优化数控编程教学（共10篇）
优化数控编程教学 篇1
0 引言
加工具有自由曲面的复杂零件需要利用CAD/CAM软件进行自动编程, 生成刀位文件, 并利用软件的后置处理功能把刀位文件转换为满足加工中心结构和系统要求的NC程序, 为了确保所产生的NC程序的正确性和合理性, 在实际加工之前还需利用Ncbrain数控程序优化软件对加工程序进行优化和校验。
本文以某产品的冲压模具的凸模零件为例, 利用UG软件对零件进行自动编程, 并后置处理生成NC程序。利用NCbrain软件对NC程序进行优化并模拟零件真实加工过程, 确保NC程序的正确及合理, 提高数控机床的加工效率和安全使用率。
1 UG建模与自动编程
1.1 建模
根据凸模二维图纸, 利用UG4.0软件的建模功能建立凸模的三维数模。
1.2 加工工艺方案制定及参数设置
毛胚为350mm×250mm×120mm的锻打料, 材料为Cr12Mo V, 在UG/CAM环境下, 分别对其进行粗加工, 半精加工, 精加工, 清根, 刀具及参数设置见表1。
1.3 路径计算及生成刀位文件
利用UG进行编程生成刀具路径和刀位文件 (CLSF) , 如图2所示为机身精加工刀路轨迹。
2 UG后置处理生成NC代码
利用UG选择合适的后处理器, 生成相应的NC代码, 其中粗加工NC代码如下:
3 NCbrain程序优化与校验
3.1构建毛胚
按照毛胚实际尺寸和加工坐标定义毛胚, 如图3所示。
3.2 NC程序优化及验证
NC代码中常存在一些不合理现象:
(1) 切削进给率过分保守。
(2) 空行程时使用切削时的进给率。
(3) 实际切削量大于或小于预期值。
(4) 不合理的进退刀及过多的抬刀, 这些现象影响了加工效率和加工质量, 因此需要进行优化。
在NCbrain下设置优化参数, 调入NC程序, 启动优化自动输出优化结果。
优化及模拟后的状态如图4:
优化后开粗程序:
通过对优化前后的开粗程序对比可以发现:优化后, 提高了空行程的速度, 刀具轨迹的进给速度变化更加频繁, 极大的提高了加工效率。
4 验证
对优化后的NC代码, 在我厂加工中心上进行加工验证, 将加工后的实物与仿真结果进行对比, 两者结果几乎一致, 这说明优化后的NC程序正确合理。
5 结语
本文基于UG和NCbrain软件对凸模零件进行程序编制和NC代码优化, 可得出一下结论:
5.1用UG和Ncbrain软件相结合对数控加工过程进行仿真是可靠的, 保证实际加工的安全性, 节省加工设备和材料的消耗。从而节省了实际和加工成本。
5.2优化后加工省时效果显著提高了生产效率, 减小刀具磨损, 缩短生产周期, 降低生产成本。
摘要：在数控加工过程中, 利用UG软件的CAM功能编制数控所需要的数控程序, 并利用Ncbrain数控程序优化软件进行后处理程序的优化, 通过实验加以验证, 从而提高了加工中心的加工效率并降低了刀具的磨损。
关键词：UG,Ncbrain,加工中心,程序优化
参考文献
[1]谢国明, 曾向阳, 王学平.UGCAM实用教程[M].北京:清华大学出版社, 2003.
优化数控编程教学 篇2
第一单元 二维基本绘图
1、点
教学目标：
1、点的构建：掌握位置点、等分点、格点的构建。
专业知识点：
1、点命令（命令菜单、基本使用方法）
专业技能要求和训练项目：
1、利用点命令产生指定位置钻孔点
2、利用点命令产生相对位置钻孔点
3、利用点命令产生矩陈和环陈筛盘钻孔点
2、线
教学目标：
1、线的构建：熟练掌握各种线的构建
2、重点掌握：水平线、垂直线
专业知识点：
1、水平线、垂直线、两端点绘线、折线、极坐标切线、法线、平行线的构建
2、各种线的构建方法
专业技能要求和训练项目：
1、讲解“线”的菜单命令让学生了解线的相关命令。
2、利用水平线和垂直线绘制图形。
3、利用极坐标线绘制图形。
4、利用切线绘制图形。
5、利用法线绘制图形。
6、利用平行线绘制图形。
7、利用分角线绘制图形。
8、利用最近线绘制图形。
3、圆（弧）
教学目标：
1、能用菜单给出的5种方法绘制圆。
2、熟练掌握菜单给出的4种方法绘制圆。
专业知识点：
1、两点绘圆、三点绘圆、圆心点半径圆，圆心点直径圆、圆心点边界圆
2、极坐标圆弧、两端点绘圆弧、三点绘圆弧、正切
专业技能要求和训练项目：
1、利用极坐标圆弧绘制图形
2、绘制指定半径圆弧图形
3、绘制相切圆弧图形
4、矩形 教学目标：
1、掌握矩形的绘制
专业知识点：
1、“一点”方法绘制矩形。
2、“两点”方法绘制矩形。
专业技能要求和训练项目：
1、利用矩形命令绘制矩形。
2、利用矩形命令绘制键槽。
3、利用矩形命令绘制“空调”图形。
5、椭圆
教学目标：
1、掌握椭圆的绘制
专业知识点：
1、通过椭圆参数表绘制椭圆
专业技能要求和训练项目：
1、利用椭圆命令绘制一张“脸谱”。
2、利用椭圆命令绘制一个“扇页”。
6、多边形
教学目标：
1、掌握椭圆的绘制
专业知识点：
1、通过多边形参数表绘制多边形 专业技能要求和训练项目：
1、利用绘制一个“板手”达到熟练绘制多边形图形的训练目的。
7、绘制文字
教学目标：
1、掌握文字的绘制
专业知识点：
1、通过文字对话框绘制文字。
2、对话框参数设置。
专业技能要求和训练项目：
1、利用“文字”绘制命令，绘制一个“徽章“。
2、让学生模仿“徽章“的绘制方法，自已设计一个文字图形。
8、倒角
教学目标：
1、掌握倒角的绘制
专业知识点：
1、通过倒角对话框绘制倒角图形。
专业技能要求和训练项目：
1、画一根轴，然后改成倒角。
2、利用倒角命令绘制其它图形。
第2单元 基本编辑
1、倒圆角
教学目标：
1、掌握倒圆角命令
专业知识点：
1、导圆角菜单
2、导圆角命令的使用。
专业技能要求和训练项目：
1、找出三至四个图形（老师设计或从练习册中选取），训练学生对导圆角命令的使用。
2、修剪几何图形
教学目标：
1、掌握“修剪/延伸”命令菜单。
专业知识点：
1、单一物体修剪。
2、两个物体修剪。
3、三个物体修剪
4、修剪到某一点。
5、多物修剪。
6、回复全圆
7、分割物体。
专业技能要求和训练项目：
1、设计不同的图形训练“修剪/延伸”命令。
3、打断几何图形
教学目标：
1、掌握“打断”命令菜单。
专业知识点：
1、打成两断
2、指定长度
3、打成多段
4、在交点处
专业技能要求和训练项目：
1、设计（或从习题册中抽取）不同的图形训练“打断”命令。
4、镜像几何图形
教学目标：
1、掌握“镜像”图形命令。
专业知识点：
1、镜像命令
2、镜像的几种方式。
专业技能要求和训练项目：
1、设计几个具体的图形实例训练镜像命令。
5、旋转几何图形 教学目标：
1、掌握“旋转几何图形”命令。
专业知识点：
1、旋转几何图形命令。
2、旋转中心、旋转角度、旋转数量。
专业技能要求和训练项目：
1、利用旋转命令绘制一个“叶片”
2、利用旋转命令绘制一个“汽车的轮毂”。
6、缩放几何图形
教学目标：
1、掌握“缩放几何图形”命令。
专业知识点：
1、缩放命令菜单
2、缩放点
3、缩放倍数
4、“JOIN”、“copy”缩放选项。
专业技能要求和训练项目：
1、通过一个矩形，利用缩放命令进行演示。
2、通过几个图形让学生进行训练。
7、转移几何图形
教学目标：
1、掌握“转移几何图形”命令。
专业知识点：
1、“转移几何图形”命令
2、平移方向（直角坐标、极坐标、两点间、两视角间）
专业技能要求和训练项目：
1、利用转移图形命令画“手机面板”。
2、画其它几何图形。
8、偏移几何图形
教学目标：
