数控技术练兵场

【摘要】数控技术作为现代制造技术的基础，其作用越来越广泛。随着数控机床广泛应用于生产加工领域，数控技术人才的培养引起各职业院校的重视。本文结合黄石职业技术学院构建计算机数控仿真实训室的实践，介绍了构建的主要原则、方案及特点，并提出了使用计算机数控实训室的几点看法。

【关键词】计算机数控仿真实训室；建设；方案；特点及应用

随着经济的高速发展和现代制造业的巨大进步，现代数控机床广泛应用于各生产加工领域，社会急需大量熟练的数控操作工人。为适应社会的发展，满足数控专业学生实训的需要，很多学校正在筹建或扩建数控实训室。

由于受资金限制，各学校大多经费有限，不大可能投人巨资配备大量的数控车床供学生实训之用，因此数控机床的数量与学生数量相比，相差很大，直接影响实训效果。所以学校在采购少量数控机床之后，再建设计算机数控仿真实训室不失为一种好办法。构建计算机数控仿真实训室的目的是为了充分利用现代计算机软、硬件技术，辅助学生进行数控机床实习，提高实训质量，使学生更好地掌握和提高数控加工技术。

为了达到这个目的，首先要求构建的数控仿真实训室能够逼真地反映各种真实数控机床的界面，逼真地模拟真实机床的加工过程，学生通过模拟实训，能够较快地熟悉真实机床的操作控制面板，熟练掌握基本的操作，为今后尽快适应生产实际打下良好的基础。其次，可以准确地验证学生手动编写或自动生成的NC代码程序，显示加工效果，使学生充分理解各编程指令的功能、作用，全面掌握编程方法和编程技巧。

一、计算机数控仿真实训室硬件构造

我们建议一个计算机数控仿真实验室配备50台左右的计算机，这样可以基本满足人手一机的需求，大大提高学生的动手能力。

1.硬件系统

（1）品牌或兼容计算机50台左右（内存不低于512M，推荐使用独立显卡）；

（2）服务器一台（用于运行软件加密狗及教师演示）；

（3）足够端口的交换机；

（4）双绞线若干、水晶头若干。

2.软件系统

（1）操作系统：中文windows XP操作系统专业版；

（2）多媒体教学软件：极域电子教室V4.0；

（3）数控仿真及自动编程系统软件：宇龙数控加工仿真系统V4.8；CAXA数控车2008；CAXA制造工程师2008；Master CAM 9.1；Auto CAD 2004。

3.网络配置

（1）网络拓朴结构：星形拓朴结构；

（2）网络协议：TCP/IP协议；

（3）网络类型：windows对等局域网。

二、数控仿真软件的应用

构建计算机数控仿真实训室的关键是使用数控仿真系统。目前，不少软件公司为了适应市场的需要，相继开发出许多优秀的商品化数控仿真系统软件。这类软件的价格相对来说，也不太昂贵。目前购买一套国产50节点的仿真软件一般只有几万元，仅相当于一台数控机床的几分之一甚至几十分之一。此外使用数控加工仿真系统还可以提高实训安全性：有了仿真系统，可先在上面进行编程和操作训练，并检验程序的正确性之后，再去操作实际机床，由此可大大降低操作事故的发生。

我们选用了上海宇龙软件工程有限公司开发的“数控加工仿真系统V4.8”，这个软件可以在计算机上真实地显示数控机床的操作面板、逼真地模拟数控机床的加工动作，显示加工效果，完全能够满足学生学习、实习训练的需要。

1.数控系统的仿真

这个仿真功能可以帮助学生熟悉数控系统的内容，掌握各个按键的作用和各种编辑指令的输入，各个界面切换的方法，用户坐标系的建立等功能。数控仿真软件模拟出来的系统跟实际机床完全一致，使用好了数控仿真软件后，实际机床可以迅速上手。

