数控仿真软件在数控加工中的应用

辛 燕，李景才，王鹏飞

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476000)

数控仿真软件在数控加工中的应用

辛 燕，李景才，王鹏飞

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476000)

制造业是国民经济的支柱产业，数控加工行业是制造业的重要组成部分.数控行业的发展与数控人才技术水平有着密切关系，在人才培养过程中，数控专业的纯理论教学枯燥无味，数控仿真软件的应用可以激发学生的学习积极性，提高学习效率，提升教学水平.在培养数控加工技术的实用型技能人才方面有着重要作用.

数控仿真软件；制造业；数控加工

1 数控专业现状

制造业是国民经济的主题，是立国之本、兴国之器、强国之基.打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路[1]128-129.数控加工行业是制造业的重要组成部分，因此打造较强实力的制造业，数控加工行业必然先行.然而现在数控行业的发展现状是：在发达国家，数控加工行业所用机床低端、中端、高端的的比例为20∶70∶10，而发展中国家的比例为80∶17∶3，由数字不难看出，我们的中高端数控机床的市场占有率相当小.其中一个重要的原因就是在数控行业的发展过程中，我们缺乏人才，这些人才，不光包括数控研发人才、设计人才、维修人才，其中还包括数控操作人才.好在我们国家已经意识到问题所在，已经在大、中专院校广泛开设与数控行业相关的课程，有的院校为了迎合市场需要，还开设了数控加工专业.现在我国数控加工行业的数控操作人员的水平已经有所提高，但仍不容乐观.如何尽快培养出一大批高素质数控人才，已经成为一项迫在眉睫的任务.那么如何才能尽快为国家培养出高素质人才呢. 在开设数控理论课程的同时，理论要与实践相结合，理论学习很重要，但是多练多实践是关键，尤其是高职院校，应该更为突出地体现工学结合，知行合一，理实一体的教学理念[2]86-88.在理论教学过程中，要多注重多媒体技术的应用，激发学生的学习兴趣，让学生学习不至于枯燥无味，而后要做好实习工作.现在很多院校的实习是让学生以真实的机床练习为主，在实习的过程中，有很多同学由于各方面的因素，不敢去碰机床，有一种惧怕的感觉，怕机床给自己带来人身伤害，怕自己的操作会给别人带来伤害，怕由于自己的操作失误损坏昂贵的数控机床.还有一些同学勇于探索，但是在实习的过程中出现撞刀等现象，造成了刀具和机床零部件的损坏，带来很多不必要的损失，还有的因为工件尺寸不合格要重做，这也无形中造成了实习材料的浪费，给本来就昂贵的实习增加了不小的额外费用[3]8-9.所以有的院校不愿承担高额的成本，造成了机床的闲置，形成了少实习、不实习恶性循环.

2 在教学中引入数控仿真系统的原因

1) 仿真系统的投入一劳永逸，只需要一次性投入，基本就没有后期的维护费、折旧费等费用支出.

2) 数控仿真实习节省实习材料.在实习中不用实际的加工材料，所以节省了很大的实习成本.

3) 数控仿真不失真实感.在实习中与真实机床类似，既能看到毛坯到工件的切削变化过程，也能听到在加工的过程中所产生的声音.

4) 安全.这一点是很重要的，不会发生诸如卡盘扳手飞出、工件装夹不牢飞出、切屑飞出、撞刀等一系列安全事故.

5) 采用数控仿真软件可以弥补一些院校设备不足的问题.众所周知，供实习用的规模化数控加工设备少则百万，上不封顶，这对于非重点院校来说无疑是一笔不菲的支出.所以要想在设备上少投入一些，数控仿真软件的选用是最为合适的选择.

6) 选用数控仿真软件，可以采用多媒体教学，让学生更为直观地了解机床的结构、了解程序的运行过程、看到工件的加工过程、了解程序的输入过程、更为详细的看到对刀过程.这样可以大大缩短学生对机床的熟悉时间，对机床操作的熟练程度大大提高，为机床的实际操作奠定更为坚实的基础，很大程度上提高实习效果.

7) 数控仿真软件可以实现网络培训和远程教学.利用数控仿真软件在完成本职教学的同时还可以肩负起为社会远程培训的服务工作.

8) 不用每天打扫保养机床，为学生节约学习时间，同时也能降低成本.

9) 数控仿真教学系统，不会给学生带来伤害，不会伤害自己，也不会伤害别人，也不会因为操作失误而损坏机床.

10) 数控仿真教学系统可以弥补师资力量的不足.实习教师缺乏，尤其是缺乏有经验的实习教师，是困扰各大院校的一个难题.引进数控仿真系统以后，实习老师的数量可以减少很多.

3 引入仿真软件后若干问题的分析

采用多媒体教学、理论课讲解与仿真演示同时进行，如基本指令和G71讲解完之后就可以进行如下练习.