1、掌握“转移几何图形”命令。
专业知识点：
1、单体偏移
2、串联偏移
3、偏移对话框
专业技能要求和训练项目：
1、用偏移命令画“香水盒”。
2、利用偏移命令画“直尺”。
3、通过具体实例，训练学生运用“串联偏移几何图形”。
第3单元 二维综合图形
教学目标：
1、懂得在二维绘图时正确规划结构线。
2、能灵活综合应用第二单元的相关命令。
专业知识点：
1、规划线结构。
2、偏移、旋转等命令综合应用。
专业技能要求和训练项目：
1、运用相关命令画“电话机面板”，以综合训练学生对偏移、旋转等命令综合应用。
2、选用其它综合训练图形，训练学生对相关命令的运用能力。
第4单元 尺寸标注及图案填充
教学目标：
1、掌握图形基本的尺寸标注方法。
专业知识点：
1、水平及垂直标注
2、平行标注
3、基线及连续标注
4、圆及圆弧标注
5、角度标注
6、点坐标标注
7、引线标注及图形注解
8、公差标注
9、尺寸编辑
10、图案填充
11、修改线型及轮廓线加粗
专业技能要求和训练项目：
1、通过选取相关图形，训练对尺寸标注的技能。
2、选取综合图形，训练学生的尺寸标注的综合应用技能。
3、第5单元 三维线架构绘图
教学目标：
1、熟练掌握构图面及Z深度
2、掌握线架构的应用。
3、三维线架构的基本编辑方法。
专业知识点：
1、构图面的概念。
2、Z深度的概念。
3、三维镜像。
4、三维旋转。
5、三维陈列
6、线架构尺寸标注
7、线架构综合综合绘图 专业技能要求和训练项目：
1、利用相关图形练习、讲解三维构图面及Z深度。
2、利用简单的线架构练习构图面及Z深度，让学生体会相关概念。
3、利用“靴子”图形，综合训练学生的综合绘图、尺寸标注等能力。
第6单元 曲面绘制
教学目标：
1、掌握举升曲面、昆氏曲面、直纹曲面、旋转曲面、扫描曲面、牵引曲面、Flat曲面的构建。
2、构建各种构面的应用技巧。
专业知识点：
1、举升曲面
2、昆氏曲面
3、直纹曲面
4、旋转曲面
5、扫描曲面
6、牵引曲面
7、Flat曲面的构建。.专业技能要求和训练项目：
1、利用相关图形练习、讲解各相应曲面的构建方法。
2、通过选用典型图形，重点讲解、练习昆氏曲面的构建方法。
第7单元 曲面绘制
教学目标：
3、掌握举升曲面、昆氏曲面、直纹曲面、旋转曲面、扫描曲面、牵引曲面、Flat曲面的构建。
4、构建各种构面的应用技巧。
专业知识点：
8、举升曲面
9、昆氏曲面
10、直纹曲面
11、旋转曲面
12、扫描曲面
13、牵引曲面
14、Flat曲面的构建。.专业技能要求和训练项目：
1、利用相关图形练习、讲解各相应曲面的构建方法。
2、通过选用典型图形，重点讲解、练习昆氏曲面的构建方法。
第8单元 曲面编辑
教学目标：
1、掌握曲面法线对曲面圆角的影响。
2、掌握曲面圆角、曲线与曲面圆角、变半径的曲面圆角、曲面修整等。
专业知识点：
1、法线对曲面圆角的影响。
2、曲面圆角
3、曲线与曲面圆角
4、变半径的曲面圆角
5、曲面修整。
6、曲面分割。
7、曲面延伸。
8、曲面熔接。
专业技能要求和训练项目：
1、利用多个例子演示，不同的曲面法线方向倒出来的圆角结果。
2、利用实例，训练上述专业技能。
3、通过综合的例子训练曲面的编辑技巧。
第9单元 基本实体绘制
教学目标：
1、掌握基本实体的绘制、拉伸实体、旋转实体、扫描实体、举升实体 专业知识点：
2、基本实体的绘制
3、拉伸实体
4、旋转实体
5、扫描实体
6、举升实体
专业技能要求和训练项目：
1、通过典型例子，训练实体的绘制及编辑。
第10单元 二维加工
教学目标：
1、掌握外形铣削、挖槽加工、钻孔加工、铣刻文字等知识。
专业知识点：
1、外形铣削
2、挖槽加工
3、钻孔加工
4、铣刻文字
专业技能要求和训练项目：
1、通过具体的实例进行练习。
2、项目训练法进行练习。
第11单元 三维加工
教学目标：
1、掌握各种曲面粗加工。
2、三维曲面、实体精加工。等高外形粗加工
专业知识点：
1、平行粗加工
2、放射粗加工
3、流线粗加工
4、挖槽粗加工
5、投影粗加工
专业技能要求和训练项目：
1、通过具体的实例进行练习。
优化数控编程教学 篇3
一、确定项目任务
首先是确立项目。项目教学法的目标是培养学生综合的知识和技能，考虑到数控专业的学生大多数都是到工厂从事数控加工生产工，他们的岗位一般需要具备读图画图、设定工艺、编写程序和检验测量的能力，而教材上的知识仅仅局限于简单的编程，作为教师应该要拓展学生的认识，把知识点进行延伸，“酒杯”加工是一个典型的工作任务。
其次是创设情境。为了使学习环境和企业的工作情境尽可能一致，并方便完成项目教学，工作地点设在数控实训车间。教学项目“酒杯”的工作情境描述如下：广州某某生活用品公司想在本单位加工一批酒杯，酒杯的形状参数如图纸所示，加工的精度要求是±0.02mm，加工数量较多，所以要求同学们在设定工艺和编写程序的时候注意加工效率。要求学生通过小组讨论完成任务，整个过程可以自己选取合适的刀具，分析、解决工作过程中遇到的问题。
二、制定计划
接着制订工作计划，以确保项目能顺利的完成，具体以以下几个步骤实施。
第一，合理分组，突出小组长的作用。小组合作是项目教学的主要方式，可以由学生自由分组，确保每组有一位能力相对突出的小组长引领。小组长需要具备熟练操作车床和编写程序，遇到突发情况能保持头脑冷静，做好组员分工，分配好工作任务。
第二，收集资料，分析图纸制定工艺。学生根据工作任务情况，进行图纸和加工内容的分析，确定加工的工序和质量要求，根据现有的数控设备和刀具，制订相应的加工工艺。要注意对工作任务细节的描述，并提醒学生把注意力放在工作任务。
第三，组间讨论，确定具体方案。具体做法是由每个小组派一位代表上前讲解自己的加工方案，然后师生共同讨论该加工方案的是否最合理，有哪些地方需要改进。教师还应该适当指出该工件在加工的时候可能会出现的问题，让学生在确定方案的时候考虑进去，这样可以让学生更深刻理解工作项目。
三、项目实施
首先是分析阶段。要改变以往教师分析有关加工图，给学生讲好加工程序的弊端。可以让每一个小组进行讨论，设计刀具的有关补偿轨迹，进行有关的系统数控程序编写。教师可以同时在几个小组之间进行指导活动，对于没有学过的指令要进行必要的讲解，之后每个成员都要提出自己的方案。经过努力，多数学生都表现出了极大的兴趣，很快各个小组都是完成了程序的编制，制定好了加工的方案。
其次就是仿真阶段，每一个小组完成有关的程序都是需要在电脑之上进行仿真的模拟，在确定程序正确以后，才可以将工件放到机床上进行装夹的方案。
再次就是实操阶段，每一个小组开启一台数控机床，输入程序、装工件、装刀、对刀、输入有关的刀补参数、钻孔、镗孔等进行零件的加工。在学生实际操作的过程里面，要加强指导学生进行规范操作，同时注意对于每一个小组进行观察，为项目评估做准备。一般在学生操作的时候遇到困难，不需要马上进行回答，应该让其在组内先解决，小组解决不了的，可以采用小组互助的形式。一般在规定的时间内都能完成粗加工、半精加工、精加工任务。
四、项目教学的反思
项目教学法突出了学生的主体作用，学生不会感到理论的枯燥乏味，既学习了理论又将理论知识运用到实践，学生容易理解和掌握。在实习中，学生解决问题的能力不断提升，同时各个工件之间有了必要的联系，与生产中解决问题的模式基本一致，学生毕业后能更快地融入生产。项目教学的学习方式是小组学习。学生在实习过程中经常要进行交流、讨论、沟通，每个子项目完成后都有小结，项目完成后有成果展示，这样的实习就不会太过枯燥。与此同时还可以加强与其他同学的沟通交流能力，能够很好的帮助其在今后的学习与工作生活，对于这一点值得我们在今后的教学里面广泛地采取这样的措施进行有关的教学。
