第二届全国数控技能大赛软件应用竞赛总结

第二届全国数控技能大赛工作专家组专家杨伟群
全国数控技能大赛被誉为国家数控技能的奥林匹克竞赛，刚刚结束的第二届全国数控技能大赛，在全国范围再次产生了巨大社会反响，通过本次竞赛活动进一步营造了尊重劳动、尊重知识、尊重人才、尊重创造的社会氛围，有力地推进了数控技术和设备国产化的进程，同时大赛的竞赛过程和内容也引起了社会、企业和学校的广泛关注，本文将针对大赛软件应用竞赛的过程和结果作一总结。

一、大赛出题思路及过程简介
从大的方面来讲，本次出题目标要求试题能够有效考核选手的以下三种软件应用技能：
(1)零件的设计造型：考评CAD应用能力和技能；
(2)零件的CAM编程：考评运用CAM工具进行自动编程的技能；
(3)零件的加工仿真（用于学生组）：利用仿真技术来考评选手机床操作、工装刀具选用、程序调试、工参数设定等重要数控加工操作技能。

试题所能考核的具体内容如图1所示。

1.指导出题的原则
国家数控加工（数控车、数控铣、加工中心）操作工三个新的职业标准已于2005年颁布，所以出题要以职业标准内规定的职业技能分类和知识点分类为指导大纲，80%的考试内容必须和职业标准相符作为基本要求，另外由于大赛同时要具有选顶尖选手的要求，必须有20%的考试内容属于超纲的扩展要求。

(1)基本要求
基本要求也就是国家职业标准中规定的职业功能、技能要求、知识点分类。

对于数控车工选手，出题的考核重点主要针对软件的应用技巧和使用流程，除了要掌握基本的CAD二维绘图技巧外，还要知道如何利用系统提供的车刀刀具库，
选择车削专用功能、设置合理参数以及相应的车床后置处理、如何利用仿真软件（功能）来检查校验程序或加工工艺，有关数控车软件应用出题基本要求如表1所示。

表1 数控车软件应用试题的基本要求
数控铣/加工中心部分软件应用试题，在难度上要比数控车大得多，其主要区别在于三维和二维上，零件的造型实际上属于设计范畴，但对于数控加工而言，零件造型应该称之为加工造型更为妥当，因为建模是为了进行图形编程，所以加工造型的构成包括线架（线框）、曲面、实体三种独立或混合图形方式，而设计造型主要使用实体模型，作为核心技能来讲，实体建模是最重要的，和曲面线架模型比，基于实体模型生成的加工程序是最可靠、最精确的，实体不像曲面造型那样可能出现空隙或重叠。

而且现在的CAM技术还可做到将经过切削后的加工模型和设计模型进行比较从而使操作者避免加工出废品，考题的造型考核重点在于实体造型，但作为加工应用技巧而言，曲面和线架也非常有用，所以对于较为复杂的造型题目，需要用到实体/曲面/线架的混合造型。

(2)扩展要求
这部分要考虑大赛对全国数控培训和应用的引领作用，CAD/CAM的技术进步较快等因素。

对于应用CAM功能
来进行自动编程，重要的是要利用软件所独有的“自动”和“优化”功能，CAM软件是算法和工艺的统一，针对同一个零件，也许加工方式有多种选择，但有些是常用和基本的，有些是针对特定的工艺特点的特别方法，有些是针对基本
方法的优化，所以在有限的时间内不可能全部用到所有的功能，出题者把注意力集中在常用和基本的方法，如等高加工、参数线加工、区域加工、轮廓加工和自动清根等实用而典型的自动编程方法应用。

对于学生选手而言，他们对工艺的感知和经验显然不如职工选手，目前许多职业院校的数控专业都已开始在教学和实训过程中应用数控加工仿真软件，所以大赛要求学生选手能利用仿真软件对给定零件的编程和操作进行验证。

2．出题流程和题型
在职业标准的指导下收集出题素材，一般需要修改真实零件图纸使其适合考试的时间和范围，试题决定后还要分析考点和知识点覆盖率和对应的配分比例，最后要组卷和试做，本次大赛组委会委托了专业图文设计公司来设计试卷和答题卡，试卷完全是彩印的。

数控车、数控铣/加工中心的试题题型是统一的，包括单独造型（几何建模）题、造型+加工轨迹题、后置+加工仿真题型，有关出题流程和题型的层次如图2所示。

二、试题的评判分析
由于三维CAD/CAM以及仿真加工技术在国内应用的历史非常短暂，绝大部分学校都是在近三五年内开始教学应用的，没有具体成熟的判题经验可循，所以判题思路主要是基于命题小组平时的工作积累和开展全国技师培训试点工作所取得的经验成果，会有不完善的地方，有许多问题需要教师、用户、软件公司和政府主管部门共同努力才会不断改进。

