MasterCAM软件在职业院校数控实践性教学中的应用
目前,数字控制技术与数控机床的应用给机械制造业带来了巨大的变化。数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术,计算机辅助设计与辅助制造和计算机集成制造技术智能制造等,都建立在数控技术之上。数控技术不仅是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段,也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。新世纪机械制造业的竞争,其实就是数控技术的竞争。基于数控技术在机械制造行业中的重要性,国内一些重点中职及高职院校在20世纪70年代就陆续在机械类专业开设了数控课程,但由于教学条件的限制,许多院校只能传授理论知识,而不能将理论付诸于实践。既不能培养学生的实际应用能力,如数控编程能力、数控机床的操作能力及系统的维护能力,也不能培养学生数控技术的开发能力。这样培养出来的学生毕业后走上工作岗位就不能很快地独立完成在数控技术的应用与开发方面的工作任务。
现在工程技术教育正处在改革时期。众所周知,教改的目的是为了培养素质高、口径宽、基础厚、适应面广、能力强的现代工程技术人才。在数控技术方面,学生获得这种能力有几种途径:(1)有合适的实习基地,但在目前我国的情况下很难做到这一点;(2)学校用有限的资金投资购买数控机床,加工中心等建设教学实训环境。此类设备价格昂贵,即使用大量资金买回一两台,无论从数量上、还是从成本安全性上考虑,都不大适合学生的普及性教学和实习。这类教学实训中心即便建成,实际应用效率和效果往往也不是很理想。因此,如何改善和提高数控技术课程的实训环境,使学生能学有所练、学用结合,是数控技术教学工作面临的一个非常大的难题。
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综上所述,数控技术课程是一门实践性很强的课程,离开实践,就谈不上素质,实践是将知识转化并升华为素质的根本条件。要想达到理想的教学和实践效果,仅在课堂上实施全方位的教学是不够的,还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的数控设备价格的因素,经过多方调研,我们选定了一种能在计算机上进行手工编程和自动编程,并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的美国CNCsoftware公司研制的基于PC平台的MasterCAM辅助设计与辅助制造软件。利用该系统,我们做了如下工作:
一 利用MasterCAM进行手工编程,并进行程序校验
数控程序的手工编制是计算机自动数控编程的基础,应用计算机进行数控加工自动编程最终也还要经过后置处理转换成NC程序代码。作为数控技术人才,不仅是数控技术的应用者,更应该是数控技术的开发者。因此要使学生知其然并知其所以然,手动编程是学生熟悉并掌握NC程序基本原理的一个重要途径。但数控指令枯燥、不易记忆,编写的程序又不能得到实现,学生学习的兴趣不高,也得不到应有的实际动手的训练。同时对同一零件编程,学生编写的程序会有多种,老师批改作业、检查学生掌握情况也十分困难。这一难题在MasterCAM系统中就迎刃而解了,只要将NC代码输入该系统,通过加工轨迹校验,NC程序的结果就非常直观地仿真出来了。 二 设置工艺参数,定义零件加工工艺
利用MasterCAM系统中的CAD绘图建模功能绘制生成三维零件模型,或利用该系统提供的数据接口将在其他CAD系统中做好的零件模型数据读入,然后综合运用所学过的如《机械制造工艺学》《金属切削机床》等课程
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的相关知识,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MasterCAM系统数控教学的效果。
三 利用MasterCAM系统,对计算机计算的刀具轨迹进行模拟仿真 MasterCAM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。通过对照加工后的结果,学生明白了不同的刀位轨迹,其加工结果有很大的差异实质上,加工刀具轨迹定义的合理与否,与学生对零件加工工艺知识掌握的熟练程度有密切的关系。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。
四 利用MasterCAM 系统将刀具轨迹转换成数控加工程序,通过计算机机床接口传送,并控制数控机床进行实际加工
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前面所做的工作均是在计算机上进行的,学生还很难将NC程序和实际的加工联系起来,总的理解还是停留在理论知识上,感性认识不足,实际应用能力的训练环节很不够。因此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。在这个过程中,NC程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用。作为数控技术开发人才,应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识,并得到相应的动手能力的训练。
我们认为,数控实训室的功能应是多方面的,除满足教学需要外,还可以进行科研项目研究,提高教师自身的业务水平,同时为生产科研服务,并积极开展对外技术培训和技术服务,以及承接加工任务等,从中获得一定的经济效益,用以改善实训室的条件、促进正常的教学科研活动,推动教学改革与课程的建设。
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