第一篇：CADCAM軟件在數控編程教學中的應用(2010第四期學報)

CAD/CAM軟件在數控編程教學中的應用

安順職業技術學院 胡國榮

摘要：數控編程是職業院校數控專業的一門專業技術課，以編程為主的理論教學，學生難以理解。把數控專業理論編程教學，變成在計算機上普遍使用的CAD/CAM軟件MASTERCAM、PRO-E或CAXA，把枯燥課堂教學變成形象的技能操作多媒體教學。改善了數控編程教學中效果不理想、效率較低的現象，提高了學生數控編程能力。關鍵詞：CAD/CAM ；數控技術；編程教學 ；職業技能

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

數控編程是一門對學生科學思維要求很強的專業技術課，單純的理論教學，易使初學者感到抽象、難學，加上目前職業院校學生知識結構、學習習慣等諸多因素，使我們的數控編程教學陷入困難的境地。如何改善了目前數控編程教學中效果不理想、效率較低的現象，激發學習興趣，使學生化“難學”為“易學”，提高學生數控編程能力。我們在數控編程教學中，應用機械加工自動化中普遍使用的CAD/CAM軟件MASTERCAM、PRO-E或CAXA，把枯燥課堂教學變成形象的技能操作多媒體教學，收到理想的教學效果，既可以培養學生實際應用數控編程能力，又能培養學生數控編程的開發能力。這樣培養出來的學生畢業后走上工作崗位，可以很快地獨立完成在數控編程應用與開發方面的工作任務。

目前職業院校數控專業學生獲得數控編程與數控設備操作能力的途徑，主要有兩條:一是由校企合作的機械加工企業作為學校的實訓實習基地，但在目前國內企業的生產經營狀況下，很難做到按照學校的教學要求開展數控編程與數控設備操作的系統訓練；二是學校用有限的資金投資購買數控機床或加工中心等設備，建立數控教學實訓中心。由于數控設備價格昂貴，即使投入資金購置了幾臺設備，無論從數量上、成本上、還是從安全性上考慮，都不太適合學生的普及性實踐教學和實訓。這類教學實訓中心即便建成，實際應用效率和效果往往也不是很理想。因此，如何改善和提高數控編程課程的實踐教學環境，使學生能學有所練、學用結合，是數控編程教學工作面臨的一個非常大的難題。

數控編程課程是一門實踐性很強的課程，離開實踐，就談不上素質，實踐是知識轉化并升華為素質的根本條件。要想達到理想的教學和實踐效果，僅在課堂上實施全方位的教學是不夠的，還應具備一個良好的實踐教學環境。考慮到前面談到的企業生產過程很難按照學校教學要求開展數控編程實訓與數控設備價格等因素，經過多方調研，我們選擇了能在計算機上進行手工編程和自動編程、并能動態模擬加工軌跡、與數控機床有良好數據接口的CAD/CAM軟件，如基于PC平臺廣泛使用的MASTERCAM、PRO-E或CAXA等應用軟件。這類軟件既能按照數控編程教學要求開展系統的實際編程訓練，實現動態模擬加工軌跡，檢驗程序的正確性；又能結合目前企業廣泛使用這類軟件的生產實際需求，為學生畢業后直接進入制造型企業數控技術崗位工作打下扎實的基礎。CAD/CAM軟件在數控編程教學中的應用：

一、應用CAD/CAM軟件對手工編程進行校驗

數控編程就是把零件的工藝過程、工藝參數、機床的運動以及刀具的位移量等信息用數控語言記錄在程序單上，并經校核的全過程。數控加工程序主要分為手工編程與自動編程兩種，手工編制是計算機自動數控編程的基礎，應用計算機進行數控加工自動編程最終也還要經過后置處理轉換成數控程序代碼。作為數控編程人員，不僅是數控技術的應用者，更應該是數控技術的開發者。因此要使學生知其然并知其所以然，手工編程是學生熟悉并掌握數控程序基本原理的一個重要途徑。但數控指令枯燥、不易記憶，編寫的程序又不能得到實現，學生學習的興趣不高，也得不到應有的實際動手的訓練。同時對同一零件編程，學生編寫的程序會有多種，老師批改作業、檢查學生掌握情況也十分困難。這一難題在CAD/CAM軟件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中就迎刃而解了；只要將數控程序代碼輸入軟件，通過加工軌跡校驗,數控程序的結果就非常直觀地仿真出來了。

二、應用CAD/CAM軟件設計數控程序和加工方法

應用CAD/CAM軟件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中具有CAD繪圖建模功能，可以繪制生成三維零件模型，或利用這類軟件提供的數據接口將在其它CAD系統中做好的零件模型數據導入，然后綜合運用所學過的如《機械制造工藝學》、《金屬切削機床》等課程的相關知識，選擇合適的加工工藝方法，安排零件的加工工序，確定粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具、切削用量、進退刀路線、主軸轉速等參數后，這類軟件便自動計算出機加工余量，并動態顯示出與粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀位軌跡和機床代碼，省去了人為編制數控程序的煩惱。這一過程將數控編程、制造工藝、刀具、數控機床、數控加工等課程有機地結合起來，使學生覺得以前所學的知識不再孤立、枯燥，在數控編程課程中達到了融會貫通，并在計算機上變得生動、形象起來，鞏固了學生的機械加工工藝方面的知識，強化了在數控編程教學中應用CAD/CAM軟件的效果。

