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摘要：针对初学者对数控代码指令难以理解的状况，以及目前大多数高校存在的日益增加的学生数和有限的数控机床之间的矛盾，提出引入基于UG CAD/CAM的数控教学。
关键词：UG CAD/CAM；数控教学；数控编程；模拟加工
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）04-0166-02
计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术已经越来越多地应用在数控加工领域。数控机床品种多，价格昂贵，占地面积大，如果学生的数控机床操作训练完全依赖数控机床进行，投入大、消耗多、成本高，一般高校都难以承担相关投入。而计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术恰好弥补了以上实训缺陷，学生可用其对数控装置进行仿真操作，满足了教学需求，能使学生达到实际操作训练的目的，并且安全可靠，收到了真实设备操作的教学效果。在实践中，动态的仿真操作使教学过程易教、易学，学生课堂学习兴趣倍增，教学效果显著提高。
UG CAD/CAM的应用
Unigraphics NX（简称UG）是国际上应用最为普遍的集一流计算机辅助设计、辅助制造和辅助工程（CAD/CAM/CAE）为一体的大型软件，是目前市场上功能最齐全的产品设计工具之一，广泛应用于航空、车辆、机械、模具等行业的产品设计、分析和制造。
UG CAM模块向用户提供了当今世界上最好的数控自动编程技术，利用它可根据加工任务生成实用且经过优化的刀具路径轨迹，通过后置处理生成数控程序，将程序输入到数控机床即可用来加工各种零件。其强大的后置处理工具可实现与任何数控机床相结合，是一个高效率、高质量的制造解决方案。因此，我们选择了UG CAD/CAM进行辅助数控教学。学生只需在自己的计算机上安装某一版本的UG NX（如UG NX5.0），就可以完成任意零件的数控模拟加工。
UG CAD/CAM在数控理论教学中的应用
数控编程就是完成编辑数控代码指令的过程。现在的教学过程大多是利用多媒体课件结合黑板板书来给学生讲解代码指令。学生在初学编程时，由于无法理解数控机床在执行指令时的零件加工走刀情况，对代码指令理解比较片面，甚至难以理解。因此，我们在现有数控教学中引入基于UG CAD/CAM的数控模拟仿真，通过形象逼真的三维数控模拟制造过程，使教学更贴近数控生产实际，帮助学生理解零件加工的走刀情况，掌握代码指令。
我们结合学生感兴趣并熟悉的实例展开教学，例如，编制图1鼠标模型数控铣床加工程序。为了提高教学效率，在备课时可以先使用UG CAD完成零件的三维建模，课堂上再引入UG CAM三维数控模拟制造过程，形象地讲解相关代码指令。鼠标零件图如图1所示，鼠标三维模型图如图2所示。该鼠标的毛坯是个长方体，材料为ZL104，尺寸为100mm×50mm×40mm，其四周侧面和底面已经加工好了，可以作为本次加工的安装面，这样可以对工件上需要加工的几何形状进行分解和统计，其中加工型面包括：顶面1、封闭小凹槽、4个沉头孔、轮廓四周侧面、上下台阶面。
由于篇幅有限，在此只给出鼠标顶面精加工刀轨图和顶面精加工仿真图，分别如图3和图4所示。
要结合模拟过程，将每个动作该用什么指令及其应用格式及应用时该注意的问题详细地板书讲解。最后通过UG CAM的后置处理，生成如图5所示的NC加工程序。
通过上例完整的UG CAM鼠标模型的三维模拟加工过程，能使学生清楚程序的动作顺序，该在什么位置，用什么指令，完成什么内容。经过反复练习，学生能真正掌握编程规律，加深对程序的理解。
UG CAD/CAM在数控
实践教学中的应用
目前，我院有3台数控车床，2台数控铣床和1台加工中心，远远不能满足学生操作实训的需求。因此，我们在有限的实机操作训练外，采用UG CAD/CAM软件让学生进行仿真三维模拟加工。在UG CAD/CAM中，从零件设计图开始，到最终加工程序的产生，可以用如图6所示框图描述。
通过UG CAD/CAM软件让学生进行仿真三维模拟加工训练，能达到如下几个教学目的：（1）增加学生对数控机床的感性认识，减少学生对数控机床的畏惧心理。（2）能使学生掌握数控加工的对刀方法。对刀是数控机床操作最基本也是最重要的操作，对刀不正确容易造成刀具或机床损坏，是学生操作训练的难点。由于仿真操作不存在刀具或机床损坏的问题，学生可放心地反复操作，直至正确熟练地对刀。（3）培养学生数控机床实际操作能力。学生第一次操作机床时都会比较紧张，怕损坏刀具或机床而不敢下刀切削，或由于紧张而产生误操作。通过模拟训练，学生在轻松的环境中进行操作，容易掌握操作过程，熟练后再操作实际机床，就没有紧张心理，操作过程不容易出错。（4）使学生掌握自动编程。对于简单的零件，只需通过手工编程，但对于复杂的零件，应借助计算机来自动编程。通过UG CAD/CAM软件的三维模拟加工训练，就能让学生很好地掌握自动编程的全过程。
我院在数控教学中引入形象直观的三维模拟加工，取得了以下良好的教学效果：（1）丰富了理论教学内容，提高了学生的学习兴趣和效率，取得了立竿见影的效果。（2）对于实践教学，不仅解决了我院日益增加的学生数和有限的数控机床之间的矛盾，而且让学生掌握了零件的自动编程及整个加工过程，同时还让学生掌握了数控机床操作。总之，在教学中引入UG CAD/CAM三维模拟加工，学生上课的兴趣倍增，在理论教学和实践教学中都取得了良好的效果。
参考文献：
[1]夏美娟，舒志兵.CAD/CAM软件技术及其在数控机床中的应用[J].南京工业大学学报，2005，27（2）：101-104.
