數控仿真軟件在數控加工中的應用

辛 燕，李景才，王鵬飛

(商丘職業技術學院，河南 商丘 476000)

數控仿真軟件在數控加工中的應用

辛 燕，李景才，王鵬飛

(商丘職業技術學院，河南 商丘 476000)

制造業是國民經濟的支柱產業，數控加工行業是制造業的重要組成部分.數控行業的發展與數控人才技術水平有著密切關系，在人才培養過程中，數控專業的純理論教學枯燥無味，數控仿真軟件的應用可以激發學生的學習積極性，提高學習效率，提升教學水平.在培養數控加工技術的實用型技能人才方面有著重要作用.

數控仿真軟件；制造業；數控加工

1 數控專業現狀

制造業是國民經濟的主題，是立國之本、興國之器、強國之基.打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路[1]128-129.數控加工行業是制造業的重要組成部分，因此打造較強實力的制造業，數控加工行業必然先行.然而現在數控行業的發展現狀是：在發達國家，數控加工行業所用機床低端、中端、高端的的比例為20∶70∶10，而發展中國家的比例為80∶17∶3，由數字不難看出，我們的中高端數控機床的市場占有率相當小.其中一個重要的原因就是在數控行業的發展過程中，我們缺乏人才，這些人才，不光包括數控研發人才、設計人才、維修人才，其中還包括數控操作人才.好在我們國家已經意識到問題所在，已經在大、中專院校廣泛開設與數控行業相關的課程，有的院校為了迎合市場需要，還開設了數控加工專業.現在我國數控加工行業的數控操作人員的水平已經有所提高，但仍不容樂觀.如何盡快培養出一大批高素質數控人才，已經成為一項迫在眉睫的任務.那么如何才能盡快為國家培養出高素質人才呢. 在開設數控理論課程的同時，理論要與實踐相結合，理論學習很重要，但是多練多實踐是關鍵，尤其是高職院校，應該更為突出地體現工學結合，知行合一，理實一體的教學理念[2]86-88.在理論教學過程中，要多注重多媒體技術的應用，激發學生的學習興趣，讓學生學習不至于枯燥無味，而后要做好實習工作.現在很多院校的實習是讓學生以真實的機床練習為主，在實習的過程中，有很多同學由于各方面的因素，不敢去碰機床，有一種懼怕的感覺，怕機床給自己帶來人身傷害，怕自己的操作會給別人帶來傷害，怕由于自己的操作失誤損壞昂貴的數控機床.還有一些同學勇于探索，但是在實習的過程中出現撞刀等現象，造成了刀具和機床零部件的損壞，帶來很多不必要的損失，還有的因為工件尺寸不合格要重做，這也無形中造成了實習材料的浪費，給本來就昂貴的實習增加了不小的額外費用[3]8-9.所以有的院校不愿承擔高額的成本，造成了機床的閑置，形成了少實習、不實習惡性循環.

2 在教學中引入數控仿真系統的原因

1) 仿真系統的投入一勞永逸，只需要一次性投入，基本就沒有后期的維護費、折舊費等費用支出.

2) 數控仿真實習節省實習材料.在實習中不用實際的加工材料，所以節省了很大的實習成本.

3) 數控仿真不失真實感.在實習中與真實機床類似，既能看到毛坯到工件的切削變化過程，也能聽到在加工的過程中所產生的聲音.

4) 安全.這一點是很重要的，不會發生諸如卡盤扳手飛出、工件裝夾不牢飛出、切屑飛出、撞刀等一系列安全事故.

5) 采用數控仿真軟件可以彌補一些院校設備不足的問題.眾所周知，供實習用的規模化數控加工設備少則百萬，上不封頂，這對于非重點院校來說無疑是一筆不菲的支出.所以要想在設備上少投入一些，數控仿真軟件的選用是最為合適的選擇.

6) 選用數控仿真軟件，可以采用多媒體教學，讓學生更為直觀地了解機床的結構、了解程序的運行過程、看到工件的加工過程、了解程序的輸入過程、更為詳細的看到對刀過程.這樣可以大大縮短學生對機床的熟悉時間，對機床操作的熟練程度大大提高，為機床的實際操作奠定更為堅實的基礎，很大程度上提高實習效果.

7) 數控仿真軟件可以實現網絡培訓和遠程教學.利用數控仿真軟件在完成本職教學的同時還可以肩負起為社會遠程培訓的服務工作.

8) 不用每天打掃保養機床，為學生節約學習時間，同時也能降低成本.

9) 數控仿真教學系統，不會給學生帶來傷害，不會傷害自己，也不會傷害別人，也不會因為操作失誤而損壞機床.

10) 數控仿真教學系統可以彌補師資力量的不足.實習教師缺乏，尤其是缺乏有經驗的實習教師，是困擾各大院校的一個難題.引進數控仿真系統以后，實習老師的數量可以減少很多.

3 引入仿真軟件后若干問題的分析

采用多媒體教學、理論課講解與仿真演示同時進行，如基本指令和G71講解完之后就可以進行如下練習.

1) 對面板上各個鍵的功能進行詳細講解并演示其具體操作

通過講解和演示讓學生掌握操作面板和控制面板上各個鍵的功能.如圖1、圖2所示.

圖1 程序輸入面板

圖2 機床控制面板

2) 根據圖紙編寫并輸入程序

通過程序編寫和輸入，讓學生掌握程序的正確書寫格式和正確的輸入方法以及程序的修改方法.如圖3、圖4所示.