三、應用CAD/CAM軟件對刀具軌跡進行動態仿真加工

為確保數控程序的正確性，防止加工過程中刀具發生干涉和碰撞，在實際生產中常采用試切法或軌跡顯示法進行檢驗。但這些方法費工費料，代價昂貴，使生產成本上升，增加了產品加工時間和生產周期。應用CAD/CAM軟件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中具有模擬仿真功能，可以替代試切法與軌跡顯示法，在計算機上直接進行三維或多維立體效果的動態仿真加工。這種在計算機上仿真加工，可以使每個學生反復進行模擬加工訓練，省時間、省材料、省設備 1 投入。在仿真過程中，刀具沿著所定義的加工軌跡進行動態加工，學生可以直觀地掌握數控加工的整個過程，判斷刀具軌跡的連續性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀或撞刀等情況，以及刀位點計算是否正確，加深了學生對加工工藝的理解和對刀具軌跡的認識。通過對照加工結果，學生明白了不同的刀位軌跡，其加工結果實質上有很大的差異，加工刀具軌跡定義的合理與否，與學生對零件加工工藝知識掌握的熟練程度有密切的關系。學生可以通過動態仿真加工，發揮自己的創造性和綜合能力，對不滿意的加工結果重新進行零件建模或重新定義刀位軌跡，實現仿真設汁與加工。

四、應用CAD/CAM軟件進行數據傳送控制機床加工

應用CAD/CAM軟件MASTERCAM、PRO-E或CAXA中具有數據傳送接口功能，可以把在計算機上學生編制的零件加工程序通過數據接口傳至數控機床，控制機床進行實際加工。這種把學生親自編制的數控程序與實際加工直接聯系起來，使學生對數控編程理解不僅僅停留在理論知識和感性認識上，實現數控編程教學改革，達到理論聯系實際的應用能力綜合訓練。因此在條件允許的情況下，讓每個學生都有機會把自己編制的加工零件數控程序，通過數據接口傳到數控機床進行實際加工與檢驗程序的正確性，并可以獲得滿意的加工作品。在這個過程中，數控程序、數控系統、數據接口起了非常重要的作用。作為數控程序開發人才，應該熟練掌握數控編程、數據通訊、接口技術等專業基礎知識，并得到相應的動手能力訓練，提高數控機床的操作能力及系統的維護能力。

CAD/CAM軟件在數控編程教學中應用是多方面的，除了滿足教學需要外，還可以進行科研項目研究，提高教師自身的業務水平，同時為生產科研服務，開展對外技術培訓和技術服務。促進計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）的教學與科研活動，推動教學改革與課程的建設。

參考文獻：

1、韓旻主編、CAD/CAM應用軟件：MasterCAM訓練教程，北京：高等教育出版社，2003

2、顧京主編、數控加工編程及操作，北京：高等教育出版社，2003

3、王隆太主編、機械CAD/CAM技術，北京：機械工業出版社，2004

4、王賢坤、王賢坤、陳淑梅 主編、機械CAD/CAM技術應用與開發，北京：機械工業出版社，2004

5、楊偉群主編、CAXA--CAM與NC加工應用實例，北京：高等教育出版社，2005

作者簡介：

胡國榮，(1955年出生，籍貫上海)，副教授，單位：安順職業技術學院現代工程系，地址：貴州省安順市鳳凰西路27號，郵編：561000，電話：***，研究方向：機械制造。

第二篇：數控仿真軟件在中職數控教學中的應用

【摘 要】隨著我國科技的不斷進步，導致了我國工業化的程度逐漸加大，所以說，這就需要更為專業的數控人員，各類中職學校的形式也非常緊張。但是由于中職學校的老師整體素質還不是很高，學校對于學生實訓教學的設備還不是很完善，這就導致了在學生學習理論知識的同時并沒有得到相應的實踐，導致了無法適應現今社會對于工業型人才的要求，從而與社會脫節。為了解決這一問題，就要找出新的出路，從而使我國工業型人才能夠適應現今社會的形勢。本文針對在中職學校數控教學用尋在的不足進行分析，從而找出相應的對策。中國論文網

【關鍵詞】中職數控教學；數控仿真軟件；應用

隨著時代的進步，世界經濟形式的不斷變化，已經從傳統的工業手工化發展到現在的全自動化，隨著經濟形式的變化，世界各國對先進的制造技術都引起廣泛的關注，而在工業制造方面，數控技術有其著決定性作用，數控技術發展如何也決定著工業化發展的速度。中職學校的教學目的就是為了培養出一批專業的高素質工業制造仁人才，但是由于中職類學校的師資力量還遠遠沒達到現今社會的需求，學校沒有更多的專業設備讓學生來動手實踐，導致無法讓學生達到理論與實踐相結合，從而造成中職學校的學生不能滿足現階段工業化高度發展的需要，與社會脫節。數控仿真軟件是經過幾十年教育過程中摸索出來的一套能夠讓學生達到理論與實踐相結合的橋梁，能夠充分的讓學生掌握實踐技術，同時也能緩解學校在教學實訓中不能滿足學生要求的壓力。

１．中職數控教學中存在的問題

1.1師資力量上的問題

在現階段中職學校的教育體系中，有許多老師的專業技能不能滿足學生們的需要，有些老師是從其他專業轉行，更有一些老師自己在數控實訓中還沒有得到實踐，導致了在指導學生過程中會出現許多的問題，而學校也并沒有對這一情況太過重視，從而影響學生的發展。另一點就是學校由于資金的短缺，無法購置讓學生能夠進行實踐的專業設備，或者并沒有足夠的設備，所以說，學生在校期間只能學到理論知識而得不到實踐，嚴重的影響著學生的實際操作能力，不能適應現今工業崗位的需求。

1.2教學質量問題

現階段的中職數控教學過程中，很多學校還一直沿用傳統的教學模式，老師在上面講，學生在下面聽，無法從根本上激發學生學習的興趣，也不能鍛煉學生的創新能力與思維能力。老師對于學生提出的問題也是應付了事，不能系統的對學生進行理論指導，沒有理論的指導，導致學生在實踐中的盲目性。

