数控编程的概念范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的5篇数控编程的概念范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

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1.1合理安排数控机床实训的时间

由于机械工程实训总学时的限制，青岛农业大学机械专业学生共实习4周。数控机床实训的内容较多，在训练时间的安排上，数控车床2天、数控铣床和加工中心2天、其他数控机床1天，这样既重点突出又全面。数控机床应用了先进的数控技术，和普通机床的实训相比，讲解的时间会多一些。一般操作讲解、黑板上指令讲解的时间约占1/2，让学生能较深刻地理解数控机床是如何加工零件的;学生操作机床加工零件的时间约占1/2，使学生有较充足的时间增强对数控机床加工零件的感性认识。总之，实训的重点虽为实践，数控机床训练的特点又决定了讲解占了约一半的时间。

1.2合理安排数控机床实训的内容和方法

在数控机床实训中，操作、编程和加工零件是主要内容。首先对照机床讲解基本的操作;然后学习数控的编程知识;最后加工出零件。编程方法的讲解，只能在黑板上讲解组成程序的指令字、程序的格式等，然后编写一个简单的程序。数控机床的坐标系是主要内容之一，机械坐标系、工件坐标系(编程坐标系)的概念，它们的作用是什么，必须结合编程才能讲清楚。数控机床是按程序自动加工零件的，刀具沿程序指令的刀路运动切削工件，刀路的位置必须使用坐标系描述。所以，首先讲清各种坐标系的概念，进而才能讲清对刀等关键的概念，才能理解为什么在编程坐标系下编写的程序可以在机床上加工出零件等问题。数控机床的实训内容应与数控机床理论课的内容相辅相成，各有侧重，通过数控机床的实训为下一步学习数控机床理论课打下良好的基础。数控机床实训应以机床操作、编程、日常保养和安全使用为基本内容，重点应放在编程和操作上。通过基本编程知识和操作的学习，学生可具备基本的编程和操作能力，为了提高学生的实训兴趣和创新意识，可以让学生自己设计一个简单的零件，自己编程，经指导教师检查无误后上机加工;或者编程加工一些有趣的零件。如:数控车床上可以加工仿真子弹、仿真酒瓶等;数控铣床上可以加工一些汉字，如“欢迎实习”等。

1.3手工编程和自动编程

数控编程分手工编程和自动编程，形状复杂的零件加工程序只能由计算机自动编程来完成。在实训内容上，应手工编程和计算机自动编程并重。手工编程是数控车床实习的基本内容，通过手工编程加工简单的小零件，是普遍采用的训练方法。但随着计算机技术的发展，CAD/CAM在机械加工中的广泛应用，计算机自动编程也应是数控机床特别是数控铣床实习必讲内容之一。由于实训时间的限制，这部分的内容较多。所以，可以精简为由实习指导教师通过一个例子演示给学生看，边演示边讲解，讲明形状复杂及包含曲面的零件或模具的加工必须用计算机自动编程的方法编程，然后加工成所需的零件或模具。自动编程是通过计算机软件完成的，常用的具有计算机编程功能的软件有:CAXA、UG、Cimatron、Pro/E等。1.4数控机床仿真软件的应用机械工程实训场地往往有限，数控机床价格较贵，配备的数控机床的种类和数量有限，平均到每一名学生的上机操作时间较少。为了解决这个矛盾，可以安排一定的时间，让学生在机房使用数控机床仿真软件练习数控机床的操作、编程和加工仿真。也可以不做统一安排，让学生课后根据自己的情况自由上机练习。数控机床实训的内容多，时间相对较少，一定要制订详细可行的实训计划，明确每天的训练任务、训练目的、训练方法和训练设备。这样学生面对从未见过的设备就不会感到茫然，教师指导学生也会有条不紊，顺利完成实训任务［5］。