优化数控编程教学 篇4
凸轮轴磨削加工时,多采用工件恒角速度磨削加工工艺进行加工。在工件加工精度和磨削表面粗糙度要求不高时,恒角速度磨削是一种被普遍采用的磨削加工工艺[1]。近年来,工件恒线速度磨削加工工艺有了较大发展,国外的凸轮轴数控磨床已普遍采用恒线速度磨削加工工艺[2]。一般认为,恒线速度磨削是提高凸轮轴磨削加工精度和工件表面质量的有效措施。由于凸轮型线上各点的曲率是不断变化的,采用普通的恒角速度磨削加工工艺进行加工时,被磨削零件表面的金属切除率会发生较大的变化,从而导致磨削力波动,这也往往不可避免地使工艺系统产生非线性弹性变形,从而影响加工零件的表面加工质量和轮廓精度。采用恒线速度磨削加工工艺进行加工时,金属切除率变化平缓,磨削力变化较小。此外,在恒线速度加工工艺条件下,零件表面各点的磨削进给速度相同,因而在正常情况下,可保证被磨削工件表面粗糙度在各处基本一致,有利于提高加工工件表面质量[3]。
实际生产加工中发现,按照绝对恒线速度加工,在凸轮两侧面敏感点附近往往有较大的正误差,即磨削不够充分,说明转速还应降低;而顶圆附近易出现波纹,说明速度过快。之所以出现这一现象,一是由于恒线速度磨削时,工件主轴的角加速度非常大,而伺服系统和机械传动装置本身固有的惯性限制了工件主轴的加速度;二是由于整个加工系统中,砂轮架质量最大,如果凸轮转速过快,就会导致磨头跟踪不到位而产生过切或切削不充分等现象。所以,一味强调恒线速度,势必造成某些部分有较大的跟踪误差,甚至无法实现正常的磨削加工,因此,有必要在理论转速曲线的基础上结合机床的运动特点做进一步的优化和调整,寻找出一种对凸轮轴转速进行快速优化和调整及应用的合适方法。
邓朝晖等[4]根据基于恒磨除率的恒线速度加工数学模型提出了分段最小二乘法拟合的方法,通过调整得到多项式的拟合次数与分段数目的最佳组合来实现对加工运动曲线的优化,该方法具有很好的优化效果,但拟合次数与分段数目的最佳组合的获得却不太容易。为使得这些优化数据能简单高效地用于加工实践,曾建雄[5]针对湖大海捷制造技术有限公司生产的CNC8312型全数控凸轮轴磨床开发了基于西门子840D数控系统的模板式数控编程系统,采用数控程序和参数(变量)相分离的方式编制数控程序,凸轮轴加工主程序及部分子程序采用模板的方式,用户可以根据自己的加工需要定制主程序及部分子程序模板,大大增加了自动编程软件的柔性。由于是针对特定机床系统的研究开发,显然其研究成果的适用范围有局限性。
本文在总结前人研究成果的基础上,提出三次样条函数拟合插值的速度优化算法。该算法具有计算简单、速度快的优点,计算的曲线是一条完整的曲线,连续性好,优化逼近性好。结合该算法开发出了直接通过交互选点的操作方式即可得出优化速度曲线的软件功能模块,方便了使用。为把优化的速度数据高效地应用于生产实践,本文提出了一个系统化的数控磨削自动编程解决方案,并实现了凸轮轴数控磨削的自动编程功能。
1 凸轮轴恒线速度加工理论数学模型
凸轮轴恒线速度加工是指磨削点的线速度和磨削力在磨削过程中相对稳定。加工时凸轮的整个轮廓依靠砂轮架移动(X轴)和工件主轴转动(C轴)这两个运动的同步联动来形成,而X轴和C轴的运动规律则需要由凸轮轴恒线速度加工的数学模型来计算得出。凸轮轴磨削加工运动的数学模型是加工凸轮轴时联动轴之间的空间数学关系,通过控制C轴和X轴的运动,即可从理论上磨削加工出凸轮的轮廓曲线[4?6]。
图1为凸轮磨削示意图,以滚子挺杆从动件为例,其他挺杆形式作为其特例。图中,O为凸轮基圆圆心,O1为挺杆滚子中心,O2为砂轮圆心,r为凸轮基圆半径,H为凸轮升程,r1为滚子挺杆的滚子半径,R为砂轮半径,为凸轮转角,θ为平面挺杆转角,β为磨削点转角。平底挺杆和尖顶挺杆作为滚子挺杆特例,在计算时可将r1分别取为107mm和0。
设升程方程为H(θ),由图1可知
式中,Sx为砂轮架位移。
设凸轮轮廓形状的描述函数为S(β),凸轮角速度为ω,则磨削点移动线速度为
设某一时刻基圆角速度为ω0,要使各磨削点的线速度与基圆相同,只需令vP=ω0r,即
即可求出凸轮加工时任一磨削点P的角速度ωP。又由于角速度ω与转速n之间存在如下关系:ω=2πn/60,故P点的转速为
若将nP与φ进行拟合,在φ的每一整数度上取对应的nP值,即可得到恒线速度磨削时凸轮每一度的转速。
2 凸轮转速优化
在实际生产加工中发现,通过X轴和C轴两轴联动来实现凸轮轴磨削加工的机床,其加工误差主要来源于砂轮架跟踪误差[1?3]。直线电机或伺服电机经过丝杠传动来驱动砂轮架的横向进退,因为砂轮架质量和惯性很大,因此如果主轴转速过大,与之对应的砂轮架进给速度和加速度也会增大,并可能超过机床最大响应[4?6]。所以在生产中常基于砂轮架速度和加速度来对转速进行优化。
基于该理论的转速优化有两种途径:一是正向调整主轴转速,计算砂轮架的速度和加速度,观察最大加速度是否超过系统响应,该方法简单,易于操作,但调整效率不高;二是通过砂轮架最大速度和加速度来反向求解主轴所允许的最大转速,并以该转速替换理想转速,该方法易于实现程序自动化,但是计算非常复杂。
本文采用第一种速度优化途径,提出三次样条函数拟合插值的方法对主轴的转速进行优化和调节。该方法数值计算过程简单,速度快,人机交互操作效果好,得到的优化曲线是一条完整的二阶连续的光滑曲线,根据所选的控制点的不同,立即可以得到不同的优化曲线。
三次样条曲线用来拟合离散点时既能保证通过所有选取的点,满足原曲线的凹凸性,又能保证所拟合曲线的驻点数目相等,且其位置尽可能相同,所拟合的函数一致逼近原曲线,并保证各型值点的一阶、二阶导数连续,且具有很好的极值性质、收敛性和逼近性。对于给出的凸轮轮廓曲线,一般是由多段曲线连接,用三次样条拟合可实现各连接曲线间的平滑过渡。这有利于提高凸轮轮廓精度。
三次样条函数的定义如下:
设函数定义在区间[a,b]上,若函数S(x)满足下述两个条件:(1)S(x)在整个区间[a,b]上有二阶连续导数;(2)S(x)在每个小区间[xi-1,xi](i=1,2,…,N)上是三次多项式,则称S(x)为区间[a,b]上的三次样条函数。
三次样条插值是指插值函数取为三次样条函数时的插值函数,即已知N+1个互不相同的点x0,x1,…,xN处的函数值y0,y1,…,yN,如果三次样条函数S(x)满足
则称S(x)为函数y=f(x)的三次样条插值。
一般而言,三次样条曲线的求解分为建立基本方程组、建立端点条件和方程组求解等3个步骤。
2.1 三次样条曲线基本方程组的建立
若在每个小区间上通过插值函数在节点处的一阶导数值或者二阶导数值来表示插值函数,则基本方程组就是这些一阶导数值或者二阶导数值满足的线性方程组。
S(x)在区间[xi-1,xi](i=1,2,…,N)上是一个三次多项式,所以其二阶导数S″(x)在该区间上是x的一次多项式,即为一线性函数。假定S″(x)在xi-1处的值为Mi-1,在xi处的值为Mi,由Lagrange线性插值公式得
将式(8)积分两次并将插值条件S(xi-1)=yi-1,S(xi)=yi代入,可以得到S(x)表达式:
由函数的构造过程可知,式(9)不仅保证了所求函数在每个小区间上为一个三次多项式的插值函数,而且保证了函数本身在样条节点处的连续性,从而保证了在整个区间上的连续性。但于S(x)在节点处的二阶导数实际上是未知的,因此需要将这些待定参数求出。可以利用S(x)的导数在节点处的连续性来确定这些参数所满足的关系式。对式(9)求导得