1.3安全性問題

數控加工技術是一項需要人為操作的工業技術，由于學校老師的指導不力，再加上學生沒有經驗，就導致了在學生實訓期間由于疏忽造成的重大事故，不僅僅給學校的設備造成了嚴重的損害，同時也給學生的身體造成極大的傷害，并在學生心理留下陰影。

2.數控仿真軟件的利與弊

數控仿真軟件就是利用計算機的編程，制造出的一套能夠讓學生仿真實踐的軟件，它能夠將三維以及二維圖形能夠以動態的形式將其演示出來。它的優點就是：能夠充分的并且全面的模仿數控實訓教學的加工過程，能讓學生在電腦前進行實踐操作。它需要的配置較低，并不需要高端的微機才能操作；而且其兼容性非常強，安全系數高，不會像真實車床加工中容易導致危險，也不會像真正實訓過程中容易發生人為的事故，對學生造成損傷；還有一個優點就是不需要任何的原材料，投入的資金相當少，也不會浪費資源，同時也為老師與學生架起了溝通的橋梁。

數控仿真軟件不僅能夠滿足學校教學實訓的需要，同時也能調動學生動手操作的積極性，從而來培養學生的創造力與想象力，同時也解決了中職數控教學內容的枯燥性，讓學生養成宜城 iyd

自主學習的習慣，同時增強學生的自信心。老師也要全面了解學生的情況，有針對性的對學生進行軟件使用指導。

但是，這種數控仿真軟件也有其弊端，因為畢竟仿真軟件并不是真實的實踐過程，與真實的操作還有著很大的差別，只是對數控加工過程的虛擬演示，僅能夠讓學生體會實踐的方法以及對實際操作的熟悉。這樣，就造成了學生沒有真正進行實踐，在將來的工作過程中會有一些客觀問題存在，在數控仿真軟件的使用中，發生任何事故都可以重新開始，在此操作，而在真實的操作過程中，一次失誤就可能造成極其嚴重的事故，導致在真正工作中會產生緊張的心理，操作失誤，從而起到負面作用。所以，要想解決這一問題，就一定要讓學生在仿真軟件與真實操作中做好結合，鍛煉學生實訓操作的規范性。

3.中職數控實訓教學如何正確使用數控仿真軟件

數控仿真軟件能否在中職數控實訓教學中發揮其真正的作用，從而達到預期的效果，這與學校與老師的正確教導是分不開的。

在數控實訓教學中一定要合理的使用數控仿真軟件，在實訓課堂中，一定要突破以往傳統的教學理念，要以學生為中心，并且有針對性的對學生進行實訓指導，這樣才能夠提高學生的學習興趣，鍛煉學生的創新能力與想象能力，但是，老師一定要掌握好整個實訓過程的方向，嚴格控制學生來合理的使用仿真軟件。

在數控實訓教學過程中，老師與學生不要過分的依賴數控仿真軟件，主要讓學生學會數據的編程以及加工的流程，讓學生清楚的明白數控仿真軟件操作并不是真正的實際操作，不能滿足學生的實際操作要求，只是能夠讓學生在實訓資源匱乏的基礎上了解實際操作的過程與內容。

4.總結

數控仿真軟件作為一項新技術，而且能夠及時解決學生在校期間實訓難的問題，從教學的效率以及效果上來看，不僅僅解決了學校由于資金緊張而無法滿足學生實訓操作的問題，而且也改變了傳統枯燥乏味的教學方法，提高了學生的積極性，鍛煉了學生的思維能力。但是數控仿真軟件與真實的實際操作還有著很大的差距，所以說，如何能夠把握好這個度，就成為了現階段中職學校以及老師的首要任務。[科]

【參考文獻】

［１］張福榮.數控加工仿真系統軟件在數控技術實訓教學中應用研究[J].電腦學習,2010,(03)．

［２］史毅.淺談數控仿真軟件在高職專業教學中的應用[J].中國科教創新導刊,2011,(04).［３］繆天山.淺談數控仿真軟件在技校數控專業教學中的應用[J].時代教育(教育教學),2011,(09).［４］喬衛紅,魏秋紅.數控仿真在數控技術專業教學中的應用分析[J].現代商貿工業,2011,(16).轉載請注明來源。原文地址：

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第三篇：圓方程在數控編程中的應用教案

附件3

案

例

——圓方程在數控編程中的應用

使用數控機床進行零件加工時，必須首先將零件圖紙上的信息處理成數控系統能識別的程序，即數控編程。數控機床就是依據程序來控制機床的運轉和操作。

數控系統加工的零件輪廓或刀具運動軌跡一般由直線與圓弧組成。在編制程序時，需要根據給定進給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點之間確定一些中間關鍵點，向各個坐標軸發出進給指令，將工件的輪廓或刀具的運動軌跡描述出來。

完成線性進給指令G01 X_Z_F_（X,Z：線段終點坐標），需以線段起點為基點，確定線段終點坐標。

C1.5 Z A O B G x

如圖所示的特殊形體零件由錐體素線與圓弧相切所組成，現要數控編程加工其GB段。根據線性進給指令的要求，我們數學課要解決的問題就是以線段起點G為基點，計算線段終點B的坐標。

教學實案

——圓方程在數控編程中的應用

一、復習鞏固

1．已知直線經過點P?x0,y0?，斜率為k，求直線方程.2．已知圓心為點A?h,k?，半徑為R，求圓方程.二、提出問題

有一如圖所示的特殊形體零件，由錐體素線與圓弧相切所組成。現要數控編程加工線段GB，已知線性進給指令為G01 X_Z_F_，其中X,Z：線段終點坐標，F：被編程兩個坐標軸的合成進給速度.不考慮進給速度F，請同學們完成這個指令.C1.5 Z A O B G x