2演示教学法的应用

2.1什么是演示教学法

由于机械工程实训总学时的限制，学生不可能自己动手操作每一种机床，特别是一些比较危险、贵重和精密的设备，比如高压水切割机床、三坐标测量机以及电火花线切割、电火花成型等机床。为了解决这个矛盾，基于学校的实际情况，采用了演示教学的实训方法。所谓演示教学法即指导教师讲解机床的加工原理、操作方法、编程方法，然后自己操作机床加工一个零件演示给学生看。通过演示教学的实训方法，解决了实训内容多时间少、机床有限及教师有限的矛盾，还可以给学生打下进一步学习研究的基础。

2.2以电火花线切割为例

电火花线切割属于特种加工，特种加工是利用电能、化学能、光能或声能等能量对工程材料进行加工的工艺方法。在特种加工中，加工工具(广义的刀具)、加工工件与传统的机加工不同，一般不是采用机械力加工，在实习时学生首先会想到加工工具是怎样加工工件的。所以实习指导教师在实习的开始，应首先讲明电火花线切割的加工原理。实习步骤如下:(1)指导教师启动机床，用薄钢板切割一个小五角星演示给学生看。学生发现一根很长的光滑的金属钼丝可以切割钢板时，一定会感到吃惊，想知道它的加工原理是什么。(2)在切割小五角星的过程中指导教师讲解加工的原理，举一个日常生活中简单的电火花放电的例子:我们平时开关电器或插拔插头时，会发现有时有电火花放电，严重时开关或插头的导电部位有被烧的痕迹，甚至掉渣。电火花线切割的加工原理就是利用电火花放电产生的热量使金属被烧腐蚀而起到切割的作用。讲完这个常见的现象后，再讲电火花线切割的加工原理，学生就感到易于理解了。(3)指导教师再讲解机床的操作方法。(4)简单讲解编程的方法，整个过程大约45min。

3多媒体技术在机械工程实训中的应用

随着计算机技术的飞速发展，计算机的多媒体技术和仿真技术已经应用于各行各业。机械工程实训是一种实践教学活动，但是计算机的多媒体技术和仿真技术在机械工程实训中也能发挥重要的作用。由于实训的内容不可能面面俱到，在学生实习完基本的内容后，可利用多媒体技术补充和总结，会起到良好的教学效果。

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2刀具补偿在数控加工中的作用

在数控加工中，使用刀具补偿，从其基本的原理、应用原则开始分析，以及结合工作经验来提高刀具补偿的应用效果。尤其需要了解在数控加工中刀具补偿的功能、从而促进实际应用的成效，根据刀具补偿的指令、使用等特点，来实施对应的刀补方式。

2．1刀具长度补偿在数控加工中的作用

对于数控加工，往往依据加工工件的要求、需要等，更换刀工指令，进而选取适宜的刀具完成加工，而刀具的长度会随时发生改变。随着刀具长度的变化，改变了非基准刀位点的起始位置，也改变了基准刀位点的起始位置，使其不能重合，所以，需要改变刀具的长度，进行适当的处理，减少零件报废，或撞刀等问题出现。通过实施刀具长度补偿，减少不必要问题的出现，以及提高编程、加工的效率。在使用刀具长度补偿，确保刀具以垂直的方向落在刀平面上，最多偏移一个刀具长度的修正值，因此，在具体数控的编程过程中，一般不用分析刀具的长度。对于刀具长度补偿，还用来调整不同规格的刀具，或刀具的磨损，通过刀具长度补偿指令，来补偿刀具的改变，减少重新调整刀具的工作量。

2．2刀具半径补偿在数控加工中的作用

在数控加工过程中，其原则为“刀具相对于工件运动”，而在编程时，往往引进刀具半径补偿，依据刀具的大小，结合工件的轮廓，来使用刀具，即自己运转而偏离轮廓一定距离，即一个刀具的半径，减少出现多切问题。对于数控加工，往往在精度、效率、质量等方面提出要求，所以，对于数控编程、操作人员，应准确把握刀具半径补偿的定义、使用的方法。尤其刀具半径补偿值的设置要合理，确保加工的精度。对于刀具半径补偿，应结合理论轮廓编程来进行，通过使用刀具半径补偿概念，提高编程的效率。一般而言，刀具半径补偿仅仅用在铣刀类的刀具方面，依据工件尺寸进行编程，接着，以刀具半径为主，把其放在半径补偿的储存器中，在此后的加工中通过更改刀具半径补偿值来实现加工［2］。