由于S(x)的一阶导数连续,即有S′(xi+)=S′(xi-),当x=xi-1时即得右导数,当x=xi时即得左导数,因此有下式成立:
式(11)可以进一步简写成如下形式:
式(12)即为三次样条函数的基本方程组。
2.2 三次样条曲线端点条件的建立
由基本方程组的结构可知,待定参数的个数比方程的个数要多,是一欠定方程组形态,为获得唯一解则必须根据具体问题再增加两个约束条件或者减少两个待定参数来确定方程组使之成为一恰定方程组。若已知两端点的一阶导数值y′0、y′N,则由式(11)可以得到两个新的补充方程:
此时,式(12)~式(14)三个方程式一起构成一恰定的线性代数方程组。
2.3 三次样条曲线方程组求解
对于上述恰定方程组,可以写成如下矩阵形式:
式(15)即为X-C轴联动磨削加工速度的三次样条函数优化数值计算模型,利用高斯消元列选主元法可以非常方便快速地求得该模型的数值解。
为方便使用,针对本文提出的磨削速度调节优化方法开发了对应的图形交互操作功能模块。由于三次样条函数能够通过所有的特征节点,所以用户可以根据理论曲线形状及实际加工需求在曲线图上有目的地选择若干个特征节点,然后将所选的节点进行三次样条函数拟合即可得到新的优化速度曲线,并在新曲线的整数角度处进行插值,得到优化后的速度离散值。
采用这种人机交互选点进行速度优化的方法可大幅度提高操作效率和优化精度,不仅转速优化过程的实现变得更加简单,而且优化后曲线的光顺程度和理想程度都有了较大的提高。加工速度曲线优化与调节的具体过程如图2所示。本文结合凸轮轴零件工艺问题定义参数,对应地开发出了整个凸轮轴零件的加工速度优化功能模块,其优化效果如图3所示。
3 凸轮轴数控磨削自动编程
凸轮轴各凸轮片的优化磨削速度数据的最终目的就是用于指导实际生产加工,显然实现这一目标最理想的方式就是把这些优化数据直接转化为数控加工程序。因此,本文在实现凸轮轴数控磨削自动编程方面进行了一定的实践探索。
3.1 磨削加工工艺参数的自动确定
根据凸轮轴磨削加工工艺问题的定义[7],利用磨削工艺智能优选与决策专家系统自动提出凸轮轴零件磨削加工的具体工艺方案参数[6,7,8,9,10]。在该具体工艺方案参数中已经有了磨削加工参数的具体数值解,如粗加工、精加工、光整加工等各个加工阶段的磨削余量、磨削圈数、进给速度等,这些参数对加工过程起着控制作用,数控编程中可直接提取使用。
3.2 砂轮走刀轨迹的自动规划
要实现凸轮轴零件自动而连续磨削加工,必须先规划出凸轮轴零件磨削加工过程的完整的走刀轨迹,这是对零件加工过程进行检验、仿真和编程的基础。由凸轮轴零件的加工特点及其结构特点不难知道,一个完整的凸轮轴的砂轮走刀轨迹主要由两部分曲线构成,一部分是凸轮片轮廓成形轨迹曲线,另一部分是由下刀、退刀及从一个凸轮片到另一凸轮片的移动运动等构成的辅助轨迹曲线。凸轮轮廓成形加工的走刀轨迹的规划生成方法是,先提取出凸轮轮廓曲线,然后根据凸轮轮廓曲线等距偏移生成砂轮的走刀轨迹,其等距偏移量由磨削总余量、砂轮每圈的磨削余量和砂轮的实际半径来确定。对于辅助轨迹曲线,则根据凸轮轴零件的具体结构定义和下刀与退刀参考点的确定,用直线依次把各成形轨迹曲线及各参考点连接起来,这样就形成了一条连续而完整的砂轮走刀轨迹。
3.3 数控磨削加工程序的自动生成
在获得了工艺参数及砂轮走刀轨迹之后,执行磨削速度优化与调节模块对机床X-C轴的加工运动数据进行完整解算,计算出机床每个运动轴的具体运动数据,包括位移、速度及其加速度等,这些数据被保存在一个自主设计的标准中间数据文件中。然后在3D虚拟磨削加工仿真环境中进行虚拟磨削加工,对磨削工艺进行检验并确认无工艺故障之后[4],启动数控程序生成模块,根据指定数控控制系统的指令要求依次逐句地把该数据文件中的数据内容转换为相应的数控G代码程序段,最终生成一个完整的数控程序代码文本文件,该程序文件可直接输入机床数控系统进行磨削加工。
经过凸轮轴磨削加工工艺参数自动确定与提取、凸轮轴零件完整磨削加工砂轮走刀轨迹自动规划以及3D磨削工艺仿真检验及零件完整磨削加工数控代码的生成,从而以系统化的方式实现了凸轮轴数控磨削的自动编程。图4所示为凸轮轴磨削加工程序自动编程的原理过程。图5所示为本文开发的凸轮轴磨削加工程序自动编程功能模块。
这种数控自动编程方法用户界面友好,具有速度快、精度高、直观性好、使用方便、便于工艺检查等优点。
4 工艺试验及验证
本文以钱江32F型号凸轮轴的进气凸轮和排气凸轮作为试验加工零件,在CNC8312数控高速凸轮轴磨床上分别进行磨削试验,该凸轮轴零件工艺问题描述如表1所示。
为了对本文所提优化工艺方案的实际效果进行验证,本文先进行了未经优化的对比加工试验,在加工进气凸轮时,其对应的砂轮架的速度曲线和加速度曲线如图6和图7所示,很明显,曲线上的波动和跳变都很剧烈。最终加工结果实测数据如表2所示。加工之后由目测观察无烧伤现象,但在凸轮轮廓敏感点部位存在明显的波纹度。
针对实际加工过程对加工速度进行优化和调节,调用速度优化模块对由基本工艺方案生成的C轴速度进行优化,优化过程如图8~图13所示。通过与图6、图7对比可以很明显地看出,凸轮轴转速优化曲线不仅大大降低了顶圆加工转速,而且使曲线更加光顺,消除了尖点。优化之后的砂轮架速度值和加速度值完全满足机床响应要求(v≤6m/min和a≤4m/s2),并且速度与加速度的跳变情况明显改善,跳动很少。
再次通过3D虚拟加工仿真后,接受上述优化结果,并由优化的工艺方案生成数控加工程序,把该程序传输到CNC8312数控高速凸轮轴磨床上进行实际加工试验。最后加工实测结果如表3所示。由目测观察,加工之后均无波纹度和烧伤情况发生,表面质量较好,表3结果与表2结果数据对比发现,升程误差、相邻差及基圆跳动等均有明显提高,证明本文所提出的优化方法在工艺上是可行的,而且是有效的。
5 结束语
依据恒线速度加工理论模型,采用三次样条函数拟合插值法得到了凸轮转动速度调节与优化的数值计算模型。
研究并开发出了与磨削速度优化调节相对应的凸轮磨削自动数控程序编程功能模块,该模块能够把优化的速度数据直接生成到数控程序中以用于实际加工生产。
在CNC8312数控高速凸轮轴磨床上,通过对钱江32F凸轮轴进行试验加工,对凸轮轴速度调节与优化及自动数控编程的原理及方法进行了实际加工验证。
实证结果表明,速度优化过后的速度曲线可以用于实际加工,完全符合生产的精度要求,而且在软件的帮助下,用户可以直接获得优化的数控磨削加工程序,大大简化了操作过程,提高了操作效率。
参考文献
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[6]张晓红.凸轮轴数控磨削工艺智能专家系统的研究及软件开发[D].长沙:湖南大学,2010.
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[8]邓朝晖,张晓红,刘伟,等.基于RS-CBR的凸轮轴数控磨削工艺专家系统[J].机械工程学报,2009,45(6):211-219.
[9]Deng Zhaohui,Zhang Xiaohong,Liu Wei,et al.Process Parameters Selection in NC Camshaft Grinding Based on Uniform Design and GA-NN[J].Advanced Materials Research,2009,69-70:437-441.