三、分析問題

提問：這個問題涉及數學體系中哪部分內容？具體說明.（中等學生回答：問題涉及平面解析幾何中直線和圓的知識，線段GB的終點B是直線與圓弧的切點.教師訂正）

提問：平面解析幾何問題一般如何解決？（較好學生回答：一般先建立合適的直角坐標系，然后求出直線或者圓的方程，最后求出需要的點的坐標或者相關數值.）

現在，請同學們思考：合適的直角坐標系應如何建立？你想借助于哪些點或者線？ 這時，讓學生自主建立直角坐標系，自由討論，評選出哪位同學方法最佳.最后教師指出：不考慮工件坐標系的要求，為了方便計算，我們以圓弧終點為坐標原點O、平行于工件的軸線方向為X軸、垂直于工件的軸線方向為Y軸建立平面直角坐標系.教師此時在黑板上畫圖.y A O B G x

提問：請一位同學用數學方式把問題敘述出來.（較好學生回答，教師板書）如圖所示，圓弧與直線相切于點B，1.建立圓弧OB所在圓的方程； 2.建立直線GB的方程； 3.求切點B的坐標.四、解決問題

提問：已知圓的半徑R?12，要建立圓的方程還需什么條件？（較差學生回答：圓心的坐標）現在，請同學們自己完成求圓心的坐標.解：作AF?x軸，垂足為F ??OA=R=12,?OAF=300xA=12sin300=6yA=12cos300=10.392 y A 即點A?6,10.392?.提問：已知圓心A?6,10.392?，圓的半徑

O F G B x R?12，圓的方程應是什么形式？

（較差學生回答：圓的標準方程為?x-6?2+?y-10.392?2=122）.下面，我們來解決第二個問題.提問：你想建立直線BG的哪一種形式的方程？（中等學生回答：點斜式，并且點是指G）

提問：點G的坐標應在零件圖上找，請一位同學回答.（中等學

生

回

答

：

y A E O F 1xG?30,yG??40?30??5）

2接下來，我們共同求直線BG的斜率.聯結AG，作GE?AF，垂足為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

提問：已知直線BG斜率為0.2968，點G的坐標為?30,5?，請一位同學回答直線BG的點斜式方程.（較差學生回答： y?5?0.2968?x-30?）接下來，學生自主完成求切點B的坐標.??x-6?2+?y-10.392?2=122? ??y-5=0.2968?x-30???xB=9.2,yB=-1.172

即點B?9.2,-1.172?.到這里，我們的數學目標就完成了.而事實上，工件坐標系的原點一般情況下應選在工件軸線與工件的前端面或后端面的交點上，工件坐標系的z軸和x軸分別是直角坐標系的x軸和y軸.同學們在完成線性進給指令

G01 X_Z_F_時要注意坐標軸的平移和轉換.五、小結

這里，我們應用三角函數、平面幾何和解析幾何的綜合計算解決了數控編程中的數學問題。今后，在專業課的學習過程和生產實踐過程中，類似的問題我們還會遇到，需要同學們認真識圖，認真分析，從中抽象出涉及的數學知識或其他學科知識，加以結合，達到目標。

六、布置作業

如圖所示的特殊形體零件，為錐體素線與圓弧相切所組成。現要數控編程加工圓弧AB，已知圓弧進給指令為G02（G03）X_Z_?I_,J_,R_?F_，其中X,Z：圓弧終點；I,J：圓心相對于圓弧起點的偏移值；R：圓弧的半徑；F：被編程兩個坐標軸的合成進給速度.不考慮進給速度F，請同學們課后完成這個指令.

第四篇：PE數控編程中的應用技巧

引言

Pro/ENGINEER軟件是CAD/CAM一體化的實用軟件之一，在航空、航天領域、電子通信等精密加工領域都有普遍應用，可進行三至五軸銑削以及車削、線切割的數控加工過程設計，對產品進行加工過程仿真及對工件進行切削干涉檢查并直接生成加工程序。由于軟件的整個系統建立在統一的數據庫基礎上，能將整個設計至生產過程集成在一起，具有全相關性，應用它進行數控編程，避免了加工過程對產品進行二次建模，使用方便，數據提取可靠，可以避免在加工過程中對產品的重復設計可能發生的錯誤。筆者自使用該軟件以來，成功完成了精密饋電零件、高精度天線座架和大型天線模具的多種產品的程序設計，如圖1所示。以下是應用該軟件過程中的一些技巧和體會，與大家共饗。

圖1 天線上的饋電、座架、模具產品 應用技巧 2.1 工作路徑的設置

Pro/ENGINEER的工作路徑的設置是很重要的，因為Pro/ENGINEER缺省的啟動路徑是在 Pro/ENGINEER安裝路徑下的BIN文件夾，該文件夾存儲Pro/ENGINEER最重要的各種命令。如果不設置工作路徑，隨著工作的進行，會直接把零件文件、裝配文件、加工文件和相應的Trail文件都保存在此文件夾中，給文件的管理帶來很大的麻煩，所以一定要建立自己的工作目錄，并且能做到文件的分類存放，統一管理。工作路徑設置的方法是：在文件目錄下選擇工作路徑目錄，然后選擇需要設置的路徑及文件夾作為工作路徑后，確定就可以了。

2.2 Config文件的正確應用

Config文件是Pro/ENGINEER的系統配置文件，幾乎可以滿足對Pro/ENGINEER的所有要求，不僅在進行產品設計過程需要用到，在進行加工過程設計時也有非常重要的參數設置。通過這些設置，可以把Pro/ENGINEER定制為所需的工作環境。下面是在加工過程中經常需要設置的參數。