[2]潘春荣，罗庆生.基于UG软件CAD/CAM功能的应用研究[J].机械设计与制造，2005，（1）：18-19.
[3]沈春根，江洪，朱长顺，等.UG NX 5.0 CAM实例解析[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4]修珙理，隋秀凛，王亚萍，等.基于UG的虚拟数控仿真系统的研究[J].机械工程师，2008，（1）：38-39.
[5]张昇.加工仿真系统软件在数控教学中的应用与研究[J].吉林省教育学院学报，2008，24（8）：119-120.
[6]沈炳宗.数控仿真加工在数控编程及操作教学中的应用[J].漳州职业技术学院学报，2007，9（3）：78-95.
[7]邓奕，彭浩舸，谢骐.CAM后置处理技术研究现状与发展趋势[J].湖南工程学院学报，2003，12（4）：46-49.
[8]赵晓燕，刘志刚.基于UG的数控自动编程软件及其应用[J].一重技术，2007，（6）：91-92.
作者简介：
邱丽梅（1981—），女，福建三明人，硕士，福建三明学院讲师，研究方向为机电一体化及模式识别。
关键词：UG CAD/CAM；数控教学；数控编程；模拟加工
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）04-0166-02
计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术已经越来越多地应用在数控加工领域。数控机床品种多，价格昂贵，占地面积大，如果学生的数控机床操作训练完全依赖数控机床进行，投入大、消耗多、成本高，一般高校都难以承担相关投入。而计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术恰好弥补了以上实训缺陷，学生可用其对数控装置进行仿真操作，满足了教学需求，能使学生达到实际操作训练的目的，并且安全可靠，收到了真实设备操作的教学效果。在实践中，动态的仿真操作使教学过程易教、易学，学生课堂学习兴趣倍增，教学效果显著提高。
UG CAD/CAM的应用
Unigraphics NX（简称UG）是国际上应用最为普遍的集一流计算机辅助设计、辅助制造和辅助工程（CAD/CAM/CAE）为一体的大型软件，是目前市场上功能最齐全的产品设计工具之一，广泛应用于航空、车辆、机械、模具等行业的产品设计、分析和制造。
UG CAM模块向用户提供了当今世界上最好的数控自动编程技术，利用它可根据加工任务生成实用且经过优化的刀具路径轨迹，通过后置处理生成数控程序，将程序输入到数控机床即可用来加工各种零件。其强大的后置处理工具可实现与任何数控机床相结合，是一个高效率、高质量的制造解决方案。因此，我们选择了UG CAD/CAM进行辅助数控教学。学生只需在自己的计算机上安装某一版本的UG NX（如UG NX5.0），就可以完成任意零件的数控模拟加工。
UG CAD/CAM在数控理论教学中的应用
数控编程就是完成编辑数控代码指令的过程。现在的教学过程大多是利用多媒体课件结合黑板板书来给学生讲解代码指令。学生在初学编程时，由于无法理解数控机床在执行指令时的零件加工走刀情况，对代码指令理解比较片面，甚至难以理解。因此，我们在现有数控教学中引入基于UG CAD/CAM的数控模拟仿真，通过形象逼真的三维数控模拟制造过程，使教学更贴近数控生产实际，帮助学生理解零件加工的走刀情况，掌握代码指令。
我们结合学生感兴趣并熟悉的实例展开教学，例如，编制图1鼠标模型数控铣床加工程序。为了提高教学效率，在备课时可以先使用UG CAD完成零件的三维建模，课堂上再引入UG CAM三维数控模拟制造过程，形象地讲解相关代码指令。鼠标零件图如图1所示，鼠标三维模型图如图2所示。该鼠标的毛坯是个长方体，材料为ZL104，尺寸为100mm×50mm×40mm，其四周侧面和底面已经加工好了，可以作为本次加工的安装面，这样可以对工件上需要加工的几何形状进行分解和统计，其中加工型面包括：顶面1、封闭小凹槽、4个沉头孔、轮廓四周侧面、上下台阶面。