数控编程循环指令项目化教学浅谈 篇5
管华超
宜宾职业技术学院 自动控制系 宜宾 644003 摘要：本次课以典型产品为载体设计学习项目，以工作过程为线索设置教学过程，按照工作的相关性来组织教学循环指令G70、G71、G72的格式及其使用，以职业能力形成为依据选择具体内容，并以完成工作任务为主要学习目的。其最大特点是“以用促学”，即以任务为驱动，将工作作为教学内容的载体。把理论知识与实践技能进行较为完美的整合，使理论知识的学习与实践技能的训练完全融合。
关键词：循环指令；项目教学；任务驱动
CNC programming instruction cycle on project teaching
Guan Huachao Yibin vocational technology college
Automatic control engineering
Yibin 644003
Abstract: The typical product as the carrier design sessions learning program, with work process for setting the teaching process, according to the clues to the correlativity of teaching cycle to organize the G70 G71, G72 instructions, the format and its use in a professional, the ability to form as a basis to choose the concrete content, and with complete work as the main learning purposes.The biggest characteristic is to promote learning “with”, namely to task for drivers, will work as the carrier of the teaching content.The theoretical knowledge and practical skills for more perfect, make the integration of theory knowledge learning and practicing skills training fully merged.Keywords: circulation instructions;Project teaching;Mission driving 0 引言
数控编程这门课用传统的教学方法，使得学生对理论性知识普遍感觉到抽象，难懂，不易理解，和实践难以结合。在高职教育不断发展的今天，教学设施、教学理念及教学方法都有了很大的发展和进步，本文
就数控编程循环指令G70、G71、G72来谈谈项目化教学。
一、教学环境与设施
本次教学在EDA进行，基本设施：每小组1~2台电脑，多媒体投影仪
二、教学目标
1.知识目标：
（1）掌握固定循环指令G70、G71、G72的格式及走刀路线；
（2）熟练运用G70、G71、G72编写零件的加工程序。2.能力目标：
（1）零件图的识读及零件加工工艺的分析与编制能力；
（2）制定并实施工作计划的能力及工艺文件的理解能力；
（3）掌握数控仿真软件的操作能力；（4）沟通协调能力。3.情感目标：
（1）培养学生谦虚、好学的精神；
（2）培养学生的乐于沟通及团队协作精神；（3）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风；（4）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；（5）培养学生对企业文化、管理的认同；（6）培养学生的质量意识、安全意识；（7）培养学生良好的职业道德等。
三、教学展开
1.确定项目任务
图一
项目任务（阶梯轴）
本次课以锥度轴的加工为项目任务（如图一所
示），该项目任务把教学内容和教学目标都巧妙地隐含在计划任务之中。首先是项目的目标性，该项目能很好的实现本次课的教学目标，在完成项目的同时保证学生掌握应学的内容；其次是项目的完整性，项目从设计、实施到完成，有一个完整作品作为项目的成果，使学生在完成项目后有一种成就感；第三是项目的层 次性，考虑到学生的水平和经验，学生对该项目有较强的学习兴趣，项目容量合适，完成项目所用时间为4学时，能避免学生产生畏难心理，不会影响项目教学的实施。对相关知识结构本着“够用” 的原则，重在培养学生的动手能力、独立获取信息和自主构建知识的能力，重在对实践能力和创新能力的培养。
该项目教学将循环指令G70、G71、G72的抽象教学转变为有实际目的有具体效果的可检测的具体教学，使学生通过锥度轴的加工过程，对所用到的循环指令G70、G71、G72的具体走刀路线、格式及相应参数设置在具体零件加工过程中所体现的效用来达到本次课的教学目标。在讲授过程中不以指令本生作为项目任务，而以包含该指令加工表面的具体零件为项目任务，这样把指令放在零件中来学习，在认识指令的同时开始应用它，所学指令成为一个完整程序的有效组成部分。2.制定计划
这一步由学生独立进行，在既定项目任务下确定子题目和任务、预期成果、工作步骤和程序，但是教师必需实时进行监督和指导，这是整个教学过程中学生思维最活跃、积极接收新信息的一个阶段，教师根据全班学生的基本情况，让学生自由组合，然后教师在进行调整，指定项目组长分组进行讨论，每组4~5人，每组好、中、差学生合理搭配，既有助于培养学生小组协作和团队精神，又有助于顺利完成任务。教师将事先准备好的书面项目指导书发给每个小组检查核对，以小组合作的形式分析项目要求根据分析结果制定小组的项目行动计划，确定工作步骤，开展分工合作，组长负责协调，以便于更好的进行项目工作。各小组需要自行学习相关知识，最后组长向教师汇报
小组工作计划、疑难问题，教师审阅后适当进行指导。期间，教师如果发现存在共性问题，应及时讨论讲解和释疑。
在完成本次锥度轴加工指令G71、G72、G70的项目任务过程中，学生的主要任务是理清加工思路，考虑影响加工的因素，制定加工计划。书面项目指导书按普车加工方法、数控加工指令格式及意义、加工参数选择锥度轴加工方法的顺序来制定，引导学生逐步顺利的完成任务随着加工计划的深入制定，学生会逐步掌握锥度轴加工前工件尺寸确定外圆车刀刀位点、切深总量、车削进给方法退刀量、精加工余量、背吃刀量选择、坐标计算等知识点。这些问题大多可以利用以前的知识和自习新知识解决，少部分作为共性问题进行讨论讲解。
3.实施计划，完成项目任务
这是把新旧知识转化成实际成果的过程，是知识升华结晶的过程，培养的是学生的实际能力。由于每组的能力不同，教师的指导尤为重要，对项目实施的步骤要解释清楚，并根据学生实际情况，及时提示学生先做什么，后做什么。这样避免接受力较差的学生对项目束手无策，避免少走不必要的弯路，保证所有学生项目顺利完成。本次项目的任务是实施制定好的加工计划，计算加工程序中各个参数的具体数值并编制加工程序。在编制过程中，学生会出现进刀路线不明确、粗心计算错误等失误，教师可根据失误类型，选择不同的处理方法。如果是单纯计算错误则保持沉默，等下一环节的错误暴露以后，更能引起学生注意；如果是概念性的错误，则需要及时指出，防止出现错误强化。
4.展示成果，学生介绍交流，师生共同测评
这个阶段是整个项目活动的总结是知识的升华过程。对结果的检查与评估，是开展教学活动不可缺少的一个重要环节。当学生完成了锥度轴的加工之后，就基本上完成了项目活动的大部分内容，接下来要做的就是个项目小组进行成果汇报交流与展示。汇报内容包括成果的汇报与交流，活动进行中遇到的问题、困难解决办法，收获与感受，活动小结等多方面，项目的评价内容，一是对项目的成果评价，如计划合理性，项目完成情况及作品质量等；二是对学生在项目活动中的表现加以评价，各小组合作参与意识、合作精神、创新性、是否听取成员和教师的意见等。评价的方式在项目汇报完成以后，由教师、项目小组及学生个人进行评价，让学生明确在项目学习中自己的优点，更好地激发学生的学习兴趣和积极性，同时了解存在的问题，完善以后的项目学习。
四.小结
采用这种教学方式对教师要求较高，教师的知识容量及发现问题、解决问题的实际能力都要提高，教师的工作量较传统的教学有大幅增加，特别是教学辅助时间加长。教师需要根具项目任务的需要，以应用为目标，整合所需知识，突出体现实用性和可实施性。在项目教学中，学生的学习思维方式由抽象思维转变成形象思维，收效更好。
存在问题：由于条件限制，项目实施主要以仿真为主，与直接生产还有一定的差距。
解决办法：在学生很好的掌握了仿真加工以后，让学生到数控基地进行实际操作，加强对知识的强化和应用，从而达到产学结合。参考文献
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社,2008,(8).[2]朱丽军.数控仿真应用软件实训[M].机械工业出版
社,2008,(5).[3] 夏建国，郭扬．职教课程模式开发[N]，上海教育出版社，2002年版．
[4] 黄克孝，严雪怡．职教课程改革研究[N]，科学普及出版
社，2007年版．
[5] 机械工业教育发展中心，华中科技大学国家数控系统工程
技术研究中心．关于数控人才需求与数控职业教育教学改
革的调研报告,2006年7月．
[6] 华丽娟．曾建文．浅谈数控加工技术教学改革[J]，上海电 机技术高等专科学校学报，2008年第4期．
优化数控编程教学 篇6
摘 要：结合《数控车床编程与操作》课程的教学实践，从指导思想、教学模式、教学内容、教学方法、评价体系等方面，介绍了“项目式”教学模式改革的情况。
关键词：数控车床编程与操作；项目式；教学模式
在德国，20世纪80年代就推行一种“行为引导式”教学法，即项目式教学法，这是一种以项目为主体的教学方式，通过这种教学，学生能真实地参加实际项目的设计、履行和管理。这种教学方法的目标是现代企业的职业行为，强调学生综合能力素质的培养。现在，我校在很多实习实训课程中均应用此教学方法，并且取得了良好的效果。