（1）Mfg_auto_ref_prt_as_chk_srf：選擇yes或 no，在3、4和5軸“輪廓”和“常規”銑削序列中，缺省情況下選取整個參照零件作為檢查曲面，用于計算這些序列的“NC序列”刀具路徑。

（2）Mfg_info_location：選擇top_left，bottom_right，用來設置“制造信息”對話框的位置。

（3）Mfg_xyz_num_digits：缺省值為10，在CL數據文件中，為x、y、z數據點設置數字位數。

（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 工件坐標系選擇技巧

機床坐標系是機床上固有的坐標系，都設有固定的坐標原點。在實際加工中，通常會選擇工件上的一點作為數控程序原點，并以此為原點建立一個工件坐標系。應用軟件進行程序設計時的坐標系就是實際加工時的工件坐標系。工件坐標系的合理確定，對數控編程及加工時的工件找正都很重要。為提高零件加工精度，程序原點應盡量選在零件的設計基準和工藝基準上，如對于以孔定位的工件，以孔的中心為程序原點就比較合適。程序原點也可以選在兩垂直平面的交線上，這樣不論是用銑刀還是用測頭都可以很容易找到交線的位置。對于幾何形狀不規則的產品，要根據產品的具體情況來選擇工件坐標系。通常都要遵守以下原則：在機床上容易找正、編程方便、對刀誤差小、加工時檢查方便、可靠和所引起的加工誤差小等。

2.4 刀具切入和切出工件的路徑設計

應用腔體類、軌跡類加工方式，如不作特殊設計，刀具會按照系統計算的位置進行刀具的切入和切出，但有時這個位置并不是程序設計人員需要的。例如，對于薄壁產品的銑削加工，為減少刀具的軸向切削力，防止工件變形，一般首先會在工件落刀位置打孔，軸向進刀時，要求刀具從落刀孔位置軸向進刀，側刃銑削，以減小切削力，防止工件變形。在刀具路徑優化功能中可以對刀具切入和切出位置做具體設計，這個功能可以應用于整個腔體加工，也可在指定的工件層或者位置進行刀具切入和切出設計。實際應用的方法有三種 ：新建或者選擇基準點作為刀具軸向切入和切出的位置，這個點可以投影到垂直于安全面的所有加工層上 ；新建或者選擇基準軸線進行刀具的切入和切出位置設計，這個軸線可以是工件上的，也可以是毛坯上的，必須垂直于安全面，同樣刀具軸向的切入切出都是沿軸線的位置 ；用草繪工具，在加工坐標系的XY平面上進行刀具切入和切出的軌跡設計。可以應用Pro/ENGINEER軟件的草繪功能對刀具切入切出產品的路徑進行設計，可使刀具沿零件輪廓法向垂直切入或者使刀具沿零件輪廓切向切入，并可以控制刀具切入切出的延伸距離。2.4.1 切削深度控制

在加工腔體類的零件，特別是型腔深度尺寸比較大時，刀具切深的控制非常重要。隨著加工過程的進行，刀具懸深尺寸逐漸增大，對切削深度的要求也會不斷變化，參數表中的Step-Depth參數被定義為加工中刀具的層切削深度，適用于整個腔體加工，但在某些有特殊要求的零件，考慮加工效率和加工性能，使用同樣切深卻不一定適用。在加工過程優化設計中，可以對刀具的切削深度進行控制。

（1）Upto Depth:每層按切削深度加工至設定的深度。

（2）From－To Depth:在一個特定的深度范圍內分層加工。

（3）Slice/Slice:按照每層設定的層深生成刀具運動軌跡，需要設置每層的加工深度。2.4.2 切削速度的控制

在切削加工過程中，在刀具切入、切出、圓弧走刀、直線走刀等情況下需要設置不同的切削速度，在高級參數表設置里可以根據不同的加工部位設置不同的切削參數。

（1）Cut-Feed :切削加工進給速度。

（2）Retract-Feed :刀具返回安全面的速度。

（3）Free-Feed :快速進給速度，如果不設定的話，該速度應用機床默認的缺省值。

（4）Arc-Feed :圓弧加工進給速度。

如果加工一個工件時刀具軌跡既有直線又有圓弧，往往對直線加工和圓弧加工設定不同的切削速度。為提高加工效率，通常也會設定刀具返回安全面的速度。2.4.3 軌跡加工時的刀具路徑優化設計

Pro/ENGINEER的軌跡加工方式給程序設計人員很大的自由度，可根據不同的加工產品進行刀具加工軌跡的設計。以下是加工軌跡設計的4種方式。

（1）草繪刀具加工軌跡。

（2）選擇曲面的邊作為刀具軌跡。

（3）選擇或者草繪曲線作為刀具軌跡。

（4）選擇曲面作為刀具加工軌跡。

對于幾段不連續的軌跡加工，可以在刀具路徑優化的菜單下，通過插入方式將不連續的加工過程連接起來，不再進行切削過程的重復設計，使加工過程設計更為簡捷。具體做法是：在刀具路徑優化菜單下，分段插入新的刀具軌跡路徑，并且在軌跡加工方式下可以對刀具的運動方向、刀具半徑的偏置方向進行控制，并可根據加工產品的結構要求進行刀具的深度方向偏置。

2.4.4 五軸機床加工坐標系轉換技巧

在五軸加工過程設計中，工件X、Y、Z軸的方向只要確定，其余兩軸也就確定了。通常情況下進行曲面和輪廓的五軸加工可直接應用工件坐標系，但在體積銑削和腔體銑削加工時，也會涉及到工件坐標系和工步坐標系之間的相互轉換，在這兩種加工方式下，只能提供三軸加工方式，刀具軸線必須沿工件坐標系的Z軸方向加工，如果零件上的腔體位置相對工件坐標系已經旋轉了一定的角度，三軸方式無法生成刀具加工軌跡。這時需要對該工步應用的坐標系進行平移旋轉，也就是使工步坐標系和工件坐標系之間進行相互轉換。具體方法是：對于在五軸加工中需要旋轉角度進行腔體或體積加工的產品，重新設計工步加工坐標系和相應的安全面，并在該工步中選擇該坐標系和安全面，使刀具沿垂直于新坐標系的Z方向進刀，坐標系之間的轉換關系如圖2所示。