1.判分流程
选手必须同时递交软件操作后保存的电子文件和答题纸，裁判主要以电子文件数据和答题纸上的客观性试题答案为判评分据，答题纸上的加工参数记录为参考性评分，评分流程严格按照下列流程要求：对照图纸检查零件造型关键尺寸和形状→利用软件查询功能查询关键部位尺寸→按评分表扣分，在特征形状正确的前提下，允许造型零件局部可以有10%的尺寸误差（见图3）→查看每条轨迹，逐一仿真，主要判断有无过切和少切，进退刀点是否正确→查看参数表及对照答题纸上的加工参数表，发现不合理和错误的扣分→按评分表扣分，如果造型部分
不对，相应的CAM加工轨迹也必定是错误的，所以造型错误超过80%，CAM加工轨迹不给分。

2．和第一届大赛相比本次出题的创新点
(1)简化了图纸，造型数据量减少，曲面复杂度降低，但技巧性增加。

(2)灵活应用软件工具。

如理论题中考到有关4轴加工孔位计算，而软件考题中也有类似题，但不能用手工计算。

(3)出现了模具加工相关的题型——分模和夹具。

(4)软件和工艺的结合更近。

针对零件造型提出结构工艺性问题，如职工和教师组第二题要求完成从零件造型--分模—工装夹具设计--加工轨迹--加工仿真这一工作流程（如图4所示），选手不但要非常熟悉软件功能，还要能具有工装夹具的工艺设计知识。

(5)新IT技术的应用。

国内首次出现利用仿真软件验证参数编程（宏程序）的考题。

三、统计与总体评价
软件应用竞赛共有5种型号的软件进入决赛，我国制造工程领域CAD/CAM 产品优秀品牌的代表CAXA数控车/铣软件和职教优秀软件VNUC数控加工仿真软件则被大赛组委会选定为唯一推荐的软件平台，组委会在决赛现场对推荐软件提供全程技术支持，而使用其他型号的选手只能自带软件，自己安装，超过90%的选手选择CAXA软件进行比赛，见表1的统计。

1．初步成绩统计
本次大赛的参赛选手和所选用的CAD/CAM软件统计见表3内容，图4表示了三个工种不同组别的竞赛平均成绩比较，从中可以看出，教师组的软件应用总体水平较高，表5对比了各个组别的最高成绩，从中可以看出数控车的平均成绩和最高成绩均比较理想，但数控铣和加工中心成绩较低，主要是由于数控铣和加工中心的软件应用无论是广度和难度均远比数控车高得多。

2.当前具有普遍实用意义的几项重要软件应用能力
数控大赛为全国的数控培训指出了方向，也提示从业人员软件的应用能力将会影响到职业生涯的发展，并需重点注意几项重要软件应用能力：
(1)针对不同行业背景的软件应用能力
对于不同岗位的操作人员，软件应用要求不一样，模具行业对软件的掌握要求造型和加工功能全面强大，职业学校教师由于教学需要，一般对软件功能比较熟悉，操作熟练，但设计能力和解决具体问题能力欠缺，而来自军工行业的选手普遍具有较全面的CAD/CAM功底，他们具有软件应用和工艺解决的集成能力。

(2)软件的灵活应用能力
图3所示的零件是数控铣/加工中心第一题，对于教师和职工组选手就要求利用软件的几何变换功能来计算3个圆周孔在带转台卧式机床上加工时坐标位置，这是一个很简单的方法，但大部分人没做出来，说明缺乏灵活应用技能。

(3)仿真或编程验证能力
数控加工是一个自动过程，需要工艺人员事先确定加工过程的工艺流程。

在制订流程的过程中，工艺人员不仅需要考虑各种加工工艺因素，同时还要考虑到干涉问题。

由于零件形状是空间三维形状，机床是几轴联动，在加工过程中，加工参数的选择是否合理、零件与机床干涉否、是否存在过切等现象既相互关联又各自遵循自己的变化规律。

因此工艺人员难以以现有的分析计算手段优化工艺流程。

所以必须给技术人员提供一套能分析、计算的可视化环境，能制定、优化工艺流程的辅助手段，以达到提高产品质量，缩短制造周期的目的。

为此需要应用相对成
熟的仿真技术对产品的数控加工过程进行真实加工前的观察，以便及时发现和尽快解决问题，避免造成不必要的损失。