2．3刀具补偿在数控加工中的技巧

为了很好地使用刀具补偿概念，需要准确把握刀具补偿的使用技巧，进而提高工作的效率。首先，分析刀具长度补偿，在其指令的使用中，应确定出正负补偿，及偏置量。对于正负补偿量，要依据Z轴的方向来得出，比如，在编程原点的Z坐标的正方向，作为刀具的刀位点，在这时，往往使用负补偿，即G44。而补偿功能代号H，其后的两位数字，往往用来代表一定数值，即刀具补偿的寄存器地址，具体指存放刀具长度的补偿值，把主轴的轴端中心当作起刀点，使用的刀具要离开轴端的偏置量，即长度为H。这样，杜绝指令使用出现错误，杜绝加工事故的发生，达到使用刀具补偿的目的。对于刀具长度补偿指令，往往随着刀具位置的变化而变化，所以，随着坐标的改变，来改变工件的坐标系，重新构建一个新的坐标系，在新的工件坐标系中，把加工程序中的Z坐标值引入进来，在这样的方式下，使得刀具长度补偿的计算简单化，促进工作编程。对于刀具半径补偿，首先，分析一下刀具半径补偿的功能、刀具的选择，刀具路径的确定等，以“少吃快走”为思想进行加工，利于加工的效率。另外，在加工中，需要及时更改自己的思维方式加工典型工件，提高加工的效率。而刀具半径补偿的应用技巧，要求数控加工人员根据自己的实际工作，不断分析总结经验，从而利于刀具半径补偿概念的使用［3］。

3刀具补偿应用中的注意事项

在数控加工中，往往使用刀补功能，这就需要从以下几点开始注意。其一，在建立，及取消刀补时，需要把握好刀具，即使其在刀补平面内完成运动。其二，使用刀具补偿时，把握好刀具运动的方向，杜绝加工方向出现错误，引起工件的浪费。另外，对于刀具补偿的指令，在具体应用中，必须以一定程序进行，即先下刀，再建立刀补、以及在抬刀后，取消刀补程序，确保刀补信息的充分、依据程序计算等。尤其杜绝出现抬刀前取消刀补，因为这样造成零件的报废。其三，在抬刀后，取消刀补，这样一来，使得刀具与工件距离远，杜绝刀具发生多切情况。

4结论

总而言之，对于现代数控加工，涉及刀具补偿概念，通过使用这个概念，利于加工工作的进行，提高加工的效率。只有合理利用刀具补偿，才能够增加加工的效率，同时，还能有效减少加工的工作量，以及减少计算的错误率等。同时，通过使用刀具补偿功能，利于加工的进行，解决刀具的磨损，发挥更大的功效。尤其更改刀具补偿常量、变量，能够更改传统刀补加工中常量、变量，进而提高刀补加工的功能，在具体加工中，不断积累经验、根据刀具补偿原理、概念，有效使用此类方法，不断丰富数控加工中刀补应用技巧、促进数控加工效率的提高。

作者:运庚丹 单位:锦西工业学校

参考文献:

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Abstract: Some methods are mentioned in this paper in order to reforming the course NC programe， such as adjusting the contents of the course， regarding the construct of the textbook， reforming the ways of teaching， reforming the way of testing on the students and lifelong practal teaching．

Key words: multimedia; reform；NC programe；teaching

《数控编程》是高职高专数控技术应用和其他许多机电类专业的一门主干专业课，它以培养学生熟练掌握数控设备基本编程技能和数控设备的应用能力为目标。根据高职高专学生的培养目标，有必要对《数控编程》这门课程进行教学改革，从教学内容，课程体系，教学方法与手段和实践教学体系进行改革，以提高教学质量，培养掌握数控技术的应用型、技能型人才，满足市场对该类人才的需求。