一、教学改革的指导思想
教学改革的主线是实际操作能力的培养，在此基础上要打破以往传统的教育模式，改变观念，敢于创新，形成一套理论与实际相联系的新型的教育模式，进而提高教学的质量效率，借以推动大专教学改革。
二、教学模式的改革
数控车床编程与操作包含了诸多内容，总共约64学时。对于这么多的内容，课时相对较少，若按传统模式进行讲授，定不会收到良好的教学效果。高职教育的培养目标是为生产第一线培养高素质、高技能的人才，故对理论知识的要求就相对低一些，重点是培养其实际操作技能。所以为了使学生能在短时间内掌握这门课，采用了项目教学法。把该课程应该讲授的理论知识融合到项目中，先对项目进行分析，从中分析出理论知识点，然后运用理论知识编写工艺卡及程序，上机进行模拟加工，最后在机床上实际操作加工、测量。
三、教学模式的划分
整个教学过程可以分为三个阶段：第一阶段：基础知识学习。这个阶段主要是培养学生运用基本的编程指令，对单个零件进行编程。第二阶段：电脑模拟加工。这个阶段主要是利用斯沃数控仿真软件进行对刀加工验证刀具路径。第三阶段：实际加工。这个阶段是让学生把验证好的程序输入到机床中进行实际零件的加工。在整个教学过程中，由学生自己完成加工工艺的制定，教师对工时及产品提出考核指标，并培养他们安全文明生产的意识。
四、教学内容的制定
根据这几年的教学经验以及高职教育的目标，结合工厂车间的实际工作情况，我系组织教师进行讨论，重新确定了教材的内容，并且打破了原有教材的编排体系，对相关内容进行了重新整合，编写了一本学院内部教材，称为《数控车床编程与加工》。本教材将所有内容分为多个部分，并根据相关的内容设计实践环节，所有的内容均按项目进行教学。整个教学内容分为七个项目，每个项目都有固定的学时，并且针对不同的项目采用不同的教学方法。
五、教学方法的改革
教学方法的改革是本次项目教学改革的核心。教学方法运用得是不是合适，会直接影响到最终的教学效果，还会影响到学生的学习兴趣。所以，我们采用集中连续的教学方法，每周连续安排8学时完成一个教学项目，并且这些项目均在数控加工实验室
完成。
六、学生评价体系的改革
学生评价体系采用“单个项目考核+综合评定”的方法。学生每完成一个项目就进行一次考核，学期末再最后进行一次综合评定。考核内容即加工所需的理论知识以及实际操作。学生的最后成绩是所有考核成绩的平均成绩。
本次教学改革的优势如下：（1）集中连续的教学方法使学生对所学的知识掌握更加牢固。（2）项目教学能提高学生的学习兴趣。（3）“单个项目考核+综合评定”激发了学生的进取心。（4）项目教学打破了常规，学习环境宽松，有助于培养学生的创新能力，同时又增进了师生的感情。
参考文献：
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数控编程仿真教学新思路 篇7
1.1 数控设备不完善, 学生的实训效果达不到预期要求
数控教学设备不完善, 主要体现在两方面:一方面是由于资金短缺问题, 导致各种系统的数控机床数量少, 型号单一, 十几个人用一台, 不足以完成规定的教学任务;另一方面是数控仿真教学软件所采用的系统与实际数控机床系统不匹配, 不统一。学生在实际操作时感到不适应, 导致实训效果差, 达不到预期的要求。而且在教学过程中教师没有把数控设备的特点和仿真设备的特点有机的结合在一起, 学生对仿真教学的意义认识不清, 没有通过模拟和情景的在线了解具体教学内容, 使教学流于形式, 无法深入到学生的思维中。
实训内容也不合理, 仿真教学和实际操作在内容上出现了偏差, 主要体现在仿真教学的老师所采用内容和实习指导老师采用的内容不统一, 联系不紧密, 甚至完全不同, 其结果就是学生在仿真教学时学到的知识在实际操作时用不上。
1.2 教学手段单一, 考试方法不合理
在当今数控加工技术课程的教学中存在着教学方法、手段单一, 考试方法不合理的问题。如仿真仪器和多媒体的利用率低, 没有把它作为常规的教学手段来提高学生的理解能力, 只是单一的在黑板上教学, 偶尔的用一下多媒体。没有通过视觉冲击来提高学生对知识框架的理解, 使复杂的知识得不到分解, 没有使各部分的知识要点得到全方位的理解。同时, 教师也没有通过仿真来提高学生的创新意识, 没有把创新作为手段来带动学生的整体能力, 导致学生无法认知到更深的知识, 影响了创新的能力。由于没有充分利用和挖掘仿真教学的优越性, 从而使教学手段过于单调, 起不到为教学服务的作用, 使得学生的整体能力得不到提高。
同时考试方法也出现了问题。教师没有把考试的方法和对知识的掌握能力结合在一起, 考试内容没有加入仿真模式, 没有利用仿真考试来提高学生的理论知识、操作能力和综合素质, 导致学生片面倾向理论知识, 不了解从理论到仿真的具体效果, 使考试失去了意义, 影响了实际的教学效果。
2 数控仿真教学针对问题提出的新思路
2.1 调整教学和实训内容
在仿真数控编程教学的开展中, 要适时地调整教学内容, 使仿真教学的内容和实训内容相统一。仿真教学教师和实训指导教师要相互配合好, 通过数控仿真软件实现理实一体化、模块式教学, 使理论知识与实践操作完好的结合。在教学中边教边学、边学边做、在做中学、在学中做, 通过实际操作来弥补仿真的不足和缺陷, 通过仿真来减少实际操作的错误, 节约材料, 避免安全事故的发生, 延长数控设备的使用寿命, 节约实践环节的培训成本。除了教学内容的调整外, 理论教学、仿真教学、实践操作的课时比例也应该适时的做出调整。有些学生自控能力较差, 长时间使用仿真软件教学会使学生产生惰性而懒于上数控机床操作, 故应该加大数控机床实际操作的比例, 建议采用1∶1∶1的比例, 使学生的操作技能得以进一步提高, 使整体教学内容更加符合全局性教学。
2.2 正确进行教学评价, 提高学生的自主学习意识
教学评价包括教师评价、学生的自我评价、学生之间的相互评价。在应用数控加工仿真系统进行编程与操作训练时以教师评价为主, 对每次的练习成绩要及时登记。课堂测试时应有较强的目的性, 通过随堂测试, 来提高学生的学习意识、学习热情、学习的自信心和自觉性。期末测评或考核时, 测试题要与理论教学、仿真教学时采用的练习要求相适应。另外, 课程结束时, 对学生的总评成绩不应过分注重一次期末考核成绩, 而是更多的、客观的关注学生在整个教学过程中的学习效果。
2.3 重视教材的建设
教材的建设和编写要具备对仿真知识的补充, 要把知识的仿真框架编制到教材之中, 知识的结构要符合教材的发展, 同时也要符合社会和知识的发展方向, 要用仿真知识来带动教学的发展。教材中首先要具备仿真理解方面的知识, 使学生的理解能力得到提高, 通过仿真画面和注释的方式来提高学生的认知能力。其次教材要具备仿真应用能力, 要用仿真应用知识来促进学生的实际动手能力, 让应用作为关键来辅佐教材的建设。最后要把仿真分析带到教材之中来促进学生对编程知识的分析能力, 通过提高分析框架来促进学生对每一个结构的掌握, 把大问题化为每一个小的框架来为学生的思维发展提供方向。这几方面要作为一个综合框架建设在教材之中, 要把综合能力作为教材的中心, 把综合框架反馈到应用中, 用综合的眼光来学习综合的知识, 通过综合的知识来编制综合的教材。
3 总结
在数控编程仿真教学的发展中应不断加入新思路, 通过新颖、全面、创新、全局的发展眼光为教学服务, 为提高学生综合素质服务, 相信通过对教材的建设和对课程内容的把握以及对课程开展中的全局性创新, 定会为数控编程仿真教学的开展提供广阔的空间。
参考文献
《数控编程》教学方法的研讨 篇8
关键词：数控车床,对刀,教学方法
0 引言
前苏联教育学家苏霍姆林斯基曾指出:“一个人到学校上学, 不仅为了获得一份知识的行囊, 而主要应该是获得多方面的学习能力, 学会思考。”他也说过:“教师在课堂上要做两件事:一是教给学生一定范围的知识;二是要使学生变得越来越聪明。学生是否变得越来越聪明, 关键在于教师是否愿意和善于抓住智力训练, 而智力训练的核心是思维训练。”可见教师在给学生传授知识的同时, 如何调动学生思维的主动性, 将思维活动贯穿于学生学习活动的始终, 发展他们的思维是多么重要。
1 营造思维的氛围, 使思维成为学生的一种需求
心理学告诉我们:“需求”产生动机, 动机激发活动, 人又在活动中创造世界, 创造自身, 思维是人脑对客观事物的本质属性和内部规律的间接和概括的反映。要使学生在学知识的过程中能动脑, 教师必须想办法创设思维的情境, 营造思维的氛围, 引发学生的无意注意, 使学生想动脑, 乐动脑, 从而使思维得到较大的发展。
1.1 激疑
亚里斯多德曾经说过:“思维自疑问和惊奇开始。”有经验的老师, 即使在已知的事物中, 也能揭示出引出学生疑问的那个方面, 而这种疑问又使学生感到惊奇。例如:在讲述“数控车床”——用计算机以数字信号控制的车床时, 可提出下列问题:平时印象中计算机只是打打字、上上网, 它怎么会控制机床呢?又是怎么控制的呢?控制的机床原理如何等等, 使学生心中产生一系列疑团, 要解答这些疑团, 就必须认真去听这一堂课, 认真思考每一个问题, 因而产生了思维的意识。
1.2 激趣
为了使学生的智力得到发展, 就必须使他们有对知识的渴求, 有发自内心的学习的愿望, 使他们希望自已成为发现者、研究者、探索者, 故在教学中应想方设法为学生提供丰富的感性材料, 激发学生探索事物的浓厚兴趣。
如在讲述数控车床加工时, 利用多媒体播放数控车床加工产品碟片, 引导学生观看加工过程。在学生亲眼目睹数控车床加工过程后, 有了较强的新奇感时, 趁机引导学生思考:为什么现在大多数企业都使用数控机床?运用数控机床加工有哪些优势呢?数控机床又是怎样加工产品的?学生的思维一下子活跃起来。经过他们的讨论与分析, 很快就掌握了数控机床的加工特点——精度高、生产效率高、可减轻工人的劳动强度等等。
1.3 引导学生展开想象
想象与思维的关系非常密切, 可以这样说, 没有想象, 就不会有创造。学生的学习是一种创造性的活动, 需要借助想象才能更好地理解和掌握课本上的知识, 同时发展创造性思维, 为将来有更大的作为打下良好的基础。如在讲述完数控车床对刀的方法、作用后, 组织学生充分发挥联想:数控机床为什么能准确控制车刀的运动轨迹呢?控制车刀运动的数控指令有哪些呢?
