淺談數控加工之虛擬實踐教學

荊登峰

（太原城市職業技術學院，山西 太原 030027）

淺談數控加工之虛擬實踐教學

荊登峰

（太原城市職業技術學院，山西 太原 030027）

本文著重討論如何利用數控加工仿真系統在虛擬實踐教學過程中的應用，虛擬實踐教學活動當中如何運用加工仿真軟件來保障真實實踐教學過程的順利進行。

虛擬實踐教學；真實實踐；加工仿真系統；教學；數控加工

在傳統的操作培訓中，數控機床編程與操作的有效培訓都在真實的機床上進行。而數控機床屬于高科技產品，品種多，價格高。有限的機床數量難以保證每位學生有足夠的上機操作時間。同時學生在真實機床上操作還具有一定的危險和不安全性，實習中的誤操作還會導致設備、刀具等的損壞，甚至引發傷害事故，而且材料消耗也較多，增加實習的成本。因此，傳統的機床操作培訓方法效率低、教師工作量大，培訓費用高，因此在進行實踐教學之前我們引入了虛擬實踐教學過程。虛擬實踐教學就是利用各種數控仿真系統來模擬仿真加工工藝、編程、加工過程為真實實踐教學做準備工作，以保證實踐教學的順利完成。

在虛擬實踐教學過程中運用數控仿真系統教學是解決傳統的操作培訓中諸多問題的重要途徑。數控仿真系統軟件是通過計算機的編程和建模，將加工過程用三維圖形或二維圖形的方式演示出來的軟件。數控仿真系統的優點在于：系統完全模擬真實CNC機床的控制面板和屏幕顯現，可輕松操作；在虛擬環境下對NC代碼的切削狀態進行檢驗，操作安全；用戶可看到真實的三維加工仿真過程，仔細檢查加工后的工件，可以更迅速地掌握CNC機床的操作過程，過程逼真；采用虛擬機床替代真實機床進行培訓，在降低費用的同時獲得更佳的培訓效果，使用更經濟；數控加工仿真系統具有FANUC、SIEMENS、GSK、華中等眾多數控系統功能，學生通過在PC機上操作該軟件，能在很短時間內就能掌握數控車、數控銑及加工中心的操作。可手動或CAD/CAM編程和加工，教師通過網絡教學，監看窗口滾動控制，可隨時獲得學生信息。在教學中還具有多媒體教學的特點。因而我們在真實機床上實踐之前介入數控加工仿真系統的學習與練習，這對學生更好地掌握這門技術非常必要。

一、在虛擬實踐教學過程中數控加工仿真系統的應用方法

1.在虛擬實踐教學過程中恰當運用數控加工仿真系統,充分發揮其課堂教學中的作用

數控加工仿真系統主要應用于數控編程與操作這一理論教學課程,還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。教師應十分重視數控加工仿真系統在教學中的應用方法,擺正數控加工仿真系統在教學中的位置,既不能完全依賴數控加工仿真系統放棄教師在教學中的引導作用,也不能在教學中教師唱獨角戲采用常規的教學模式而忽視數控加工仿真系統的應用,應該科學地、充分地發揮數控加工仿真系統在教學中的作用。

2.在虛擬實踐教學過程中可利用仿真系統，逐步掌握零件的加工工藝

學生可利用仿真系統中的建模功能生成三維零件，綜合運用所學過的相關知識，選擇合適的加工工藝方法，安排零件的加工工序，確定粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具、切削用量、進退刀路徑、主軸轉速等參數后，系統便自動計算加工余量，并動態顯示出來和粗加工、半精加工、精加工所對應的不同加工表面的刀具軌跡和NC代碼，省去人為編制程序的煩惱。