1．教学内容的调整

根据高职教育的特点，课程教学内容要围绕知识、能力、素质这三方面来进行，同时，必须有基础性、实用性、时效性和新颖性。《数控编程》理论教学内容包括计算机数控系统、数控机床机械机构、数控编程等内容。由于数控技术发展很快，因此，《数控编程》这门课程应紧跟数控技术的发展，将目前有关数控技术应用方面的新知识、新技术及时传授给学生，所以，应对课程内容与教材随时进行更新和调整。教材以讲明基本概念、基本原理为度，应删去一些繁锁的计算过程和一些过时的教学内容。例如，由于自动编程在数控编程中已得到广泛应用，可将教材中一些复杂曲线的数学处理等内容进行了压缩；因穿孔纸带在企业中已很少使用，这部分内容也可以删减；由于高职学生主要是技能的培养，因此，有必要对理论性太强、岗位实用性较低的内容进行删减，突出实践技能性强的教学内容，所以对数控加工的原理也可以只进行简单讲解，还应将教材中内容接近的部分进行合并。同时还应根据不同的专业对《数控编程》课程教学内容按不同要求进行编排。如对于机械制造及计算机辅助设计专业，主要讲授数控机床机械结构、数控车床、铣床、加工中心、计算机辅助编程。对于模具设计与制造专业主要讲授数控车床、铣床、加工中心编程、数控电火花、线切割机床编程。这样，《数控编程》课程教学内容的安排就体现了系统性、完整性、科学性和先进性，同时要注重汲取近期先进制造技术和数控技术的最新研究成果，注重知识的前后连贯，注重基础知识的完整性。

2．教材的建设

教材是教学改革的物化成果。在确定了课程基本内容后，教材的编写就成为有效提高课程教学质量的重要方式之一。在《数控编程》课程教材的建设中，应以课程的基本要求为基础。以教材设计的教学目标分类原则为理论指导，进行高职高专《数控编程》教材的编写。根据教学目标分类学理论，笔者认为可将认知领域的教学目标分为知识、理解、应用、分析、综合等5个类别。知识级涉及的主要是心理过程的记忆。本课程知识级主要教学目标是：数控编程基本概念的名称、定义；数控编程中的基本规则以及数控编程中常用代码的意义、用途。“理解” 是能力发展的一个基本层次，是对知识材料的转换、解释、推断。本课程理解级教学目标是理解数控编程的定义、字与字的功能、程序格式；解释坐标系规则、定义，并识别各典型机床坐标系；理解数学处理的基本方法；解释常用代码的定义、使用方法及编写格式，各代码间的区别与联系；理解典型数控机床加工程序编制的基础（机床主要功能、加工工艺范围、工艺装备、编程特点等）。“应用”是将知识和技能运用到实际中解决新问题。本课程应用级主要教学目标：掌握典型数控机床的常规编程方法；进行一般形状零件加工程序的分析及编制。“分析” 是对一项信息，找出其构成的要素或部分，使得观念中相关的层次更为清楚，并且使得观念与观念的关系更为明白。本课程分析级主要教学目标：分析数控机床编程中，各项功能的适用场合，并使用其进行编程；对典型数控机床的对刀调整、工作台调整、程序调整等进行分析，并确定正确方法。综合是将多元素或部分加以组合以形成一个整体。本课程中“综合” 级教学目标主要表现为能对较复杂零件进行数控加 程序的多方案比较，对较复杂零件进行工艺、程序、加工调整分析，并确定加工方案。

教学目标分类理论的基本精神是教学要循序渐进，层层深入，这是教材设计的基本原则，遵循这一原则能有效提高教材的科学性、适用性和针对性。高职教材的编写必须要遵循这一基本理论，才能形成高职教材的特色。