直接给学生传授科学知识, 学生未必印象深刻, 如果改变方法, 让学生自己去猜, 去想象, 反而兴趣浓厚, 时常还会互相争论, 达成共识, 教师再加以点拨, 学生听得格外认真, 这样的做法不但能调动学生思维积极性、学习积极性, 提高课堂效率, 还能激发学生的创新意识, 发展学生的创造性思维, 满足学生好表现的心理, 想象成功了的同学还有一种强烈的成就感与自豪感, 无形中培养了学生的进取精神。
1.4 搭桥
实践证明, 当课堂上所讲的知识里既包含一定“份额”的已知内容, 又包含一定“份额”未知内容时, 才能唤起学生思考的兴趣。如在讲述外圆切削循环G90时, 先复习已学G01的指令格式。
G01 X_Z_F_;运动轨迹是一条起点到终点的直线, 如图1。为了节省编程时间, 是不是有一条指令能够实现连续的四个动作呢?如图2, 引出新课外圆切削循环G90。这样通过教师在旧知识与新知识之间的牵线搭桥, 出现了半新半旧的材料, 学生经过努力是能答出来的, 故为思维活动的开展打下了良好的基础。良好的开端等于成功的一半, 学生注意力集中了, 思维活动开始了, 学习的效率也大大提高。
2 优化思维训练的方法, 使学生的思维多层面发展
“营造思维的氛围”是激发学生“想”的动机, 有了活动的愿望, 智力活动也就开始了。那么学生想什么呢?怎样去想呢?想多少呢?这是教师下一步该考虑的问题, 在教学中注意了如下几个方面。
2.1 明确目标
智力种种要素发展的一个共同的要求, 是加强相应活动的“有意性”“目的性”, 解决问题的思维过程——发现问题、提出问题、解决问题, 每一个步骤都受思考的目标所制约。故在教学中应让学生先明确问题的目标, 然后再进行探索活动。这样可使学生克服思维的盲目性, “想”有目标, “思”有方向。如预习数控车床对刀内容后, 提出思考的目标, 这样学生就能沿着一定的方向思考, 得出正确的结论, 而不胡思乱想, 真正做到自已探索, 自已思考, 从中获得新知。
2.2 注意难度适当
著名的教育家赞科夫说过:“学生的智力就象肌肉一样, 若不给予适当的负担, 它就会萎缩退化”, 适当的难度是激发学生学习兴趣, 刺激智力发展的一条客观规律, 有经验的教师总爱用一些有一定份量的问题“憋憋”学生, 给学生一定的压力, 让他们去动脑筋, 这个“憋”的过程就是增加信息量开发智力的过程, 每“憋”一个问题, 学生的智力就前进一步。
如用数控仿真软件来讲述数控车床对刀方法时, 教师并不直接完成这个操作, 而引导学生先动手操作, 虽然这样的做法对学生有一定的难度, 但学生的积极性很高, 气氛非常活跃, 尽管学生操作过程并不完整, 但由于有了思考作基础, 教师再引导他们操作的步骤和方法, 故学长进快, 思层次高, 激发了学生的创新意识, 培养了学生的创造性思维。
2.3 注意问题的适当新颖
著名教育家皮亚杰在《智力的起源》一书中说中:“一个人既不注意太熟悉的东西, 因这已经司空见惯了, 他也不太注意那些太不熟悉的东西, 因为和他的‘图式’中任何东西都没有联系……。”引起学生感兴趣的, 能刺激他们积极思考的是“新颖”的, 有一定难度的内容, 是他们不懂, 但经过一定的努力可以掌握的内容。
如用数控仿真软件模拟外圆切削循环G71的加工轨迹, 引导学生推理得出外圆切削循环G71的加工特点。这样又培养了学生的类比推理与归纳推理的方法, 促进了他们逻辑思维的发展。
2.4 充分利用熟悉的东西
“熟能生巧”, 巧中出奇, 奇是智慧, 出奇是熟练的产物所发, “熟中出智”是认识发展的一条客观规律。如学完数控车床对刀方法后, 学生对对刀的步骤和目的有了明确认识, 可引导学生讨论分析假设工件坐标系要偏移时, 该如何操作呢?在已学知识的基础上再经过思考后, 学生的认识水平也由感性上升到了理性, 分析问题的能力得到了进一步提高, 同时学会了从现象出发, 探求本质的科学探索方法。
总之, 较好地处理了传授知识与发展能力的辩证统一的关系。在教师的引导下, 学生充分感知, 积极思考, 自动探究, 充分调动他们学习的积极性, 使学生的思维能力得到了充分的发挥与锻炼, 课堂效率也大大提高, 真正做到了寓“思”于“学”, 达到了掌握“知”, 发展“能”的目的, 符合素质教育的要求。
参考文献
[1]黄克孝.职业和技术教育课程概论[M].上海:华东师范大学出版社, 2001.
[2]袁晓洲.两年制数控技术人才的4阶段培养模式[J].湖北职业技术学院学报, 2004 (2) :11-12.
[3]张健, 杜海军.高等职业院校数控技术教育课程体系改革浅谈[J].十堰职业技术学院学报, 2001 (6) .
优化数控编程教学 篇9
一、传统数控教学中存在的问题
1. 理论与实践脱节。
在传统教学中, 课程的理论教学一般采用的是单一的、以教师为中心的学生被动接受的“灌输式”教育模式[3]。由于数控技术与编程课程实践性强, 单纯的理论教学对于缺少实际加工经验的学生而言, 内容会显得枯燥, 使学生学起来感到抽象、难学, 很容易让学生产生厌学情绪, 教学效果不理想。
2. 数控机床设备不足。
数控技术与编程课程, 实践性很强, 学生要想利用正常课堂授课的短时间内学好这门课, 必须将理论与实践相结合, 由于数控机床品种繁多且价格大多较高, 数量必然有限, 教学设备大多会不足, 因而造成学生操作实训少、学习效果差。为了解决上述问题, 必须寻求一种资金投入少, 但是效果明显的数控编程课程新教学培养模式。数控加工仿真系统软件在教学中的合理运用是解决这一问题的有效途径。
二、基于德国KELLER数控仿真软件的教学研究
1. 德国KELLER数控仿真软件简介。
KELLER SymPlus CNC仿真模拟软件是德国凯勒软件有限公司开发的系列产品[4]。它利用二维、三维模拟仿真的方法和大量的图、加工参数、名词解释和练习题, 对CNC数控设备工作过程与原理、PALplus练习模块、CAD/CAM功能模块、车铣钻削加工编程、系统控制理论等, 进行教学演示和仿真训练。通过这套仿真模拟软件的使用, 可以达到各种CNC设备操作实训目的, 大大减少昂贵的设备投入。凯勒CNC软件最主要的特点是易于操作、由浅入深、综合性强。整个软件由若干个系统组成, 即:动态虚拟车间与机床设备、PALpuls多媒体模拟与仿真、FANUC与西门子控制系统仿真教学模块、CAD/CAM仿真模块。它涵盖了从基础培训到初级编程再到专业的制造加工编程的CNC和CAD/CAM技术, 具备了现代的教学方法的特点。
2. KELLER仿真软件应用到数控理论教学中。
在进行数控机床的工作过程的理论教学时, 对于由数控程序到机床的执行动作过程, 一般要有对输入指令进行译码、寄存和运算, 向系统的各个坐标轴的伺服系统发出指令信号, 经过驱动电路的放大处理, 驱动伺服电动机输出位移和速度, 实现进给运动的这样一个过程。但是, 教学中由于学生对机床本身结构等知识了解较少, 单纯的理论教学会显得枯燥, 使学生学起来感到抽象、难学。利用KELLER数控仿真软件的Dynamic Virtual Workshop模块, 如图1所示, 给出了数控机床工作工程中, 加工信息流动的方向与方式, 形象地给出了机床的工作过程, 使学生一目了然地学习到了数控理论知识。
3. 利用KELLER软件进行数控关键知识点的教学。
在数控车削加工中, 刀尖处常带有圆弧过渡刃。一般数控装置都有刀尖圆弧半径补偿功能, 为编制程序提供了方便。有刀具半径补偿功能的数控系统, 编程时不需要计算刀具中心的运动轨迹, 只按零件轮廓编程[5,6]。
为了解释清楚上述的数控编程的关键知识点, 利用KELLER软件, 如图2 (a) (b) 所示, 当不考虑刀尖圆弧半径补偿时, 会产生少切和过切现象, 图中黄色线为要求的编程轨迹, 再没有考虑半径补偿时, 切削后的结果如灰色区域所示, 可以看出产生了较大的误差。然而, 在带有补偿功能的数控系统中, 使用了G42的补偿指令后, 依然按照要求的编程轨迹进行编程, 这可以加工出与要求完全一致的实际轮廓, 不会产生加工误差, 如图2 (c) (d) 所示。
4. 利用KELLER数控仿真软件进行手工编程教学。