由于篇幅有限，在此只给出鼠标顶面精加工刀轨图和顶面精加工仿真图，分别如图3和图4所示。
要结合模拟过程，将每个动作该用什么指令及其应用格式及应用时该注意的问题详细地板书讲解。最后通过UG CAM的后置处理，生成如图5所示的NC加工程序。
通过上例完整的UG CAM鼠标模型的三维模拟加工过程，能使学生清楚程序的动作顺序，该在什么位置，用什么指令，完成什么内容。经过反复练习，学生能真正掌握编程规律，加深对程序的理解。
UG CAD/CAM在数控
实践教学中的应用
目前，我院有3台数控车床，2台数控铣床和1台加工中心，远远不能满足学生操作实训的需求。因此，我们在有限的实机操作训练外，采用UG CAD/CAM软件让学生进行仿真三维模拟加工。在UG CAD/CAM中，从零件设计图开始，到最终加工程序的产生，可以用如图6所示框图描述。
通过UG CAD/CAM软件让学生进行仿真三维模拟加工训练，能达到如下几个教学目的：（1）增加学生对数控机床的感性认识，减少学生对数控机床的畏惧心理。（2）能使学生掌握数控加工的对刀方法。对刀是数控机床操作最基本也是最重要的操作，对刀不正确容易造成刀具或机床损坏，是学生操作训练的难点。由于仿真操作不存在刀具或机床损坏的问题，学生可放心地反复操作，直至正确熟练地对刀。（3）培养学生数控机床实际操作能力。学生第一次操作机床时都会比较紧张，怕损坏刀具或机床而不敢下刀切削，或由于紧张而产生误操作。通过模拟训练，学生在轻松的环境中进行操作，容易掌握操作过程，熟练后再操作实际机床，就没有紧张心理，操作过程不容易出错。（4）使学生掌握自动编程。对于简单的零件，只需通过手工编程，但对于复杂的零件，应借助计算机来自动编程。通过UG CAD/CAM软件的三维模拟加工训练，就能让学生很好地掌握自动编程的全过程。
我院在数控教学中引入形象直观的三维模拟加工，取得了以下良好的教学效果：（1）丰富了理论教学内容，提高了学生的学习兴趣和效率，取得了立竿见影的效果。（2）对于实践教学，不仅解决了我院日益增加的学生数和有限的数控机床之间的矛盾，而且让学生掌握了零件的自动编程及整个加工过程，同时还让学生掌握了数控机床操作。总之，在教学中引入UG CAD/CAM三维模拟加工，学生上课的兴趣倍增，在理论教学和实践教学中都取得了良好的效果。
参考文献：
[1]夏美娟，舒志兵.CAD/CAM软件技术及其在数控机床中的应用[J].南京工业大学学报，2005，27（2）：101-104.
[2]潘春荣，罗庆生.基于UG软件CAD/CAM功能的应用研究[J].机械设计与制造，2005，（1）：18-19.
[3]沈春根，江洪，朱长顺，等.UG NX 5.0 CAM实例解析[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4]修珙理，隋秀凛，王亚萍，等.基于UG的虚拟数控仿真系统的研究[J].机械工程师，2008，（1）：38-39.
[5]张昇.加工仿真系统软件在数控教学中的应用与研究[J].吉林省教育学院学报，2008，24（8）：119-120.
[6]沈炳宗.数控仿真加工在数控编程及操作教学中的应用[J].漳州职业技术学院学报，2007，9（3）：78-95.
[7]邓奕，彭浩舸，谢骐.CAM后置处理技术研究现状与发展趋势[J].湖南工程学院学报，2003，12（4）：46-49.
[8]赵晓燕，刘志刚.基于UG的数控自动编程软件及其应用[J].一重技术，2007，（6）：91-92.
作者简介：
邱丽梅（1981—），女，福建三明人，硕士，福建三明学院讲师，研究方向为机电一体化及模式识别。