淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)控加工教學(xué)中的應(yīng)用

隨著我國高等職業(yè)教育的飛速發(fā)展，以及數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，大批數(shù)控機(jī)床操作人員的專業(yè)培訓(xùn)，成為迫切而又難以解決的問題。與傳統(tǒng)的機(jī)械加工實(shí)習(xí)教學(xué)相比較，數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)存在多方面的困難。例如，數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)多、型號多且更新較快，學(xué)校不可能將所有的系統(tǒng)配齊，這就會出現(xiàn)學(xué)生在校期間所學(xué)的系統(tǒng)與工廠中不符的情況，使學(xué)生進(jìn)入工廠后不能盡快適應(yīng)機(jī)床操作。另外，數(shù)控機(jī)床是自動運(yùn)行的，學(xué)生在初學(xué)時，常常會由于在編程中的疏忽或操作中的失誤，造成刀具或機(jī)床的損壞，甚至是人身危害。因此，傳統(tǒng)的機(jī)床操作培訓(xùn)方法效率低、教師工作量大、培訓(xùn)費(fèi)用高，需要用更新的方法來取代。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項(xiàng)尖端科技，集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。它最早源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，上個世紀(jì)九十年代初逐漸為各界所關(guān)注，并且在商業(yè)領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)實(shí)習(xí)、軍事訓(xùn)練、建筑設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)等眾多領(lǐng)域。以計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)控加工技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)來模仿真實(shí)的數(shù)控設(shè)備工作環(huán)境，形成了虛擬數(shù)控技術(shù)。如果將其應(yīng)用于數(shù)控技術(shù)教學(xué)上，必將對整個教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

二、數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

目前，國內(nèi)已有一些高等院校將計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)用于數(shù)控操作人才培訓(xùn)的教學(xué)之中，也出現(xiàn)了各種數(shù)控加工仿真教學(xué)系統(tǒng)，如上海宇龍、北京斐克、南京宇航、廣州超軟、武漢金銀花等不同的數(shù)控加工仿真軟件。上述這些教學(xué)系統(tǒng)，既能單機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具備對數(shù)控機(jī)床操作全過程和加工運(yùn)行全環(huán)境仿真的功能，將加工過程用三維圖形或者二維圖形的方式演示出來；可以進(jìn)行數(shù)控編程的教學(xué)，能夠完成整個加工操作過程的教學(xué)，使原來需要在數(shù)控設(shè)備上才能完成的大部分教學(xué)功能在這個虛擬制造環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。

三、數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬數(shù)控機(jī)床實(shí)際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床的模型。與真實(shí)機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床具有以下功能和特點(diǎn)：

1．利用數(shù)控仿真軟件可以彌補(bǔ)設(shè)備不足

由于大部分的實(shí)訓(xùn)活動可以在仿真系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，使用仿真軟件，大大減少工件、刀具、材料和能源的消耗，從而可以降低培訓(xùn)成本。

2．提供多種機(jī)床和系統(tǒng)

當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的種類和系統(tǒng)廠家眾多，數(shù)控仿真軟件提供了當(dāng)前我國數(shù)控加工中常見數(shù)控機(jī)床和主流的數(shù)控系統(tǒng)，教學(xué)時可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的機(jī)床和系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行授課，提高學(xué)生對不同數(shù)控系統(tǒng)及不同數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)能力，使學(xué)生進(jìn)入工廠后能在最短的時間內(nèi)融入到生產(chǎn)當(dāng)中。

3．安全性高，便于學(xué)生學(xué)習(xí)

軟件中不僅具有對學(xué)生編制的數(shù)控程序進(jìn)行自動檢測、具體指出錯誤原因的功能，還具有在真實(shí)設(shè)備上無法實(shí)現(xiàn)的三維測量功能。這些功能使學(xué)生可以進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，自我檢測加工零件幾何形狀的精度，大大降低了教師的工作強(qiáng)度。

4．方便教師授課

數(shù)控加工仿真軟件的互動教學(xué)功能，使教師可以以廣播的方式在每個學(xué)生的屏幕上演示其教學(xué)內(nèi)容，使所有的學(xué)生均能清楚地觀看并進(jìn)行模仿。同時，教師也可以在自己屏幕上看到每個學(xué)生的操作情況，實(shí)時了解教學(xué)情況并對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

5．在計(jì)算機(jī)上完成所編程序的檢驗(yàn)，減少操作出錯率

在實(shí)際操作前，學(xué)生可以在數(shù)控仿真軟件上輸入程序，將校驗(yàn)的步驟放在計(jì)算機(jī)上完成，觀察零件的加工情況，最后將正確的程序通過鍵盤或數(shù)據(jù)傳輸方式輸入到數(shù)控機(jī)床中。這樣，既可節(jié)省時間，又提高了加工中的安全性。

盡管虛擬數(shù)控機(jī)床具備如此出眾的功能，但數(shù)控加工仿真系統(tǒng)只是加工過程的模擬，并非真實(shí)加工過程，它無法代替真實(shí)切削加工。因此，在進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)時，要合理安排數(shù)控加工仿真軟件學(xué)習(xí)的階段，嚴(yán)格按實(shí)際操作的要求進(jìn)行，要求學(xué)生按照實(shí)際操作加工中的要求來做，如正確裝夾零件，合理選用刀具及切削用量。另外，對刀的步驟和動作也要規(guī)范，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的初期就養(yǎng)成正確的習(xí)慣。

綜上所述，數(shù)控仿真系統(tǒng)的引入，能使學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控編程理論時，課堂教學(xué)變得更加生動、更加具體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。在學(xué)習(xí)實(shí)際操作時，仿真軟件不存在安全問題，使學(xué)生可以大膽地、獨(dú)立地進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí)，并能自我檢測加工零件幾何形狀的精度，提高學(xué)生對機(jī)床的操作能力。

（作者單位：山東省煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）