圖2 五軸加工坐標系轉換示意圖

其中 CS0——工件坐標系 ；

CS1、CS2——旋轉后的加工坐標系。

在產生加工NC文件時，系統自動計算工件坐標系和新的工步坐標系的位置關系，在生成加工程序時自動將刀具的刀位點換算成工件坐標系的坐標數值，實現一個加工過程中不同坐標系之間的轉換。

2.4.5 曲面加工加工精度的控制

Pro/ENGINEER的加工模塊提供了兩種曲面加工的方式 ：Conventional Surface Milling（常規曲面加工）和Contour surface milling（等高線曲面加工）。曲面精度控制是曲面加工中的重要環節，通常會應用參數控制曲面精度。

（1）TOLERANCE指公差。主要用來控制刀具曲線加工路徑的精度，在刀具按直線插補走刀時，兩點之間的連線和理想曲線的最大間距用公差控制，如圖3所示。公差數值越小，則曲線的精度就越高。

圖3 公差示意圖

（2）SCALLOP-HGT：使用球頭銑刀加工曲面的時候，刀具兩次走刀過后，在工件表面會形成一個凸臺，如圖4所示。

圖4 SCALLOP-HGT參數示意圖

該參數主要用來控制曲面加工中的凸臺高度，當球頭刀按照參數表中的步距加工曲面時，如果形成的凸臺尺寸超過該參數設置值時，系統自動按照該尺寸重新計算刀具的步距，確保曲面的精度要求。2.4.6 高速加工的參數設置

在體積銑削中進行高速粗加工時，可將參數ROUGH_OPTION（加工方式）設置為ROUGH_ONLY，將SCAN_TYPE設置為CONSTANT_LOAD（恒載荷），使刀具在高速加工時處于恒定的切削條件，刀具從工件的外側材料逼近，恒定的凹口載入，盡量避免刀具方向突然發生改變，減少重新定位移動。

在體積銑削中進行高速輪廓加工時，可將ROUGH_OPTION參數設置為PROF_ONLY，將SCAN_TYPE設置為CONSTANT_LOAD，盡量避免刀具方向突然發生改變，使用連續刀具路徑，減少重新定位移動，使用弧線或螺旋線移動的“進刀”和“退刀”運動來保證加工產品的表面質量。2.4.7 后處理程序的開發應用

Pro/NC生成ASCⅡ格式的切刀位置(CL)數據文件，在進行任何加工操作之前這些文件需要進行后處理以創建“加工控制數據(MCD)”文件。可通過設置配置選項NCpost_type來控制要使用的后處理模塊。在進行產品加工設計之后，需要應用相應的后處理器對產生的刀位文件進行后置處理，以生成機床可以識別的NC代碼。由于每種設備的結構、功能以及使用的數控系統不盡相同，后處理器不能通用，需要使用者針對具體設備的數控系統進行二次開發，如圖5所示。所開發出的不同數控系統對應的后處理器，能夠處理不同類型格式的刀具路徑文件，并做優化處理以滿足不同類型的機床、系統、零件加工需求，生成NC程序不需人工做二次修改而直接應用于機床。

圖5 后處理程序開發界面 結束語

以上是筆者在應用Pro/ENGINEER軟件進行程序設計后總結出來的一些應用技巧和體會。通過對大量零件的程序設計及實際檢驗，應用軟件的MFG加工模塊可以進行各類復雜結構產品的加工過程設計，其中應用高級曲面加工模塊完成復雜曲面產品五軸機床數控加工，應用高速銑削技術進行薄壁多腔體結構件的加工、高精度產品的加工等關鍵技術的解決，取得了良好的技術經濟效益。在進行程序設計時，還需要考慮刀具路徑及程序優化，切削參數及切削方式的優化等問題，在滿足產品設計要求的前提下，降低加工成本，提高產品的生產效率。

第五篇：淺談斯沃數控仿真軟件在數控教學中的應用

中等職業學校專業骨干教師國家級培訓

文章題目: 淺談數控仿真軟件在數控教學中的應用

姓 名: 李 小 軍 所在省市: 安徽省合肥市 所在單位: 安徽肥西花崗職業高級中學

淺談數控仿真軟件在數控教學中的應用

（南京斯沃數控仿真軟件）

摘要：數控加工仿真是利用計算機來模擬實際的加工過程，是驗證數控加工程序正確性和切削過程的有力工具。隨著數控加在機械制造業中的廣泛應用，數控操作者的大量培訓便成為迫切的問題。各職業技術學校緊扣市場需求，大力發展數控加工專業。為了緩解學生多、數控設備少的矛盾．很多職業學校利用仿真加工軟件進行數控加工的編程和操作訓練．這樣不僅可迅速提高操作者的素質，而且安全可靠、費用低。另外應用數控加工模擬仿真軟件，可以激發學生學習數控的積極性，來提高教學效果和實訓效果，解決了實訓中存在的一些問題。使實踐教學達到事半功倍的效果。