G71外圆粗车循环指令就是数控车床上经常使用的复合循环指令之一, 适用于多次走刀才能完成的内外圆柱面、圆锥面的加工[7,8]。虽然G71指令功能强大, 能够简化编程, 但是在使用过程中, 特别是在教学过程中, 对于G71的复杂的走刀路线 (和指令参数的含义, 学生很难理解。此时, 利用KELLER软件的PALpuls模块、控制系统模块, 可以在实现G71编程以后进行二维及三维模拟 (如图3所示) , 可以清晰直观地理解G71要指令的格式与使用要求, 很好地完成车削加工关键指令的教学工作。
5. 利用KELLER数控仿真软件进行CAD/CAM教学。
由于交互式图形编程具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等优点, 已成为目前国内外先进的CAD/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。交互式图形编程的实现是以CAD技术为前提的。目前, 绝大多数的数控编程软件同时具备CAD的功能, 因而CAD/CAM编程也是数控编程教学中一个不可或缺的部分。
利用KELLER软件的CAD/CAM模块中的几何工作计划模拟器子模块功能, 首先利用几何模块中的相关工具建立被加工件的几何图形, 建立被加工件的工作计划, 如图5 (a) , 工作计划建立以后, 可以利用仿真功能模拟演示其加工过程, 如图4 (b) 所示, 最后确认加工无误以后就可以生成满足要求的数控代码如图4 (c) 。通过以上的工作学生可以直观地学习CAD/CAM数控编程技术, 较好地掌握交互图形编程方法。
三、教学效果
1. 提高了数控编程课程的教学质量。
数控仿真教学软件的使用, 摒弃了原有的空洞的理论教学, 而是将多媒体和仿真软件灵活运用到教学过程中, 使教学过程具有互动性。数控仿真模拟了真实机床加工条件与加工过程, 在对学生进行演示加工的过程中, 把书本中抽象、笼统的理论转化为形象、具体的印象。学生在自己动手进行仿真编程的过程中自然而然地学习到了书本上的相关知识, 也加深了对知识要点的理解, 主动性与积极性大大提高, 取得更好的教学效果。
2. 有效降低了教学成本, 提高了效率和安全性。
利用虚拟机床代替实际机床, 弥补了设备和师资的不足, 仿真软件的教学方法, 纠正了原有的“吃大锅饭”的课堂“填压式”的教学方法的弊端, 让学生通过操作训练, 达到一对一、手把手的教学效果, 既保证了学生用最快的时间学会所要掌握的知识, 提高了学习效率, 同时又能有效地避免初学者直接上机床进行操作可能出现的各种错误现象, 实现了学生对基本数控编程知识的迅速掌握。
由于数控技术的发展, 出现了各种创新的数控机床、种类繁多的数控加工刀具、加工工艺与加工方法, 而与之相适应的数控技术与编程课程的教学, 往往受到了有限的资金投入和设备投入的限制。所以以现有的有限教学资源为基础, 在不增加硬件设备的前提下, 充分利用Keller仿真软件的进行辅助教学, 必将对数控加工与数控编程等课程的教学起到更大的推动作用。
参考文献
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优化数控编程教学 篇10
【关键词】高职 数控加工工艺与编程 教学改革
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）03C-0151-02
数控加工工艺与编程不仅是高职院校数控技术专业的一门专业核心课程，也是所有机械技术类专业的一门专业核心课程。该课程主要培养学生具备数控加工工艺的编制能力、数控 程序的编制和校验的能力、CAM自动编程的能力，我们在教学过程中针对能力培养进行了不断的探索与研究，从而提高教学的质量和效果，培养出更符合社会需求的高素质技能型人才。
一、课程设置及定位
根据“干什么学什么，缺什么补什么，要什么给什么”的课程体系构建思路，通过市场调研分析，确定机械技术类专业职业岗位群，并分析岗位工作过程，明确岗位主要职业能力和职业素养，从而确定学习培养内容。经过对岗位能力的分析，提出机械技术类专业核心能力为：精操作、会维修、知工艺、能编程、懂管理。数控加工工艺与编程这门课程能够培养学生的工艺的编制能力和数控程序的编制能力，确定了本课程在机械技术类专业的专业核心课程地位，本课程是在先修课程的基础上，进行数控工艺、编程与加工操作的教学，为数控加工考证及其他后续课程的学习奠定基础。
通过本课程的学习，学生就业的目标岗位有数控机床操作工、数控程序编制员、数控加工工艺员等，符合高职院校技能型人才的培养目标。
二、课程整体设计
课程整体设计包括课程标准建设、课程内容确定、考核评价方式三个方面。
（一）课程标准建设
根据机械技术类专业的培养目标要求，制定数控加工工艺与编程的课程标准，进一步明确教学对象、课程性质以及教学目标。其中教学目标中包含课程目标、能力目标、素质目标。
课程目标为：掌握数控车、铣削加工工艺知识；掌握车、铣编程基本原则；掌握数控编程的方法和步骤；应用仿真软件检验数控加工程序。
能力目标为：具备分析数控加工零件的工艺 ，并制订工艺卡的能力；具备熟练编制数控加工程序的能力；具备应用仿真软件检验数控加工程序的能力。
素质目标为：自主学习、认真负责的素养；具有团结协作的意识；主动交流、沟通完成任务的精神；严谨细致的工作作风；吃苦耐劳的精神；具有安全生产意识。
（二）课程内容确定
邀请富有实践经验的一线技术人员与专业教师，确定课程培养的技能点、知识点和职业素质能力要点，结合学院的教学条件、教学对象、社会需求以及职业标准，共同确定教学内容，并将目前机械行业中的先进技术和工艺、设备都融入到日常的教学当中，使学生适时了解当前的最新技术。按真实工作任务及工作过程整合教学内容，设计各项目的学习性工作任务。选取6个项目完成本课程的教学，表1中列举了3个项目及任务，每一个项目以典型零件为载体，完成数控加工的工作过程“分析产品图样——确定工艺方案——制定走刀路线——选择适合刀具——编写数控程序——虚拟加工验证——试件加工”，项目的设置由单一到综合，难度由简单到复杂。
任务五 数控铣基本操作实训
（三）多方面的考核评价方式
在本课程的考核评价过程中，注重工作任务考核、实际应用能力考核、职业技能考核相结合，学生的成绩分为三部分，平时训练成绩为学生素养方面的考核成绩，包括考勤、6S管理意识等，工作任务（含上机）成绩是根据学生具体工作任务完成情况给出评价成绩，职业考证成绩是学生课程学习完之后，可以考取数控工艺员证书和数控车（铣）高级工证书，把考取证书成绩作为一项参考成绩。具体成绩的分配情况见图1。
图1 考核评价体系组成
三、教学组织设计
结合对学生的学情分析，高职学生动手能力强，对实操型的课程比较喜欢，同时学生具有普通车床加工的操作技能。我们提出了3W1H的教学模式：
WHAT—“教师教什么，学生学什么”，结合现有校内、外实训室资源，参照企业真实工作过程，融通职业资格标准要求进行。选取六个项目，每一个项目就包含了一个完整的工作过程：工艺分析、程序编制、模拟仿真、试件加工。
WHERE：“教师在哪教，学生在哪学”，充分利用学院的教学条件CAD/CAM（仿真）实训机房、金工数控实训中心、顶岗实习企业、多媒体教室完成教学活动。
WHO：“教师谁来教，学生跟谁学”，由学院专任教师3名、校内实训教师3名、企业兼职教师2名共同来完成本课程的教学活动。
HOW：“教师怎么教，学生怎么学”，在教学过程中我们采用工作过程六步法的教学模式组织教学，充分体现了职业性、实践性和开放性，学生主体作用凸显，操作技能明显增强，职业素养明显提高。
四、取得的教学成果
在本课程的教学研究过程中，我们充分利用学院提供的各种教学资源、企业资源，不断的进行探索与研究，完成了CAD/CAM及数控加工技术综合实践课程建设。团队开发了三本校本教材《数控车实训指导手册》《数控铣实训指导手册》《CAD/CAM实训指导手册》，以提高学生技能为主旨，在实习实训的过程中使用。
本课程的课程教学内容由企业一线技术人员参与确定，在学生的培养中实现与企业的无缝对接。在教学方法中有突破，实施“3W1H”的教学模式，利用多媒体教学、仿真教学和现场教学，突出学生技能、团队协作能力的培养，更重要的是要培养学生具备机床设备操作人员的职业素养。采用多元化的考核方式，注重工作任务考核、实际应用能力考核、职业技能考核相结合，也充分考虑到学生拓展能力的考核，切实培养出企业需要、社会满意、家长放心的高素质技能型人才。
【参考文献】
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