浅析UG在中等职业学校数控教学中的应用

张 欢

（江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212000）

1 UG三维数控建模软件的应用背景

随着计算机信息技术、自动化控制技术在现代制造业中的广泛应用，所形成的先进制造技术日益引起各国的重视，它是提高制造型企业国际竞争力和创新能力的根本途径，而数控技术是先进制造技术的主要标志。因此中等职业学校的实习教学，开始由传统的实习内容向包含数控技术的新实习内容转变，也对职业教育也提出了新的要求。

但由于学生基础差，专业意识不强，学习被动无兴趣等，要在这样的条件下要培养一个合格的数控技术人才谈何容易，这就要求探索出一套适合当前现状的教学方法。经过几年的数控实习教学，发现数控仿真软件能在其中显示出桥梁作用，能使理论和实践有效的衔接，打破了传统的数控教学模式，增加了学生动手的机会，提高了操作的熟练程度。

Unigraphics（简称UG）是UGS公司提供的集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。

UG不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。此外，UG不仅可以接受本系统生成的CAD数据，而且它提供多种数据转换格式，处理任何第三方CAD系统所生成的数据。

在“以服务为宗旨、以就业为导向、以技能为本位为发展目标”的职业教育方针指导下，我校于2014年在飞机制造专业教学中引入了UG三维数控建模软件，解决了许多教学难题。首先是弥补了因实训设备不足所引起的问题；其次是在降低教学成本的同时提高了教学的效率；三是提高了学生在实训实习时的安全性。

2 在教学中存的问题

UG三维数控建模教学工具的优越性，给教学带来了便利。但通过几个学期的UG三维数控建模教学，我们也发现了一些问题，主要表现在以下几个方面：

（1）学生的三维模型构建能力较弱。由于职业学校学生的专业基础差，空间想象能力较弱，因此在进行三维模型构建教学环节时，学生往往不易理解，这样不仅影响了整体的教学进度又挫伤了学生专业学习的积极性。

（2）加工工艺的参数设置不合理。在三维模型构建结束后，要进行刀具、刀路等参数的设置和后置处理生成G代码，而由学生设置而生成的加工工艺，往往不是最理想的，甚至有时还会不满足工件的某些参数。

（3）数控加工的手工编程能力的下降。由于UG三维数控建模软件生成的代码以G01（直线指令）、G02（顺圆弧指令）、G03（逆圆弧指令）为主，每一个零件的加工以简单的直线和圆弧指令完成，而对其他指令的应用较少，如G70、G76等循环指令及宏程序等。

（4）实际机床的操作能力下降。由于学生在UG软件上完成建模及后置处理后即可在UG软件里进行仿真加工不会产生撞刀等事故，导致他们在参数设置时各切削参数及刀具胡乱设置，给零件加工带来的难度，甚至做不出能够运行的程序。，而且由于实际接触数控机床的时间有所减少，使得学生对于数控车床的实际操作有所生疏。

3 教学改革尝试

发现了以上问题后，我们对教学作了相应的调整，并收到了较好的效果。

（1）针对学生三维模型构建能力弱的问题，我们把UG三维数控建模教学放在第三学期进行，第一学期主要以学习机械制图基础理论为主。第二学期我们安排了UGCAD部分的教学，让学生掌握基本的三维绘图能力。第三学期安排UG三维数控建模软件的CAM部分的教学，这时学生在进行三维模型构建时，会有一种得心应手的感觉，认为数控自动编程的学习难度不高，对数控编程学习的兴趣也大大地提高了。

（2）针对加工工艺参数设置不合理，我们在教学中采用了模块化教学的方式。在一个学期的UG三维建模的教学中，根据教学的难易程度我们将UG三维模型设计教学划分成8~9个模块，由易到难对每一个模块的事例及练习零件均作了详细的工艺分析和标准程序演示，使学生能结合数控加工与编程课程来分析典型零件数控加工工艺路线。如下图1模块案例是其中的一个教学模块，在数控加工中属较易加工工件，但设计的教学环节跟其他复杂工件是一样的。

图1

图2 粗加工刀路

首先是对图1所示的工件的尺寸参数进行分析，在UG的建模界面中将工件的三维模型设计出来，然后在UG的加工界面进行加工操作：

（1）在工序导航器中创建程序、所需刀具、几何参数及加工方法。

（2）粗加工刀具轨迹。

在创建工序的操作对话框中指定操作类型为mill planar，指定操作子类型为“底壁加工”，选择相应的程序、刀具等，编辑此程序的名称，单击确定按钮进入平面铣操作对话框。在平面铣操作对话框中设置几何参数，指定要切削的部分，选择相应的刀具，对切削的方式、切削量、转速、进给率等参数进行设置。确定以上设置后，单击平面铣操作对话框中的生成按钮生成刀轨，如图2所示。

（3）精加工刀具轨迹。

精加工的创建与粗加工类似，在创建工序的操作对话框中将刀具及加工方法进行修改，编辑此程序的名称，单击确定按钮进入平面铣操作对话框。在平面铣操作对话框中设置精加工的几何参数，指定要切削的部分，选择相应的刀具，对切削的方式、切削量、转速、进给率等参数进行设置。确定以上设置后，单击平面铣操作对话框中的生成按钮生成刀轨，如图3所示。

图3 精加工刀路

图4 粗、精加工过程仿真结果

（4）轨迹仿真过程

UG提供了动态显示刀具切削过程的仿真模块。实现了从零件毛坯开始，对加工过程中选定的刀具运动轨迹和切削状态进行仿真，能直观地观察是否有过切，判断所选用的刀具和走刀方式是否合理。粗、精加工过程仿真结果如图4所示。

（5）进行后处理、生成程序

在“后处理”项中，将“后处理器”设为“MILL_3_AXIS”，设置文件保存位置，单击后处理操作对话框中的确定按键，系统计算后自动生成加工程序.最终输出的程序为一文本文件，如图5所示。

图5 生成加工程序

（6）加工过程

将UG生成的程序传入机床数控系统进行加工，通过检测加工件的各项参数，对程序进行修改，使得加工出的工件满足要求。

4 结束语

UG已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准，而CAD/CAE/CAM技术在现代制造业中使用越来越普及，越来越深入。学校必须和社会接轨，加大对这一块的建设，让学生学习最新的技术，这样才能在就业竞争中占优势。

［1］张红英.数控仿真系统在数控机床教学实践中的应用[J].交通职业教育，2006.

［2］刘战术.数控机床操作与加工实训[M].北京：人民邮电出版社,2006.

［3］吴长有.数控仿真应用软件实训[M].机械工业出版社，2006.