關鍵詞：數控技術；數控編程操作；仿真軟件； 數控實訓 引言

隨著現代技術的飛速發展，數控技術已經成為衡量制造業發展水平的重要標志之一，也是衡量一個國家綜合國力的重要標志，是現代機械制造業的核心技術。由于數控技術在機械制造業中的重要性，國內一些高、中職院校陸續在機械專業開設了數控課程。但由于教學條件的限制，許多學校只能傳授理論知識，而不能將理論付諸于實踐。既不能培養學生的實際應用能力如數控編程能力、數控機床的操作能力及系統的維護能力，也不能培養學生數控技術的開發能力。這樣培養出來的學生畢業后走上工作崗位不能很快地在數控技術的應用與開發方面獨當一面。

數控機床科技含量高，品種繁多、價格較高，一臺數控車床通常需十來萬，數控銑床則一般需二三十萬，而一臺數控加工中心價格更高，少則幾十萬多則幾百萬。作為中職學校，就一個班五十人來說，則至少需投入同種機床10幾臺，才能展開正常的實訓教學工作，所以投入至少上百萬，同時數控機床的實訓消耗多，成本高，比如刀具、工件材料的消耗，每生少則也需好幾十元。所以數控機床的操作訓練若完全依賴數控機床進行實作訓練，即使是實力雄厚的培訓院校和企業既無必要也無力承擔起此種消耗與投入。因此探索一種新的數控加工技術教學模式來達到投入少、見效快、培養的學生適應性強，學校企業歡迎的教學模式勢在必行。經調研，了解并試用了國內幾家較好的數控加工仿真教學系統，我們最終選擇了南京斯沃數控仿真軟件，此軟件能在計算機上進行三維動態仿真，操作方法及功能使用同真實機床基本一致，并能進行手工編程和C A M編程練習，與國內各大機床廠生產的各類數控系統有較好的兼容性。使用數控仿真系統能大大節省學校有限資源，彌補師資的不足，并在學習中能達到一人一機，激發學生學習興趣，還可以提高學生對不同系統的適應能力。即使操作失誤也不會損壞機床、危及人身安全，同樣會起到真實設備的教學效果。

一、斯沃數控仿真軟件簡介

數控仿真軟件是通過計算機的編程和建模，將加工過程用三維圖形或二維圖形以動態形式演示出來的軟件。目前比較常見的有上海宇龍、南京斯沃、北京斐克等數控仿真軟件，例如我校使用的南京斯沃有以下幾個優點：能全面的仿真數控加工的過程，包括機床設定(支持多種數控系統)、定義毛坯、刀具準備、基準測量、G代碼處理、面板操作等；配置要求低，只需仿真軟件和要求不是很高的微機。并能與多種計算機操作系統兼容；操作的安全性很高，不會因為學生的錯誤操作而造成人身傷害，更不會損壞機床；不需要原材料，投入資金少，占地小。不會造成資源的浪費；利用網絡可以搭建交流平臺，為師生提供良好的交互空間等。

1、定義毛坯及選擇刀具

利用數控仿真軟件的操作模塊，結合實際數控機床及相關工藝知識，選擇合適的機床型號及系統類型，如圖1；根據所加工零件形狀定義工件毛坯的大小和材料，確定工件裝夾方式；在所提供的刀具庫中正確選擇刀具。

2、進行手工編程，然后校驗該程序

數控機床加工時所需的全部信息，即零件的圖樣尺寸、工藝過程、工藝參數、刀具位移量與方向以及其他輔助動作的總和，將這些信息再按規定的代碼及格式編制成數控程序，然后將程序內容記錄在控制介質上，輸入到數控裝置，從而控制機床加工。數控程序的編制對學生科學思維和專業技術要求很強，單純的理論教學易使初學者感到抽象、難學；加上現在大多中職學生專業基礎知識較為薄弱；數控指令本身枯燥、不易記憶，編寫的程序又得不到實現。學生編寫同一零件的加工程序會有多種，批改作業十分困難，這一難題在數控仿真軟件中得以解決，將數控代碼輸入編輯方式下的程序界面上，如圖2。然后按照實際數控機床的操作步驟進行回參考點、對刀、設定刀具補償，在自動運行方式下執行程序，可以直觀看到加工過程，判斷所編程序是否合理，如圖3。這樣使抽象、枯燥的學習變得形象、生動，更容易掌握，突現了數控加工仿真軟件在教學中的優點。

3、CAM編程加工

利用C A M類軟件如C A X A、P r o/e、UG、Master CAM中的前處理功能即繪圖功能對零件進行三維實體建模，選擇合適的加工工藝方法，安排零件的加工工序，確定粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具、切削用量、進退刀路徑、主軸轉速等參數后，CAXA系統便自動計算加工余量，并動態顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具軌跡和NC代碼，然后將零件的NC程序傳入到數控仿真軟件中進行模擬加工仿真，省去了手工編制程序的煩惱。這一過程將數控編程、制造工藝、刀具、數控機床、數控加工等課程有機地結合起來，使學生覺得以前所學的知識不再孤立、枯燥，在數控技術課程中達到了融會貫通，并在計算機上變得生動、形象起來，鞏固了學生的加工工藝方面的知識，強化了數控教學的效果。

二、數控仿真軟件在數控實習教學中的作用

1、利用數控仿真軟件可以彌補設備的不足。

由于大部分中職學校數控設備種類不齊全、數量不足，那么學生實訓可以在仿真系統中實現。使用仿真軟件，也大大減少工件、刀具、材料和能源的消耗，從而可以降低培訓成本。

2、提供了多種機床和多種系統。

當前數控機床的種類和系統廠家眾多，數控仿真軟件提供了基本涵蓋當今我國數控加工中常見的數控機床和主流的數控系統，教學時可根據需要選擇相應的機床和系統對學生進行授課，提高學生對不同數控系統及不同數控機床的適應能力，使學生到了工廠后能在最短的時間內融入到生產當中。