3．教学手段的改革

媒体与手段是现代教育技术的一个重要组成部分， 随着计算机技术的普及， 通讯技术和传媒手段迅猛发展，教学方法、教学手段应随着科学的发展而改变。一张嘴、一本书、一块黑板、一支粉笔的传统教学方法已不适合现代学习的要求，取而代之的将是录音、幻灯、录像、电视，特别是多媒体电脑，以其丰富的信息储备、快速的运行速度、强烈的感染力成为教师首选的教学手段。利用多媒体课件进行《数控编程》课程的教学，可以使教学生动、形象，提高学生学习兴趣 过去学生在学习《数控编程》课程时，普遍感觉这门课枯燥、难学，但如果利用电子教案，采用多媒体形式组织教学，同时利用数控加工的仿真软件，对学生编制出的数控程序进行仿真加工，这样就会使教学直观、形象，也会大大提高学生的学习兴趣，使他们感觉数控编程不但易懂、易学，而且实用，这样就会对《数控编程》产生浓厚的兴趣，学好这门课也就不是难事了。利用多媒体课件进行《数控编程》课程的教学也可以减轻学生负担，提高课堂利用率。传统的教学方式一般是老师在上面讲，学生在下面做笔记。有些同学往往顾了做笔记就顾上听课，常常一堂课下来，笔记做了不少，但脑子却是一片空白。采用多媒体课件授课，学生无需做笔记，只须专心听课，课后将电子教案一COPY就行了，复习时也非常轻松，而且多媒体课件的信息量也非常丰富，还可以解决课时不足的问题。另外，传统的授课方法，不但板书需要花费大量时间，而且课堂气氛比较沉闷，教学效果也较差。但采用多媒体课件授课，就会大大节约课堂的教学时间，提高课堂的利用率

4．考试方法的改革

考试是教师和学生每学期都必须经历的事情。学生可以通过考试，对学期所学课程进行系统的、综合的复习；教师也以通过考试了解学生的学习情况，检查自己的教学教学效果。然而，采用什么样的考试方法，怎样考核学生，是十分重要的。好的考试方法，可以调动学生学习的积极性。培养学生自主学习的能力，改善学生学习的风气，促进教学。为了寻找一种科学的、合理的、有效的考试方法，我认为有必要对目前的考试方法进行改革。考试应该采取多种形式进行，才能反映学生各方面能力水平。考试成绩可以由三项内容组成：笔试（50％）+操作考试（30％）+综合考试（20％）=总成绩（100％）。1）笔试：主要考核学生对本课程基本理论知识的掌握情况（50分）；试卷可以采用从试题库中随机抽取的办法，这样真正做到“教考分离”。2）操作考试：主要考核学生操作数控机床基本技能（30分）；3）综合考试：每个学生独立加工一个零件，考核学生综合运用知识的能力（20分）。

5．实践教学的改革

高职专业课程的显著特点之一就是实践性强。为此，必须要重点建设好与理论教学体系互相联系、相互融合的实践教学体系，理论教学体系，必须与实践教学体系相结合，才能培养出高素质、高技能的应用型人才。《数控编程》是一门实践性很强的课程。为了达到数控技术和其他机械类专业对本课程的要求，必须建立本课程独立的实践教学体系，即数控机床结构及编程实验──数控机床操作实训──综合实践训练。

1）课程实验 主要开设数控机床结构实验，使学生了解数控机床的机械结构，同时开设数控编程的实验，包括①手工编程：每个学生一台模拟编程器，完成数控车床、铣床编程训练。②计算机辅助编程（自动编程）。每个学生一台计算机及配套CAD／CAM软件，完成复杂形状零件自动编程训练，通过编程训练使学生掌握数控编程的方法和技巧。

2）数控机床操作实训 对学生进行数控车床、铣床和加工中心实际操作训练，使学生掌握数控机床、加工中心的程序输入、刀具参数设置、机床调整、机床维护知识，使学生能够操作数控机床并加工出合格零件，培养学生操作机床的基本技能。