3.在虛擬實踐教學過程中利用仿真系統，循序漸近掌握數控編程與操作技巧

在虛擬實踐教學過程中使用的仿真系統中的計算機輔助控制系統是以計算機為媒體開發的，所以它的通用性較強，它能夠在486以上的任何型號的計算機上直接使用。在屏幕上能夠顯示和機床操作面板一模一樣的界面；以動態的模擬顯示代替機床實際運行并且還能夠提示操作信息，如編程錯誤信息和操作失誤機床碰撞報警信息等，使數控機床的編程操作易于課堂化教學，從而即節省了機床設備和實習消耗，又大大提高了教學效率。以某公司出品的數控加工仿真系統為例：在數控機床教學應用時，由于計算機內部各種軟、硬件資源的支持使得系統在編程、操作時的效率大大提高。如在手工編輯NC程序時可利用各種文本編輯軟件EDIT或Windows下的記事本及寫字板等，可以快速編輯程序并以NC為擴展名存入磁盤。其主要特點是存儲容量大，能夠儲存更多數量的和更長的NC程序文件，并且在NC程序輸入、修改、拷貝方面都顯得非常簡單，乃至程序的轉送也很方便，還可利用軟盤考貝或聯網來實現這一過程。編輯過程中能將漢字注釋信息一起編入NC加工程序而不影響系統的調用和運行，這就使操作者很容易在繁多的NC文件中找到想要使用的NC文件及其相關的詳細信息，而不必在一大堆字符中花費長時間進行查尋、分析這些程序的功用而大傷腦筋了。調用時也非常方便，進入機床控制系統后，只要是以NC為擴名的NC程序文件都可以直接調用。數控加工仿真系統功能較為完善、適于教學的使用。其中語法診斷和模擬示教功能可以使學生進行人機交互式學習。即由學生輸入NC程序，在模擬運行過程中，系統能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示和最終加工的立體效果，再由學生經過簡單判斷就能很容易地發現和修改NC程序的錯誤，從而避免教師直接面對學生的指責傷害學生的自尊，也大大減輕了教師批改學生NC程序作業時的繁重負擔，使教師能夠集中精力以幫助學生解決實際問題，保證了教學質量，使教學效果得到顯著提高。

4.在虛擬實踐教學過程中應用數控加工仿真系統可降低訓練成本提高訓練效率和安全性

數控機床是一種較為昂貴的機電一體化的新型設備,它具備“高速、高效、高精度”的特點。引入數控加工仿真系統進行技能操作,可以大大降低實訓的消耗。應用數控加工仿真系統可以減少考生占用數控機床的時間約50%,學生可以將編程與程序校驗時間放在計算機上完成,然后通過數據傳輸將所編程序輸入數控機床,對零件進行加工,安全性及效率均大為提高。在操作方面，由于數控加工仿真系統采用了與數控機床操作系統相同的面板和按鍵功能，并且使用數控加工仿真系統在操作中即使出現人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學生還可以從中吸取大量的經驗和教訓。所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具，只要經過短期的專門訓練，學生很快就能夠適應數控系統的實際操作方法，從而為以后的技能的進一步深造打下了堅實的基礎。

二、數控仿真軟件在虛擬實踐教學過程中常存在的問題及解決措施

作為一個仿真軟件，它和實際機床還是有一定區別的，無法真正代替實際機床，加工時也會存在一定的問題，現將常見問題及解決措施加以對照。

數控加工仿真軟件只是對加工過程的模擬,并非真實的加工過程。它無法替代學生在真實切削加工時的實際感受,尤其在切削用量的選擇方面,仿真軟件只能在切削深度過大時才予以“報警”,而對我們在實際操作中認為過大的切削量,仿真系統是無法控制和檢測出來的。長此下去,易使學生養成工作輕率的壞毛病,往往忽視對切削用量、刀具選擇、零件裝夾等關鍵因素的考慮。而這樣的程序一旦用于實際操作,就很容易出現打刀、撞車的情況或影響零件的加工質量,繼而影響到實習或生產效率。對此,教師應引起足夠重視,合理安排仿真軟件與實際操作的時間和順序。

目前我國數控加工仿真軟件的功能與國外較成熟的數控仿真軟件相比還有一些差距,如運行速度較慢,性能不夠穩定,有些指令不能執行等問題。這些都可能使學生產生焦躁情緒甚至偏激行為,如亂按功能鍵、亂敲擊鍵盤等,常常導致計算機出現“死機”現象。因此,教師應熟悉軟件的主要缺陷,提前告知學生,并積極與軟件設計方聯系,及時予以改進。

有些學生自控能力較差,長時間使用仿真軟件教學會使學生產生惰性而懶于上數控機床操作,個別學生甚至還會趁機上網或玩游戲。這就要求教師加強責任心,提高管理水平,改進教學方法,減少數控仿真軟件在教學中的負效應。

［1］黃志輝.數控加工編程與操作［M］.北京：電子工程出版社，2008，（8）.

［2］朱麗軍.數控仿真應用軟件實訓［M］.北京：機械工業出版社，2008，（5）.

G718.5

A

1673-0046（2010）8-0049-02