1) 对面板上各个键的功能进行详细讲解并演示其具体操作

通过讲解和演示让学生掌握操作面板和控制面板上各个键的功能.如图1、图2所示.

图1 程序输入面板

图2 机床控制面板

2) 根据图纸编写并输入程序

通过程序编写和输入，让学生掌握程序的正确书写格式和正确的输入方法以及程序的修改方法.如图3、图4所示.

图3 加工程序

图4 加工程序

3) 刀具和毛坯的选择

仿真系统中的刀具与真实刀具的外形完全一样，并且提供各种形式的车刀，学生可以根据需要任意选择.毛坯的材料、直径大小、长度都可以任意的选择，不会造成任何额外支出.如图5、图6所示.

图5 刀具选择

图6 毛坯选择

4) 毛坯与刀具装入后的效果

在装入毛坯和刀具的过程中，毛坯的伸出长度可以根据需要任意调节；刀具的安装，只需要考虑刀位号，无须考虑刀具高度与加紧问题，如图7所示.

图7 毛坯、刀具安装示意图

5) 试切对刀

对初学者来讲最怕的就是这一步，但这一步很关键，若后续加工过程中出现撞刀，其原因基本上都与这一步有关.真实的机床在对刀时噪音很大，由于操作者不太熟练，可能会造成手忙脚乱，过度紧张，在操作、测量、输入时会出现很多意料不到的错误，最终导致撞刀事故的发生.如图8、图9所示，仿真系统就克服了这方面的不足，它既有操作真实机床的感觉，又不会因为撞刀而造成损失.所以仿真系统的应用能在很大程度上激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性.

图8 试切对刀

图9 对刀数据输入

6) 工件加工

如图10所示，工件加工在仿真系统过程中，既能听到加工中产生的噪音，又能看到工件旋转、刀具移动、铁屑飞舞，图声并茂，能够较为接近真实的加工环境.增加了学生的好奇心和对数控知识探索的兴趣.

图10 工件加工

7) 加工的成品与测量

如图11、图12所示，在这里学生可以看到加工后的成品，所以成就感油然而生，一种探索的欲望也随之而来.并且还能运用仿真系统中的测量功能准确测出其各点的尺寸，工件合格与否一测便知.

图11 成型工件

图12 成型工件尺寸示意图

8) 加工过程中的常见报警举例

由于种种原因，在程序输入和操作的过程中难免产生各种错误，这种错误严重时会造成撞刀事故或引起报警造成程序无法正常运行.如图13、图14所示，每出现一个报警都要找出具体原因进行整改，以免实际操作时再犯同样的错误.

图13 错误报警

图14 错误报警

经过对上述的了解，学生就可以在电脑上按照所给的图纸自己练习了，在练习的过程中，可能会出现诸如书写格式不正确、多写或少写地址符、对刀错误等一系列问题，但是这些问题在加工的过程中都会有相应的报警提示，不会发生撞坏机床的情况[4]89.初期可以给学生提供多张图纸让学生反复练习，可以随时更换新工件，不会增加任何费用. 由于软件的界面和真实的机床一模一样，在用软件练习熟练之后再上真实的机床做加工，就能避免很多不必要的故障和事故发生，在机床的使用过程中，学生再也不会因为紧张而胆怯，都能放心大胆地去实习[5]73.老师也不用再唯恐学生发生事故而坐立不安.实习的时间可以缩短不少，但是实习的效率却提高了很多，实习的费用也节省很多.

商丘职业技术学院有关领导对我院数控专业的发展比较重视，在2008年引进了某品牌数控仿真系统，并收到了超出预期的良好效果.数控仿真系统引用前后的效果对比如表1所示.(统计时间为2007年第1学期至2014年第1学期，此表取值为平均值)经过核算引用数控仿真加工系统后每年可节约费用10余万元.

表1 数控仿真系统引用前后效果对照表

4 结语

鉴于以上数控仿真加工的各项好处，笔者认为，无论是学校教学还是企业培训，凡是涉及数控加工的，都应该引进一套仿真加工软件.引进数控仿真可以理论与实践相结合，可以节省大量经费，起到事半功倍的效果.

[1] 张丽华，马立克.数控编程与加工技术[M].大连:大连理工出版社,2006.

[2] 王 振，张河江.高职高专数控编程与操作课程的教学改革探讨[J].商丘职业技术学院学报,2011,10(02).

[3] 陈淑玲.工程制图课程教学改革探讨[J].北京电力高等专科学校学报,2009(11).

[4] 韩祥凤，辛 燕.数控机床课程教学研究[J].今日科苑,2009 (16).

[5] 辛 燕，李景才.数控编程课程教学改革探讨[J]. 商丘职业技术学院学报,2012,11(02).

[责任编辑 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，山东菏泽人，商丘职业技术学院讲师，硕士，主要从事机械加工研究。

G712；TG659

A

1671-8127(2017)04-0084-05