3）综合实践训练 学生自己选择中等复杂程度的零件，分析零件结构、制订工艺过程、工艺路线，选择数控机床、刀具、夹具等，编制加工程序，自己动手操作加工出零件，培养学生综合运用所学理论知识解决实际问题的能力。

参考文献

[1]刘启新 关于电机拖动教学改革的几点措施[J]．教学研究，2003．2

[2]单嵩麟等 二年制高职数控专业教学改革的探索与思考[J]．天津职业大学学报，2005．3

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1、引言

数控程序作为将设计转化成现实的信息载体,直接控制机床的切削动作,是数控加工的关键。在制造业中,提高编程质量和效率对降低成本,增强企业竞争能力具有积极意义。在数控车床使用过程中,合适的程序和熟练的操作是保证加工质量和充分发挥机床效率必不可少的两个重要环节,任何一个环节存在问题,都会影响机床性能的发挥和生产效率的提高。

2、机床原点　工件原点　参考点

数控加工中机床坐标系是机床的基本坐标系,机床坐标系的原点也称机床原点或零点,这个原点是机床固有的点,由生产厂家确定,不能随意改变,是其他坐标系和机床内部参考点的出发点。不同数控机床坐标系的原点位置不同。一些数控机床将机床原点设在卡盘中心处（数控车床）,还有一些数控机床将机床原点设在机床直线运动的极限点附近（数控铣床）。

用机床坐标系原点计算被加工零件上各点的坐标值并进行编程是很不方便的,在编写零件的加工程序时,常常还选择一个工件坐标系（又称编程坐标系）。工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素（如点、直线、圆弧等）的位置而建立的坐标系,是编程人员在编程时使用的。工件坐标系的原点就是工件原点又称编程原点。工件原点是人为设定的,工件坐标系的位置以机床坐标系为参考点,其坐标轴的方向与机床坐标系轴的方向保持一致。

参考点也称基准点,是大多数具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个点,与机床零点有确定的尺寸联系。参考点在各轴以硬件方式用固定的凸块或限位开关实现。机床每次通电后,都要有回参考点的操作,数控装置通过参考点确认出机床原点的位置,数控机床也就建立了机床坐标系。

3、对刀　换刀点　刀位点

对刀点就是在数控机床上加工零件时,刀具相对于工件运动的起点。因为加工程序时从这个点开始编写的,所以又称为程序起点或起刀点。数控加工过程中常常需要换刀,为了避免换刀时碰伤工件,编程时要设置一个换刀点,换刀点可以是某一个固定点,也可以是任意一点。在编程时,合理选择“对刀点”和“换刀点”的位置,则可以有效缩短刀具在对刀和换刀过程中的空行程距离,提高加工效率。

所谓刀位点,在数控加工编程时,往往是将刀具浓缩为一个点,这个点就是刀位点,它是加工程序编制中表示刀具特征的点,也是对刀和加工的基准,对刀时应使对刀点与刀位点重合。一般来说立铣刀、端铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点;球头铣刀的刀位点是球头的球心点;车刀、镗刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心;钻头的刀位点是钻头顶点或钻头底面中心。在编程时是用刀位点来编制刀具轨迹,实际加工的刀具轨迹是由刀具的外轮廓切削工件形成,刀具路径与实际的加工轮廓并非重合,但有一定的变化联系。

4、切入点和切出点

刀具的切入切出点应按以下原则进行。

(1)切入点选择的原则。即在进刀或切削曲面的过程中,要保证刀具不受损坏。一般来说,对粗加工而言,选择曲面内的最高角点作为曲面的切入点,因为该点的切削余量较小,进刀时不易损坏刀具;对精加工而言,选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点,因为在该点处,刀具所受的弯矩较小,不易折断刀具。

(2)切出点选择的原则。主要应该考虑曲面能够连续完整地进行加工,或者是使曲面加工间的非切削时间尽可能地减短,并使得换刀方便。对于被加工曲面为开放型曲面,用曲面的某角点作为切出点;对于被加工曲面为封闭型曲面,只能用曲面的一个角点作为切出点。

