UG建模与自动编程技术在数控教学中的应用

陈晓丽 秦宝荣

摘 要：随着社会对数控专业高素质技能型人才的要求不断提高，中职学校正努力探索适应社会发展的人才培养模式。将UG建模与自动编程技术应用于数控教学，能提高教学的时效性，利于学生掌握理论知识与操作技能。当前中职学校数控专业核心课程涉及数控车削、数控铣削和加工中心，授课形式通常按阶段划分为理论与实训教学。由于数控技术涵盖的知识面广、操作性强，多学科交叉，因此，对“教”和“学”的方法与效果提出更严苛的要求。

关键词：UG  数控  有效性教学  应用

中图分类号：G642         文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（c）-0221-02

高速、高效和高柔性的数控加工技术可实现对各种复杂精密零件的自动化生产，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力和综合经济效益。数控技术的迅速发展对加快中职学校高素质技能型人才的培养起到推动作用。

数控技术涵盖的知识面广、操作性强，具有多学科交叉的特性，因此，对“教”和“学”的方法与效果提出更严苛的要求，如何在有限的课堂中充分调动学生的积极性，培养创新意识，将教学效果发挥到极致，是中职学校值得深思的问题。随着课堂教学改革的深入，“有效性教学”成为中职学校教学成果的聚焦点和重点研究方向。

UG是CAD/CAM软件之一，被业界公认为是最好的、最具代表的数控软件，具有知识密集、适用性强等特性，其强大的建模功能和自动编程模块备受青睐。大多数中职学校纷纷将UG作为独立的课程教学，由于UG与其他学科之间缺乏有效地衔接，因此，难以体现出软件的实用性。该文将以凹模板数控加工为例，剖析UG服务于数控教学所带来的成效。

1 UG/CAD建模技术在数控教学中的应用

准确识读技术图纸是实现数控加工的先决条件，操作者应从零件图中提取可靠的加工信息，如产品的结构形状、表面粗糙度要求、尺寸和形位精度要求等。当遇到较复杂的零件时，许多学生因读不懂技术图纸，又缺乏空间想象力，难以建立产品的空间模型，为后续数控加工带来极大的困扰。

UG/CAD 2D绘图和3D建模功能，能以灵活的方式展现零部件的内外结构，帮助学生巩固制图基础，从而提高课堂教学效率。如图1所示的凹模板，该零件包含孔、凸台、豁口槽和曲面等结构，其三视图较为复杂，学生在分析零件图时比较吃力，此时借助UG/CAD实体建模、特征建模等功能，帮助学生认识产品和明确加工部位，为切削加工的实施提供参考。凹模板造型主要过程如下。

（1）利用“拉伸”命令完成零件基础部分造型（长方体）。

（2）在基础部分造型中，借助“布尔”求差运算，实现豁口槽、四角凸台及盲孔的造型。

（3）创建四角凸台上的通孔特征。

（4）创建凹形曲面特征。

UG建模方式灵活、效果直接，在教学实施过程中教师可根据具体工作任务修改、变换和实时更新模型，增强学生的感性认识和形体构思能力，达到预期的教学效果。

2 UG/CAM自动编程技术在数控教学中的应用

数控程序集中体现切削加工工艺流程、刀具及切削用量的选择等信息，是按照规定格式书写并用于控制数控设备实现自动生产的代码群。

手工编程适用于结构简单的零件，而针对复杂的零件，由于计算的繁琐性容易增大程序出错的几率，教师在检查和指导过程中需要耗费大量的时间和精力。此时利用UG/CAM模块生成刀位源文件，再通过相应的后置处理即可生成适用的数控加工程序，整个操作过程可强化学生的工艺知识，同时体现出虚拟制造技术在数控教学中的适用性和优越性。

2.1 强化数控加工工艺知识

实际生产中，数控加工工艺直接影响产品质量。由于该部分内容理论性过强且抽象乏味，导致教学中出现“教师难教，学生难学”的尴尬局面。

UG/CAM模块可供用户选择加工方法、刀具及几何角度、确定切削参数和非切削参数等，通过工艺参数的设置界面使学生能更好地理解、掌握和运用工艺参数设置原则与方法。以凹模板豁口槽加工主要操作流程为例，使用UG功能模块讲解工艺参数的设置过程，为学生带来最直接的體验。

（1）创建几何体。

（2）创建刀具。豁口槽选择立铣刀铣削加工，在“铣刀-5 参数”界面用户可根据实际需求设置刀具相关参数，如刀具直径、刀具长度等。学生可以从刀具设置界面中了解各参数的含义，在绘图区域中直接观察参数变化引发的刀具变化，教学效果显著。

（3）创建平面铣操作该环节中需要选择操作子类型和设置参数，如，切削参数、非切削移动参数（进刀、退刀、避让等）、进给率和速度等。

2.2 验证刀路轨迹，直视加工过程

数控指令是数控课程的核心内容，通常情况下教师结合案例由易到难讲解指令的用法及切削过程中刀具的运动轨迹，学生只能依靠记忆和简单的模仿完成工作任务，而对指令的实质了解不够深入，一旦零件的结构形状发生改变，学生很难做到触类旁通，无法编制出合格的数控程序。

UG/CAM刀轨可视化界面能够清晰地展示刀具的每一步动作，如图2所示，该方式不仅能加深学生对指令的深入理解，也能更好地检测加工过程中刀具与工件、夹具和机床运动部件之间的碰撞与干涉问题，从而提高学习效率。

2.3 后置处理功能，保障实训效果

手工编制复杂结构零件的数控程序，计算繁琐且容易出错，在实践加工环节容易引发安全事故。UG/CAM后置处理功能将有限元计算产生的大量数据以形象、直观的方式转变为毛坯各阶段的变形行为，用户可以针对不同的机床和操作系统生成TXT格式的程序文档，由通讯接口实现软件与数控设备之间的程序传输。有效的数控程序结合仿真软件使用，可节省占机时间，保障实训安全，提高课堂效率。

UG在数控教学中的灵活运用，使虚拟制造技术将“二维图纸→3D造型→工艺参数设置→自动编程→数控加工”整个流程表现得淋漓尽致，以更加形象、直观的方式吸引学生，使教学具有更高的深度和广度。

3 结语

数控技术操作性强，学生以理论知识作支撑，在实践中验证数控程序的正确性与合理性，逐步掌握和提高操作技能。数控教学中以“能力、就业、发展”为宗旨，在现有的教学方法基础之上，引入UG软件搭建虚拟数控加工平台，形成一条紧凑的、虚拟的数控加工链，解决了设备不足、实训课时量少的难题，丰富了课堂教学，提高学生学习的自主性、激发创新能力。

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