉變，也對職業教育也提出了新的要求。

但由于學生基礎差，專業意識不強，學習被動無興趣等，要在這樣的條件下要培養一個合格的數控技術人才談何容易，這就要求探索出一套適合當前現狀的教學方法。經過幾年的數控實習教學，發現數控仿真軟件能在其中顯示出橋梁作用，能使理論和實踐有效的銜接，打破了傳統的數控教學模式，增加了學生動手的機會，提高了操作的熟練程度。

Unigraphics（簡稱UG）是UGS公司提供的集CAD/CAE/CAM一體的三維參數化軟件，是當今世界最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件，廣泛應用于航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業領域。

UG不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產生工程圖等設計功能；而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數控代碼，用于產品的加工，其后處理程序支持多種類型數控機床。此外，UG不僅可以接受本系統生成的CAD數據，而且它提供多種數據轉換格式，處理任何第三方CAD系統所生成的數據。

在“以服務為宗旨、以就業為導向、以技能為本位為發展目標”的職業教育方針指導下，我校于2014年在飛機制造專業教學中引入了UG三維數控建模軟件，解決了許多教學難題。首先是彌補了因實訓設備不足所引起的問題；其次是在降低教學成本的同時提高了教學的效率；三是提高了學生在實訓實習時的安全性。

2 在教學中存的問題

UG三維數控建模教學工具的優越性，給教學帶來了便利。但通過幾個學期的UG三維數控建模教學，我們也發現了一些問題，主要表現在以下幾個方面：

（1）學生的三維模型構建能力較弱。由于職業學校學生的專業基礎差，空間想象能力較弱，因此在進行三維模型構建教學環節時，學生往往不易理解，這樣不僅影響了整體的教學進度又挫傷了學生專業學習的積極性。

（2）加工工藝的參數設置不合理。在三維模型構建結束后，要進行刀具、刀路等參數的設置和后置處理生成G代碼，而由學生設置而生成的加工工藝，往往不是最理想的，甚至有時還會不滿足工件的某些參數。

（3）數控加工的手工編程能力的下降。由于UG三維數控建模軟件生成的代碼以G01（直線指令）、G02（順圓弧指令）、G03（逆圓弧指令）為主，每一個零件的加工以簡單的直線和圓弧指令完成，而對其他指令的應用較少，如G70、G76等循環指令及宏程序等。

（4）實際機床的操作能力下降。由于學生在UG軟件上完成建模及后置處理后即可在UG軟件里進行仿真加工不會產生撞刀等事故，導致他們在參數設置時各切削參數及刀具胡亂設置，給零件加工帶來的難度，甚至做不出能夠運行的程序。，而且由于實際接觸數控機床的時間有所減少，使得學生對于數控車床的實際操作有所生疏。

3 教學改革嘗試

發現了以上問題后，我們對教學作了相應的調整，并收到了較好的效果。

（1）針對學生三維模型構建能力弱的問題，我們把UG三維數控建模教學放在第三學期進行，第一學期主要以學習機械制圖基礎理論為主。第二學期我們安排了UGCAD部分的教學，讓學生掌握基本的三維繪圖能力。第三學期安排UG三維數控建模軟件的CAM部分的教學，這時學生在進行三維模型構建時，會有一種得心應手的感覺，認為數控自動編程的學習難度不高，對數控編程學習的興趣也大大地提高了。

（2）針對加工工藝參數設置不合理，我們在教學中采用了模塊化教學的方式。在一個學期的UG三維建模的教學中，根據教學的難易程度我們將UG三維模型設計教學劃分成8~9個模塊，由易到難對每一個模塊的事例及練習零件均作了詳細的工藝分析和標準程序演示，使學生能結合數控加工與編程課程來分析典型零件數控加工工藝路線。如下圖1模塊案例是其中的一個教學模塊，在數控加工中屬較易加工工件，但設計的教學環節跟其他復雜工件是一樣的。

圖1

圖2 粗加工刀路

首先是對圖1所示的工件的尺寸參數進行分析，在UG的建模界面中將工件的三維模型設計出來，然后在UG的加工界面進行加工操作：

（1）在工序導航器中創建程序、所需刀具、幾何參數及加工方法。

（2）粗加工刀具軌跡。

在創建工序的操作對話框中指定操作類型為mill planar，指定操作子類型為“底壁加工”，選擇相應的程序、刀具等，編輯此程序的名稱，單擊確定按鈕進入平面銑操作對話框。在平面銑操作對話框中設置幾何參數，指定要切削的部分，選擇相應的刀具，對切削的方式、切削量、轉速、進給率等參數進行設置。確定以上設置后，單擊平面銑操作對話框中的生成按鈕生成刀軌，如圖2所示。

（3）精加工刀具軌跡。

精加工的創建與粗加工類似，在創建工序的操作對話框中將刀具及加工方法進行修改，編輯此程序的名稱，單擊確定按鈕進入平面銑操作對話框。在平面銑操作對話框中設置精加工的幾何參數，指定要切削的部分，選擇相應的刀具，對切削的方式、切削量、轉速、進給率等參數進行設置。確定以上設置后，單擊平面銑操作對話框中的生成按鈕生成刀軌，如圖3所示。

圖3 精加工刀路

圖4 粗、精加工過程仿真結果

（4）軌跡仿真過程

UG提供了動態顯示刀具切削過程的仿真模塊。實現了從零件毛坯開始，對加工過程中選定的刀具運動軌跡和切削狀態進行仿真，能直觀地觀察是否有過切，判斷所選用的刀具和走刀方式是否合理。粗、精加工過程仿真結果如圖4所示。

（5）進行后處理、生成程序

在“后處理”項中，將“后處理器”設為“MILL_3_AXIS”，設置文件保存位置，單擊后處理操作對話框中的確定按鍵，系統計算后自動生成加工程序.最終輸出的程序為一文本文件，如圖5所示。

圖5 生成加工程序

（6）加工過程

將UG生成的程序傳入機床數控系統進行加工，通過檢測加工件的各項參數，對程序進行修改，使得加工出的工件滿足要求。

4 結束語

UG已成為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準，而CAD/CAE/CAM技術在現代制造業中使用越來越普及，越來越深入。學校必須和社會接軌，加大對這一塊的建設，讓學生學習最新的技術，這樣才能在就業競爭中占優勢。

［1］張紅英.數控仿真系統在數控機床教學實踐中的應用[J].交通職業教育，2006.

［2］劉戰術.數控機床操作與加工實訓[M].北京：人民郵電出版社,2006.

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