数控铣削平面零件外轮廓时,一般采用立铣刀的侧刃铣削。为了避免在轮廓的切入点和切出点处留下刀痕,刀具切入零件时应考虑切入点和切出点处的程序处理,应沿轮廓外形的延长线切入和切出。延长线可由相切的圆弧和直线组成,这样可以保证加工处的零件轮廓切入点和切出点的处理平滑。

铣削封闭的内轮廓表面时,若内轮廓曲线允许外延,则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延,刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出,此时刀具的切入切出点应尽量选在能轮廓曲线两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时,为防止刀具在轮廓拐角处留下凹口,刀具切入切出点应远离拐角。

5、结语

数控编程的关键是掌握机床各坐标系和编程时所涉及到各个点的具体含意及相应选择,正确区分和掌握数控机床中“点”的概念和作用是正确、安全使用数控机床的前提,本文中对数控编程中的几个关键点进行了详尽的论述,弄清楚了它们的概念和彼此之间的联系。只要我们善于分析比较,挖掘数控机床中各“点”的异同点,并在实践中加以区分,总结积累优化使用的经验,那么一定会使数控机床的“点”在使用数控技术的提高中发挥巨大的作用。

参考文献

[1]栗全庆.图形编程-数控加工自动编程技术的发展方向.组合机床与自动化加工技术,1996.

[2]吴竹溪.数控加工中图形自动编程系统研究.组合机床与自动化加工技术,2002.

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1.前言

全球知识经济的发展,使机械工程成为一个跨越机械、电子、计算机、信息、控制、管理以及经济等多学科的综合技术应用学科,数控加工技术应运而生,这对传统意义上的金工实习教学提出了更高的新要求。要投入大量的经费来购置价格较贵的数控机床,显然存在一定的难度。我院也是如此,存在实习人数多、时间短等问题,这就使有限的数控机床无法满足学生的实习需求。但是由于我们在实习教学中大量采用了数控模拟加工仿真软件,即在计算机上学习工件的编程和模拟加工过程,在学生熟悉了模拟机床的基本操作方法和加工过程后再学习操作实际的数控机床,不仅大大降低了教学成本,也保证了实习中的数控设备的安全,并且取得了较好的实习效果。

2.数控加工仿真系统的选用

数控加工仿真系统的软件形式很多,有的是数控机床本身自带的仿真系统,但这种数控机床的仿真系统只限于单人操作,在教学中局限性较大,不适用于教师教学和学生训练;还有一些CAD/CAM软件也可以做到计算机模拟仿真功能,可以模拟刀具路线实现最终产品的生成,但是这些软件不适合于手工编程,不能对学生进行对刀训练和操作面板的应用训练。我们学院选用了由广州超软科技有限公司所开发的数控加工仿真系统的教学软件,该软件兼容于大多数国内机床面板,具有CNC控制器仿真、加工仿真、加工校验等多种功能,完全可以满足学生仿真实习需求。

3.数控加工仿真系统的应用

由于是实习教学,一般都是机械类专业低年级的学生,他们大多数没有接触过数控机床的实际操作,对机械加工概念理解比较模糊,所以我们在完成理论教学以后可以先进行仿真教学。

3.1 数控系统面板的操作练习

仿真系统的面板接近于真实机床,并可以实现机床所有的功能,利用仿真系统教师可以对机床面板进行系统讲解并现场演示。由于计算机仿真系统的使用,学生可以做到人手一台机床,便于学生熟悉各按键、旋钮的功能与使用方法。

3.2 手工编程练习

在熟悉机床面板以后可以进行程序输入,程序调用练习,在加载NC文件的同时,系统自动对程序进行语法检查,以避免错误的产生。

3.3 加工工艺的练习

数控机床加工工艺规程与传统加工的工艺规程从总体上说是一致的,但又有其特点:数控加工的工艺内容比普通加工的内容复杂,在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题,比如工序内的工步安排,对刀点、换刀点的设置,刀具半径及长度补偿的设置及走刀路线的确定问题,在数控加工工艺时需认真考虑。一般来说数控加工工艺包括:

(1)选料。利用选料系统可以选择不同的材料,不同形状的毛坯,以适应不同零件加工的需求。

(2)装夹。(夹具的选择)数控仿真提供了直接装夹、工艺扳装夹、平口钳装夹三种方法,学生可以根据加工需要自由选择,并可以比较不同夹具在装夹中的不同用途。

(3)刀具的选择。学生可以在刀具库中选择不同类型、不同大小的刀具并且可以自定义刀具的相关特性参数。通过对刀具图形的显示可以使学生对数控刀具的外形、使用方法有一个大致的了解。如图1。

(4)基准对刀。利用了寻边器进行工件对刀设置并建立工件坐标系。如图2。

(5)自动加工过程。最后进行机床回原点,程序自动加工。在加工过程中学生不仅可以最直观地感受到加工过程还可以对程序中的错误进行校验,而且通过程序的校验一修改一校验这一过程加深对指令的理解。

3.4 加工检验

加工完毕后生成截面图,检验工件的坐标和各种尺寸,便于教师检查学生的练习与实训效果。

3.5 宏程序的应用

现在很多仿真软件都带有宏程序/参数编程的功能,对于高校学生来说宏编程简单、实用、趣味性强,在编程中可以将数学公式、微分方程等有关知识结合到程序中,利用基本计算方法解决加工中的实际问题。宏编程干变万化,掌握它的关键就在于抓住图形轮廓规律,灵活地运用好变量,结合数学知识。学好宏程序可以开拓学生的思维空间,提高学生的数控编程技巧。

通过上述一系列练习,可以使学生基本掌握机床的使用方法、加工工艺流程,培养学生独立分析零件的机加工工艺并具有编制程序的初步技能和独立操作多种典型数控机床的能力。由于仿真系统的直观性、真实性可以使学生在学习的过程中产生乐趣,激发他们对实习的兴趣,同时学生也可以验证自己编写的程序。如果没有仿真软件而依靠老师检查,老师工作量大,而且学生很难理解自己出错的原因,下次还会出现同样的错误。更重要的是,由于有了仿真这一环节可以将实践加工过程中出错及事故发生串降低到最小程度。

4.仿真系统的局限性

数控加工仿真系统只是加工过程的模拟并非真实加工过程,它不考虑切削参数、切削力及其他物理因素,比如刀具振动、切削热、机床精度等对加工的影响,它无法代替学生在真实切削加工中的实际感受,尤其是切削用量的选择,无法进行控制,只能对切削深度过大时加以限制。因此,学生在应用数控加工仿真系统进行编程与操作训练时,往往容易忽视切削用量的选择、数控刀具的选用、零件的装夹方法,而这些程序一旦应用在实际中便可能出现打刀或影响实际零件的加工质量、降低生产效率等问题。仿真的长期使用,还可能使学生对安全性产生忽视心理。

5.仿真系统的扩展

我们现在所使用的仿真以几何仿真居多,随着计算机虚拟技术的发展,物理仿真的概念逐渐被提了出来。物理仿真可以在机床几何运动的同时,通过切削的动力学特征反映切削用量、切削温度、切削力等对加工过程的影响,最后可以通过视觉、听觉反映到刀具、工件上,如刀具磨损、工件粗糙度的变化、加工声音的异常等。这样的仿真系统使加工过程更加真实,便于学生对加工过程进行控制,从而掌握更多的加工细节。

6.结束语

在实习教学中使用仿真系统提高了学生对课程的学习兴趣,可以让学生充分感受到理论教学所没有的真实感,可以把在理论课堂上抽象的概念转化为机床具体的动作,也可以节省学生占用数控机床的时间,解决了人多机床少的问题。但是现在由于仿真还存在很多局限性,所以还是不能完全替代机床操作实践。我们期待随着计算机模拟技术的发展可以使仿真更多的应用到教学中来。