張 歡

（江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 UG三維數(shù)控建模軟件的應(yīng)用背景

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動化控制技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，所形成的先進(jìn)制造技術(shù)日益引起各國的重視，它是提高制造型企業(yè)國際競爭力和創(chuàng)新能力的根本途徑，而數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的主要標(biāo)志。因此中等職業(yè)學(xué)校的實(shí)習(xí)教學(xué)，開始由傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)內(nèi)容向包含數(shù)控技術(shù)的新實(shí)習(xí)內(nèi)容轉(zhuǎn)變，也對職業(yè)教育也提出了新的要求。

但由于學(xué)生基礎(chǔ)差，專業(yè)意識不強(qiáng)，學(xué)習(xí)被動無興趣等，要在這樣的條件下要培養(yǎng)一個合格的數(shù)控技術(shù)人才談何容易，這就要求探索出一套適合當(dāng)前現(xiàn)狀的教學(xué)方法。經(jīng)過幾年的數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)，發(fā)現(xiàn)數(shù)控仿真軟件能在其中顯示出橋梁作用，能使理論和實(shí)踐有效的銜接，打破了傳統(tǒng)的數(shù)控教學(xué)模式，增加了學(xué)生動手的機(jī)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(shù)化軟件，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。

UG不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能；而且，在設(shè)計(jì)過程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。此外，UG不僅可以接受本系統(tǒng)生成的CAD數(shù)據(jù)，而且它提供多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，處理任何第三方CAD系統(tǒng)所生成的數(shù)據(jù)。

在“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導(dǎo)向、以技能為本位為發(fā)展目標(biāo)”的職業(yè)教育方針指導(dǎo)下，我校于2014年在飛機(jī)制造專業(yè)教學(xué)中引入了UG三維數(shù)控建模軟件，解決了許多教學(xué)難題。首先是彌補(bǔ)了因?qū)嵱?xùn)設(shè)備不足所引起的問題；其次是在降低教學(xué)成本的同時(shí)提高了教學(xué)的效率；三是提高了學(xué)生在實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)時(shí)的安全性。

2 在教學(xué)中存的問題

UG三維數(shù)控建模教學(xué)工具的優(yōu)越性，給教學(xué)帶來了便利。但通過幾個學(xué)期的UG三維數(shù)控建模教學(xué)，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）學(xué)生的三維模型構(gòu)建能力較弱。由于職業(yè)學(xué)校學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)差，空間想象能力較弱，因此在進(jìn)行三維模型構(gòu)建教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，學(xué)生往往不易理解，這樣不僅影響了整體的教學(xué)進(jìn)度又挫傷了學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性。

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

（3）數(shù)控加工的手工編程能力的下降。由于UG三維數(shù)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(yīng)用較少，如G70、G76等循環(huán)指令及宏程序等。

（4）實(shí)際機(jī)床的操作能力下降。由于學(xué)生在UG軟件上完成建模及后置處理后即可在UG軟件里進(jìn)行仿真加工不會產(chǎn)生撞刀等事故，導(dǎo)致他們在參數(shù)設(shè)置時(shí)各切削參數(shù)及刀具胡亂設(shè)置，給零件加工帶來的難度，甚至做不出能夠運(yùn)行的程序。，而且由于實(shí)際接觸數(shù)控機(jī)床的時(shí)間有所減少，使得學(xué)生對于數(shù)控車床的實(shí)際操作有所生疏。

3 教學(xué)改革嘗試

發(fā)現(xiàn)了以上問題后，我們對教學(xué)作了相應(yīng)的調(diào)整，并收到了較好的效果。

（1）針對學(xué)生三維模型構(gòu)建能力弱的問題，我們把UG三維數(shù)控建模教學(xué)放在第三學(xué)期進(jìn)行，第一學(xué)期主要以學(xué)習(xí)機(jī)械制圖基礎(chǔ)理論為主。第二學(xué)期我們安排了UGCAD部分的教學(xué)，讓學(xué)生掌握基本的三維繪圖能力。第三學(xué)期安排UG三維數(shù)控建模軟件的CAM部分的教學(xué)，這時(shí)學(xué)生在進(jìn)行三維模型構(gòu)建時(shí)，會有一種得心應(yīng)手的感覺，認(rèn)為數(shù)控自動編程的學(xué)習(xí)難度不高，對數(shù)控編程學(xué)習(xí)的興趣也大大地提高了。

（2）針對加工工藝參數(shù)設(shè)置不合理，我們在教學(xué)中采用了模塊化教學(xué)的方式。在一個學(xué)期的UG三維建模的教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)的難易程度我們將UG三維模型設(shè)計(jì)教學(xué)劃分成8~9個模塊，由易到難對每一個模塊的事例及練習(xí)零件均作了詳細(xì)的工藝分析和標(biāo)準(zhǔn)程序演示，使學(xué)生能結(jié)合數(shù)控加工與編程課程來分析典型零件數(shù)控加工工藝路線。如下圖1模塊案例是其中的一個教學(xué)模塊，在數(shù)控加工中屬較易加工工件，但設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)跟其他復(fù)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(shù)進(jìn)行分析，在UG的建模界面中將工件的三維模型設(shè)計(jì)出來，然后在UG的加工界面進(jìn)行加工操作：

（1）在工序?qū)Ш狡髦袆?chuàng)建程序、所需刀具、幾何參數(shù)及加工方法。

（2）粗加工刀具軌跡。

在創(chuàng)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(yīng)的程序、刀具等，編輯此程序的名稱，單擊確定按鈕進(jìn)入平面銑操作對話框。在平面銑操作對話框中設(shè)置幾何參數(shù)，指定要切削的部分，選擇相應(yīng)的刀具，對切削的方式、切削量、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。確定以上設(shè)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(chuàng)建與粗加工類似，在創(chuàng)建工序的操作對話框中將刀具及加工方法進(jìn)行修改，編輯此程序的名稱，單擊確定按鈕進(jìn)入平面銑操作對話框。在平面銑操作對話框中設(shè)置精加工的幾何參數(shù)，指定要切削的部分，選擇相應(yīng)的刀具，對切削的方式、切削量、轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。確定以上設(shè)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(jié)果

（4）軌跡仿真過程

UG提供了動態(tài)顯示刀具切削過程的仿真模塊。實(shí)現(xiàn)了從零件毛坯開始，對加工過程中選定的刀具運(yùn)動軌跡和切削狀態(tài)進(jìn)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(jié)果如圖4所示。

（5）進(jìn)行后處理、生成程序

在“后處理”項(xiàng)中，將“后處理器”設(shè)為“MILL_3_AXIS”，設(shè)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(tǒng)計(jì)算后自動生成加工程序.最終輸出的程序?yàn)橐晃谋疚募?，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(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行加工，通過檢測加工件的各項(xiàng)參數(shù)，對程序進(jìn)行修改，使得加工出的工件滿足要求。

4 結(jié)束語

UG已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)，而CAD/CAE/CAM技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中使用越來越普及，越來越深入。學(xué)校必須和社會接軌，加大對這一塊的建設(shè)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)最新的技術(shù)，這樣才能在就業(yè)競爭中占優(yōu)勢。

［1］張紅英.數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用[J].交通職業(yè)教育，2006.

［2］劉戰(zhàn)術(shù).數(shù)控機(jī)床操作與加工實(shí)訓(xùn)[M].北京：人民郵電出版社,2006.

［3］吳長有.數(shù)控仿真應(yīng)用軟件實(shí)訓(xùn)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006.