2.操作面板的仿真

这个功能可以帮助学生熟悉培训机床的操作面板，记住各个按钮的位置以及机床的操作。包括机床指令，机床模式的改变，单步，跳步等调试程序功能。

3.零件加工的仿真

通过前面2个面板的仿真，学生可以在交互的方式下，仿真零件的加工过程包括：建立零件毛坯，零件的装夹，零件的找正，刀具的定义，用户坐标系的建立输入程序，调试程序。自动完成零件的加工和零件尺寸的测量过程。

数控仿真软件的应用，不仅缓解了数控设备数量不足的难题，而且结合数控仿真软件，我们通过培训课程，学时等方便的改进，还大幅提高了数控培训的效果。由于数控仿真软件在数控系统面板和机床操作面板上与机床实际操作完全一致，支持常用的数控指令，一台计算机就是一台数控机床，在一个50人的标准计算机机房内，学生可以人手一机使用仿真系统。通过实践效果的反馈，经过仿真训练的学生在实际机床上，上手速度快，机床的实际利用率比以前得到了较大的提高。

三、CAD/CAM软件的应用

目前采用CAD/CAM一体化集成形式的软件已成为数控加工自动编程系统的主流，目前，应用较广泛的CAD/CAM软件主要有UG、Pro/Engineer、Master CAM、CAXA制造工程师等。我们在构建计算机数控仿真实训室的时候采用了北航海尔软件公司的CAXA制造工程师软件。在实训教学过程中我们有如下应用：

1.自动编程，设置工艺参数，定义零件加工工艺

自动编程是数控编程领域一个重要的组成部分，应用计算机辅助制造软件进行数控加工自动编程，然后经过后置处理转换成NC程序代码。我们只需要利用CAXA系统中的CAD绘图建模功能绘制生成三维零件模型，再选择合适的加工工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后，该系统便自动计算出机加工余量，并动态显示出和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码，省去了人为编制NC程序的烦恼。

这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学生觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，在数控技术课程中达到了融汇贯通，并在计算机上变得生动、形象起来，巩固了学生的加工工艺方面的知识，强化了利用CAXA系统数控教学的效果。

2.利用CAXA系统，对计算机计算的刀具轨迹进行模拟仿真

CAXA特有的模拟仿真功能，可以进行三维真实感动态仿真加工，每个学生都有模拟加工的机会，省时间、省材料、省设备投入，在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，学生可以直观地掌握数控加工的过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情况，刀位计算机是否正确，加深了学生对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。学生可以发挥自己的创造性和综合能力，对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹，实现虚拟设计与虚拟加工。

3.将刀具轨迹转换成数控加工程序，并可传送至数控加工仿真系统或数控机床进行加工

前面所做的工作均是刀具运动的轨迹，学生还很难将NC程序和实际的加工联系起来。因此我们可以将生成的代码导入数控加工仿真系统中进行模拟加工，或者在条件允许的情况下，让学生将零件的NC程序通过数据接口传至数控机床，控制机床进行加工，使学生对数控加工有更进一步的认识。

通过建设计算机数控仿真实训室，我们可以根本解决实训机床不够用的问题，并且投入少、消耗低、安全性高。在教学过程中，我们可以从操作到编程立体化的培训学生，使学生对数控加工这个领域有了更深刻的了解，也有利于学校对这门学科的开展。但这种方法只适合于那些资金相对紧张的学校采用，毕竟仿真操作与实际操作在细节上存在一定的差异，因此，仿真实训只能在一定程度上辅助学生掌握基本的操作，而不能以虚拟的实训完全代替真实的训练，有条件的学校学校必须配置必要的数控机床，必须有数控实习车间，让学生实际操作，理论实践相结合，才能收到应有的效果。

参考文献

[1]李伟光.现代制造技术[M].机械工业出版社，2003.

[2]杨士军.CAXA数挂加工编程[M].国防工业出版社， 2005.

[3]周志强.数控加工实训[M].电于工业出版社，2006.