郑 祥，王玉勤，陈 宇

(巢湖学院 机械工程学院，安徽 巢湖 238000)

1 简介

1.1 理论课程

数控技术是是综合了CAD/CAE/CAM等技术而形成的的一门综合学科[1]，是自动化机械系统、机器人、柔性制造系统、计算机集成制造系统等高新技术的基础，也是机械制造业面向新世纪实现技术改造和技术更新，向机电一体化方向发展的必由之路。

课程以机床为载体，工艺为主线将数控加工工艺、数控加工编程、数控机床装备三大部分有机融为一体，面向机械类本科学生，以培养应用型人才为目标，贯彻“少而精”原则，密切衔接其他专业课程。强调课程基本理论与方法；培养和锻炼学生基本技能与专业素质；提高学生综合应用能力。

1.2 虚拟仿真实验教学中心

数控技术实验是机械专业本科学生《数控技术》课程的实验教学环节[2]。通过实验，学生可以更好的熟悉数控机床的基本原理，掌握简单刀具轨迹的程序编制，了解一般机械零件的数控加工工艺流程。

为提高学生的参与度，丰富教学内容，同时提供安全和可靠的实验项目，解决机械类专业学生在实验实训课程以及综合能力培养的过程中面临的如：机械设备内部结构不易观察、复杂模具装配等、实践训练学生参与程度低以及训练成本高、消耗大、存在安全隐患等问题。我校与相关公司联合建立数控加工虚拟仿真实验教学中心，如图1所示。面向机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程3个专业开展虚拟仿真实验教学活动，学生通过软件建模，程序编制以及虚拟加工的方式完成虚拟仿真实验教学任务。

图1 虚拟仿真实验中心

其中数控虚拟仿真加工系统构建了高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，高度还原数控机床，保证每位同学可以参与到数控加工的过程中。学生在老师的指导下，对数控机床组成、基本操作过程，仿真数控加工有了更为直观和全面的认识，避免加工过程中可能出现的安全性问题。实验教学主要通过三维设计、程序编制以及虚拟仿真加工完成机械零件的加工，完成相关课程的虚拟仿真实验，目的在于锻炼学生独立思考和动手操作能力，强化数控技术知识结构体系，达到教学大纲所要求的教学效果。

1.3 实验项目开设

结合理论课程内容共安排6个实验项目，具体内容及学时安排如表1所示。了解和认识常用的数控机床的组成原理，熟练掌握开机、复位、回零、手动、增量、关机等数控机床基本操作；了解数控车床常用刀具和夹具规格，并熟练掌握数控车床基准刀的对刀方法和数控车床G00， G01，M、S、T等基本指令的使用方法。熟练掌握数控车床单一固定循环指令的使用方法；能运用单一固定循环指令简化编程，完成阶梯轴零件的车削加工，并保证零件的精度。

表1 “数控技术”实验教学项目及学时安排

2 操作环境

2.1 数控仿真系统组成

数控仿真系统主要是各种仿真软件组成的，以计算机为载体。具体由操作面板模块、NC编译模块、运动控制模块、切削计算模块等部分组成[3]。其中，三维仿真界面更好的展现了刀具切削加工的动态过程，逼真的反映工艺过程中机床、刀具、工件、夹具之间的变化规律，包括实时在线检测各种几何误差。

图2 虚拟数控车操作面板

2.2 基本原理及操作流程

计算机数控仿真是一种虚实结合的应用技术，需要有一定的数控编程的理论基础及工艺分析的能力。数控仿真加工通常按以下步骤进行，如图3所示。整个流程和线下数控实训的流程基本一致，但规避了实物操作的安全风险，学生可以通过调整不同的切削用量来得到不同的工艺质量，这是线下实训难以实现的目标。

图3 虚拟数控车操作流程

3 操作实例

阶梯轴是典型的回转类零件，应用广泛。工艺特征明显，非常适合车削加工。工艺结构如环形槽、端面、中心孔、锥面、内外螺纹等，制造过程可以充分体现学生对数控编程的掌握程度。为了充分发挥计算机平台的优势，培养学生CAD/CAM的意识及能力。加强计算机辅助软件的使用，采用UG建模并自动生成初步的NC程序，再修加以修改并导入虚拟仿真软件平台中运行。

3.1 三维造型并分析零件工艺性

图4 虚拟数控车阶梯轴三维零件图

如图4所示，仔细分析阶梯轴的零件工艺性，建立三维实体模型。确定工序顺序，车削端面、粗车外圆面/锥面、精车外圆面/锥面、切槽。所用刀具为外圆车刀、切槽刀等。并根据金属切削手册查取相应的切削用量。

3.2 开机回参考点并设定坐标系

点按“回零”按钮，再按 (+Z)和 (+X)按键，各轴原点指示灯变亮，即回机床的参考点[4]。通过G90、G91设置相应的绝对坐标系或相对坐标系，如图5所示。

图5 设定坐标系

3.3 导入程序自动加工

直接调入UG、PRO-E、Mastercam等CAD/CAM后置处理文件模拟加工。机床操作界面中将方式选择旋钮旋到“程序编辑”方式，按下系统面板上的“PROG”键，切换到“程序”界面，输入需自动加工的程序名，按下“INSERT”键。将方式选择旋钮旋到“自动循环”方式，在控制面板中按下“自动”或“单段”按键，按下绿色“循环启动”按钮开始自动加工[5]，如图6所示。

图6 程序运行状态

4 总结

虚拟仿真平台的核心是仿真软件具有编程和加工功能，学生通过在PC机上编程加工，掌握了典型工艺结构车削的程序编制。可以修改不同的工艺参数，直观的观察切削过程的变化，有利于掌握数控技术的基本原理。虚实结合的教学手段大大提高了教学资源的利用效率，打破了传统课堂时间、空间的固有局限性，尤其对于数控编程实践能力的锻炼与提升起重要作用，实现了“反转课堂”。