何流洪　管琪明　周崢嶸

【摘 要】針對(duì)高校數(shù)控加工實(shí)踐訓(xùn)練，依托UG、虛擬仿真數(shù)控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、真實(shí)機(jī)床平臺(tái)，以促進(jìn)工程訓(xùn)練教學(xué)向信息化、智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)，構(gòu)建了虛實(shí)結(jié)合的數(shù)控加工實(shí)踐訓(xùn)練課程。課程以零件加工的全生命周期為主線，以循序遞進(jìn)的功能單元為數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)模塊，實(shí)現(xiàn)“軟硬融合、虛實(shí)結(jié)合”“實(shí)踐訓(xùn)練自主性強(qiáng)、人機(jī)交流互動(dòng)性高”“安全高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)?！钡娜聰?shù)控加工實(shí)踐訓(xùn)練局面。

【Abstract】Aiming at practical training of numerical control machining in colleges and universities， relying on UG， virtual simulation numerical control training platform and real machine tool platform， a practical training course of numerical control machining combining virtual and real is constructed to promote the transformation of engineering training teaching to informatization， intelligence and digitalization. The course takes the whole life cycle of parts processing as the main line， and the progressive functional unit as the practical training module of numerical control processing， to realize the new practical training situation of numerical control processing， which is "the combination of soft and hard， the combination of virtual and real"， "strong autonomy in practical training， high human-machine interaction"， "safe， efficient， economic and environmental protection".

【關(guān)鍵詞】數(shù)控實(shí)訓(xùn)課程;全生命周期;實(shí)訓(xùn)模塊;軟硬融合;虛實(shí)結(jié)合

【Keywords】numerical control training course; whole life cycle; training module; the combination of soft and hard; the combination of virtual and real

【中圖分類號(hào)】G434? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0120-02

1 引言

分析現(xiàn)代工程人才培養(yǎng)需求，剖析當(dāng)前數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練的缺陷及制約因素，立足大工程觀及產(chǎn)品、零件全生命周期的全局視角，結(jié)合全新信息技術(shù)和現(xiàn)代教育理念[1]，從頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，契合虛擬仿真技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)，以UG強(qiáng)大的CAD/CAM功能、虛擬數(shù)控實(shí)踐平臺(tái)及實(shí)體數(shù)控機(jī)床作為保障，以“遞進(jìn)式”思維和“串點(diǎn)為線”的方式，開發(fā)三維模型設(shè)計(jì)模塊、二維工程圖制作模塊、工藝分析模塊、數(shù)控編程模塊、數(shù)控程序仿真模塊、虛擬加工模塊及實(shí)體加工模塊，打造虛擬仿真數(shù)控實(shí)訓(xùn)課程。

2 數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)課程背景

現(xiàn)代工程是一個(gè)開放、共享、協(xié)同、集成、課程化、綜合性的復(fù)雜系統(tǒng)，與之適應(yīng)的現(xiàn)代工程人才，必須具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，優(yōu)良的實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、溝通協(xié)調(diào)能力、解決復(fù)雜工程能力、持續(xù)提升能力、領(lǐng)導(dǎo)及工管能力等。工程實(shí)踐訓(xùn)練是通過(guò)實(shí)踐將知識(shí)轉(zhuǎn)變成能力的重要手段，對(duì)知識(shí)的鞏固與強(qiáng)化意義重大，對(duì)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、解決復(fù)雜工程能力的培養(yǎng)作用顯著。數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練作為工程訓(xùn)練的重要組成部分，是學(xué)習(xí)者了解先進(jìn)制造技術(shù)的重要窗口，但目前，數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練的實(shí)際教學(xué)效果與教學(xué)需求之間的落差甚為突出，為了找出原因，對(duì)某高校400名師生進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果如表1所示。

不難看出，制約及影響數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練質(zhì)量的因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①設(shè)備少，人機(jī)比例失調(diào)。一方面數(shù)控設(shè)備價(jià)格相對(duì)昂貴，成本投入較大，另一方面，大多高校的實(shí)踐指導(dǎo)老師人數(shù)較少，而學(xué)生卻有增無(wú)減，導(dǎo)致“兩少一多”的尷尬局面。②安全問題凸顯。傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)模式，數(shù)控實(shí)踐的學(xué)生作為沒有一點(diǎn)操作機(jī)床經(jīng)歷的初學(xué)者，興趣濃厚，但對(duì)機(jī)床的安全注意事項(xiàng)停留在皮毛的“紙上談兵”，安全事故率較高，加之?dāng)?shù)控機(jī)床是高轉(zhuǎn)速的大動(dòng)力機(jī)床，發(fā)生事故后損失都較為嚴(yán)重。③課程結(jié)構(gòu)不完整?？萍几咚侔l(fā)展的今天，工程實(shí)踐課程自身的拓展較快，但實(shí)踐課程課時(shí)沒有增加或更新，導(dǎo)致課程相對(duì)壓縮或滯后，加上數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練安全風(fēng)險(xiǎn)較高，導(dǎo)致數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練萎縮成“一寫加一看”，即寫個(gè)程序，看個(gè)示范。上述情況普遍存在，已經(jīng)嚴(yán)重影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

3 課程構(gòu)建及模塊功能

要解決數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練的弊端和缺陷，完善現(xiàn)代工程人才的實(shí)踐訓(xùn)練。還不能著眼于解決問題本身，因?yàn)閱栴}之間相互制約，惡性促進(jìn)并循環(huán)，對(duì)單一問題的解決毫無(wú)意義，最好的方式是全盤推倒，重新構(gòu)建。虛實(shí)結(jié)合的數(shù)控實(shí)訓(xùn)課程以軟硬結(jié)合的“三平臺(tái)”作為支撐，構(gòu)建貫穿零件數(shù)控加工“七模塊”，具體構(gòu)成如圖1所示。