圖3 加工程序

圖4 加工程序

3) 刀具和毛坯的選擇

仿真系統中的刀具與真實刀具的外形完全一樣，并且提供各種形式的車刀，學生可以根據需要任意選擇.毛坯的材料、直徑大小、長度都可以任意的選擇，不會造成任何額外支出.如圖5、圖6所示.

圖5 刀具選擇

圖6 毛坯選擇

4) 毛坯與刀具裝入后的效果

在裝入毛坯和刀具的過程中，毛坯的伸出長度可以根據需要任意調節；刀具的安裝，只需要考慮刀位號，無須考慮刀具高度與加緊問題，如圖7所示.

圖7 毛坯、刀具安裝示意圖

5) 試切對刀

對初學者來講最怕的就是這一步，但這一步很關鍵，若后續加工過程中出現撞刀，其原因基本上都與這一步有關.真實的機床在對刀時噪音很大，由于操作者不太熟練，可能會造成手忙腳亂，過度緊張，在操作、測量、輸入時會出現很多意料不到的錯誤，最終導致撞刀事故的發生.如圖8、圖9所示，仿真系統就克服了這方面的不足，它既有操作真實機床的感覺，又不會因為撞刀而造成損失.所以仿真系統的應用能在很大程度上激發學生的學習興趣，調動學生的積極性.

圖8 試切對刀

圖9 對刀數據輸入

6) 工件加工

如圖10所示，工件加工在仿真系統過程中，既能聽到加工中產生的噪音，又能看到工件旋轉、刀具移動、鐵屑飛舞，圖聲并茂，能夠較為接近真實的加工環境.增加了學生的好奇心和對數控知識探索的興趣.

圖10 工件加工

7) 加工的成品與測量

如圖11、圖12所示，在這里學生可以看到加工后的成品，所以成就感油然而生，一種探索的欲望也隨之而來.并且還能運用仿真系統中的測量功能準確測出其各點的尺寸，工件合格與否一測便知.

圖11 成型工件

圖12 成型工件尺寸示意圖

8) 加工過程中的常見報警舉例

由于種種原因，在程序輸入和操作的過程中難免產生各種錯誤，這種錯誤嚴重時會造成撞刀事故或引起報警造成程序無法正常運行.如圖13、圖14所示，每出現一個報警都要找出具體原因進行整改，以免實際操作時再犯同樣的錯誤.

圖13 錯誤報警

圖14 錯誤報警

經過對上述的了解，學生就可以在電腦上按照所給的圖紙自己練習了，在練習的過程中，可能會出現諸如書寫格式不正確、多寫或少寫地址符、對刀錯誤等一系列問題，但是這些問題在加工的過程中都會有相應的報警提示，不會發生撞壞機床的情況[4]89.初期可以給學生提供多張圖紙讓學生反復練習，可以隨時更換新工件，不會增加任何費用. 由于軟件的界面和真實的機床一模一樣，在用軟件練習熟練之后再上真實的機床做加工，就能避免很多不必要的故障和事故發生，在機床的使用過程中，學生再也不會因為緊張而膽怯，都能放心大膽地去實習[5]73.老師也不用再唯恐學生發生事故而坐立不安.實習的時間可以縮短不少，但是實習的效率卻提高了很多，實習的費用也節省很多.

商丘職業技術學院有關領導對我院數控專業的發展比較重視，在2008年引進了某品牌數控仿真系統，并收到了超出預期的良好效果.數控仿真系統引用前后的效果對比如表1所示.(統計時間為2007年第1學期至2014年第1學期，此表取值為平均值)經過核算引用數控仿真加工系統后每年可節約費用10余萬元.

表1 數控仿真系統引用前后效果對照表

4 結語

鑒于以上數控仿真加工的各項好處，筆者認為，無論是學校教學還是企業培訓，凡是涉及數控加工的，都應該引進一套仿真加工軟件.引進數控仿真可以理論與實踐相結合，可以節省大量經費，起到事半功倍的效果.

[1] 張麗華，馬立克.數控編程與加工技術[M].大連:大連理工出版社,2006.

[2] 王 振，張河江.高職高專數控編程與操作課程的教學改革探討[J].商丘職業技術學院學報,2011,10(02).

[3] 陳淑玲.工程制圖課程教學改革探討[J].北京電力高等?？茖W校學報,2009(11).

[4] 韓祥鳳，辛 燕.數控機床課程教學研究[J].今日科苑,2009 (16).

[5] 辛 燕，李景才.數控編程課程教學改革探討[J]. 商丘職業技術學院學報,2012,11(02).

[責任編輯 梧桐雨]

Nc Simulation Software in the Application of Numerical Control Processing Capacity

XIN Yan, LI Jingcai, WANG Pengfei

(ShangqiuPolytechnic,Shangqiu476000,China)

Manufacturing is the theme of the national economy, and the nc machining is an important part of manufacturing industry. Nc industry has close relation with the development of numerical control talented person technology level. However, nc profession is dry in pure theoretical teaching. The application of numerical control simulation software can stimulate students' study enthusiasm and save time for nc teaching to improve the learning efficiency and improve the teaching level.

CNC simulation software; manufacturing; CNC machining

2016-12-28

辛 燕(1982- )，女，山東菏澤人，商丘職業技術學院講師，碩士，主要從事機械加工研究。

G712；TG659

A

1671-8127(2017)04-0084-05