3、安全性高，便于學生學習。

由于數控加工仿真系統不存在安全問題，不會因為學生的錯誤操作而損壞機床，更不會造人身傷害，學生可以大膽地、獨立地進行學習和練習。軟件中不僅具有對學生編制的數控程序進行自動檢測、具體指出錯誤原因的功能，還具有在真實設備上無法實現的三維測量功能。這些功能使得學生可以進行自我學習，自我檢測加工零件幾何形狀的精度，大大降低了教師的工作強度。

4、方便了教師授課。

實習教學中，如果教師僅僅在課堂上講解，學生會難以理解，所以較多的授課內容是需要教師進行示范的，教師在機床上對學生進行示范時，很難保證所有的學生能夠聽清、看清，教學效果往往不太理想。而數控加工仿真軟件的互動教學功能使得教師可以以廣播的方式在每個學生的屏幕上演示其教學內容，使所有的學生均能清楚地觀看并進行模仿，同時教師也可以在自己屏幕上看到每個學生的操作情況，實時了解教學情況并對學生進行指導。

5、可在計算機上完成所編程序的檢驗，減少實際操作出錯的概率。

在實際操作時，我們一般利用機床的圖形模擬校驗功能來檢驗程序的正確性，每個學生占用機床時間較長，同時，由于圖形模擬也只能觀看零件的大致輪廓，對于程序中的一些細小處的錯誤判斷不出。所以在實際操作前，學生可以在數控仿真軟件上輸入程序，將校驗的步驟放在計算機上完成，觀察零件的加工情況，最后將正確的程序通過鍵盤或數據傳輸方式輸入到數控機床中，這樣既可節省時間，又提高了加工中的安全性。

三、數控加工仿真軟件存在的常見問題及解決辦法

首先，和真實的數控機床相比，數控仿真軟件中的各類機床只能做到基本相同，而其中一部分指令，一部分操作方法還是存在一些不同之處，有不少功能在仿真軟件上還體現不出來。如fanuc系統的直接圖紙編程功能，siemens系統的藍圖編程功能，華中系統的G71凹槽粗車循環等，很容易使學生認為實際機床不具備這些功能。

其次，數控加工仿真系統只是加工過程的模擬并非真實加工過程，它無法代替真實切削加工。因此，學生在利用數控加工仿真系統進行編程與操作練習時，往往容易忽視切削用量的選擇、刀具的選用、零件的裝夾等方面，一旦到了實際生產中便可能出現打刀現象或影響實際零件的加工質量、降低生產效率等問題。

另外，由于數控加工仿真系統不會出現任何事故，使學生容易放松對安全生產的要求，而對于在練習時出現的撞刀等現象也毫不在意，習慣一旦養成，會在實際生產中造成重大損失。

因此，我們在使用數控仿真軟件教學時，應注意以下事項：

1、合理安排數控加工仿真軟件學習的階段。

我校的數控加工專業的學生，數控仿真教學一般安排在普通車床、銑床等設備學習完后，數控操作的初學階段，這樣學生具備一定的加工基礎，學習起來較容易，而且教師利用仿真軟件進行初期培訓的效果比較好，同時也可避免初學者易出現的事故。

2、嚴格按實際操作的要求進行。

雖然是在計算機上進行仿真加工，但教師一定要要求學生按照實際操作加工中的要求來做，如正確裝夾零件，合理選用刀具及切削用量；對刀的步驟和動作也要規范，讓學生在學習的初期就養成正確的習慣。另外，應盡量避免使用計算機的鍵盤而采用鼠標點擊仿真軟件上的系統面板，使學生盡快熟悉面板上各鍵的位置，等到實際操作時就能很快適應。

3、及時說明軟件與機床不符之處。

對于軟件中和機床的不同之處，教師應及時給學生說明，并根據機床的實際情況對學生詳細講解，以免使學生產生誤解，影響到將來在機床上的編程與操作。

4、分配好仿真軟件學習和機床操作練習的時間比例。根據總的實習時間，合理分配好軟件練習和機床操作的時間，特別是當實習條件較好時，上機操作的時間應占較大比例，因為數控仿真軟件的優勢體現在入門基礎培訓上，學生實際操作技能的提高主要還是要依靠上機實際操作練習。

多年來我校在教學上的應用已經體現了斯沃數控仿真軟件的種種優點，我們相信在不斷的嘗試和研究下，能夠進一步地減少它的負面效應，使數控仿真軟件在數控實習教學中發揮出更大的作用。

四、結論

綜上所述，我校通過數控仿真軟件的使用，使學生在學習數控編程理論時，課堂教學變得更加生動、具體．提高了學生的學習興趣，教學效果明顯提高。對學生機床操作能力的培養也起到了極大的提高和加強作用。同時該系統還減輕了教師的下作強度，減少了工件材料和能源的消耗，節約了實踐環節的培訓成本。但是兩者之問始終還有差距存在，二者不能混為一談相互替代，只有在教學中科學、合理、有效的利用仿真軟件才能為教學服務，并在教學過程中積極思考其在應用中可能產生的問題，主動采取應對措施，并將仿真訓練與實踐操作訓練有機結合，就一定能收到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]胡如祥．數控加工編程與操作[M].大連理工大學出版社，2006．

[2]萬國銀．在字龍數控仿真軟件中實現程序快速輸入的方法[J].數控機床市場．2008(5): [3]孔笤．數控仿真軟件在教學中的思考[J]．廣西輕工業，2009(10)．

[4]劉才志．數控仿真軟件在數控教學中的應用之思考[J]．湖南 工業職業技術學院學報，2008(2)．

[5]數控加工仿真系統使用手冊．南京宇航軟件工程有限 公司． [6]數控加工編程與操作．中國勞動社會保障出版社．

[7]數控車床加工工藝與編程．中國勞動社會保障出版社，[8]數控加工編程與操作．華中科技大學出版社．