課程把虛擬仿真技術(shù)與信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)結(jié)合，將數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練和理論知識(shí)應(yīng)用相融合，通過(guò)“設(shè)計(jì)→制作→運(yùn)行”，讓學(xué)習(xí)者掌握零件數(shù)控加工全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而將知識(shí)、素質(zhì)、能力融會(huì)貫通。

三維模型設(shè)計(jì)模塊：根據(jù)要求，運(yùn)用三維建模軟件，將三維模型繪制出來(lái)。同一模型有不同的制作過(guò)程，鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)規(guī)劃能力及設(shè)計(jì)軟件的掌握能力。

工程圖模塊：將三維模型圖轉(zhuǎn)換成便于加工的二維工程圖，便于后續(xù)的工藝分析及數(shù)控程序編輯。

工藝模塊：對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析，涉及加工工序設(shè)計(jì)、走刀路線規(guī)劃以及刀具選擇、夾具選擇等，是零件加工過(guò)程中極為重要的過(guò)程，工藝規(guī)劃的優(yōu)劣，直接影響后續(xù)加工程序的編寫質(zhì)量，最終決定零件加工的質(zhì)量和效率。

數(shù)控編程模塊：從得到加工程序而編程轉(zhuǎn)變成學(xué)習(xí)編程技能，摒棄單純手工編程的單一授課方式，從加工原理及加工工藝分析引入，以UG軟件作為載體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最終掌握編程方法。

數(shù)控程序仿真：以輔助程序編制和運(yùn)動(dòng)軌跡校驗(yàn)的仿真軟件作為基礎(chǔ)，結(jié)合更高級(jí)的能仿真出三維加工的環(huán)境數(shù)控的仿真軟件，通過(guò)程序輸入→程序規(guī)范→程序仿真→程序驗(yàn)證→程序調(diào)試等步驟，得到可靠的數(shù)控程序。

虛擬數(shù)控加工模塊：對(duì)于數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練來(lái)說(shuō)，得到可靠的程序是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要將通過(guò)程序與機(jī)床對(duì)話，完成零件加工。如果直接操作機(jī)床，對(duì)從來(lái)沒有接觸過(guò)機(jī)床的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，難度較大，況且，受人機(jī)比例不協(xié)調(diào)，直接影響到數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，而且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。所以，引入成本較低的虛擬仿真數(shù)控加工平臺(tái)，讓每個(gè)學(xué)生都有充足的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。其強(qiáng)大的虛擬程序仿真功能，實(shí)現(xiàn)了輔助程序編制、校驗(yàn)運(yùn)動(dòng)軌跡以及仿真三維加工的環(huán)境的要求，搭配上實(shí)體機(jī)床的操作功能鍵，除了不能真實(shí)加工出零件外，能安全可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工的所有操作，為后期的實(shí)體機(jī)床加工打好基礎(chǔ)。

實(shí)體加工模塊：一般來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)者對(duì)此模塊的興趣很濃厚，經(jīng)過(guò)前面模塊的充分準(zhǔn)備，經(jīng)歷多次虛擬仿真加工，可以有條不紊地將自己設(shè)計(jì)的零件變成實(shí)體。

4 課程應(yīng)用案例

基于開發(fā)的虛實(shí)結(jié)合的數(shù)控實(shí)踐課程，要求學(xué)習(xí)者應(yīng)用整套的數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練。將訓(xùn)練要求定為：①毛坯尺寸為?30×100;②零件加工必須包括端面加工、圓弧面加工、槽加工、螺紋加工以及切斷。如下是A同學(xué)的實(shí)踐訓(xùn)練內(nèi)容：三維零件模型設(shè)計(jì)，包括端面、圓柱面、槽、螺紋、圓弧面等，滿足實(shí)訓(xùn)要求。根據(jù)三維模型制作規(guī)范的工程圖。根據(jù)二維工程圖進(jìn)行工藝分析得出加工順序及進(jìn)給路線為：平端面→粗、精加工外輪廓→倒角→切退刀槽→切螺紋→切斷，另外，對(duì)刀具和夾具進(jìn)行選擇并制作工藝卡片。根據(jù)工藝分析，基于UG軟件，完成程序編輯。為保證數(shù)控程序的正確性，將編輯好的數(shù)控程序進(jìn)行虛擬模擬。得到正確的數(shù)控程序后，在虛擬數(shù)控實(shí)踐平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的程序仿真和操作訓(xùn)練。熟練機(jī)床操作后，轉(zhuǎn)到實(shí)體機(jī)床上將實(shí)體零件加工出來(lái)。最后進(jìn)行零件加工質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后完成數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練。

5 結(jié)語(yǔ)

虛實(shí)結(jié)合的數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練課程，為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)更有安全保障的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過(guò)貫穿零件加工全生命周期的模塊化學(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)者從“走馬觀花式”的技能訓(xùn)練轉(zhuǎn)變成結(jié)合設(shè)計(jì)、制圖、工藝分析、操作技能訓(xùn)練的全新數(shù)控實(shí)踐訓(xùn)練。課程通過(guò)“虛實(shí)結(jié)合、軟硬融合”的方式，把課程從課上延伸到課下，增加了訓(xùn)練內(nèi)容，提高了訓(xùn)練難度，卻節(jié)約了課程時(shí)間，更為全面地將學(xué)習(xí)者的知識(shí)、能力及素質(zhì)有機(jī)結(jié)合并持續(xù)提高。

【參考文獻(xiàn)】

【1】谷艷華，苗廣文，楊得軍.混合教學(xué)模式下虛擬仿真教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2019，36（07）：188-191.