淺淡數(shù)控加工仿真技術(shù)在中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)中的應(yīng)用

周自斌

河南省工業(yè)學(xué)校（450011）

隨著我國職業(yè)教育大力發(fā)展，以及數(shù)控加工技術(shù)在機械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，大批數(shù)控機床操作人員的專業(yè)培訓(xùn)成為迫切而又難以解決的問題。要求職業(yè)學(xué)校提供充足的資金來保障實習(xí)工位和消耗材料，然而實習(xí)消耗過大，一直是困擾學(xué)校實習(xí)教學(xué)的主要因素之一，為此，許多職校想出了多種辦法來降低實習(xí)消耗，比如高消耗性實習(xí)課題不開或盡量少開、或者減少學(xué)生實習(xí)時間和實習(xí)工位,或者在材料的重復(fù)利用上做文章，或者盡可能把學(xué)生實習(xí)內(nèi)容與某個企業(yè)生產(chǎn)結(jié)合在一起，這些方法都益弊相兼。近年來，隨著數(shù)控仿真技術(shù)的日益提高和計算機在職校教學(xué)的普及，把數(shù)控仿真技術(shù)引入職校實習(xí)教學(xué)，不但可以進一步提高和完善實習(xí)教學(xué),而且做為節(jié)能降耗的另一種新手段已成為可能。

1 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以模擬實際機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真加工系統(tǒng)，它是一個應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn)的仿真軟件。利用計算機仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，不僅可以迅速提高被培訓(xùn)人員的理論、操作水平，而且非常安全，可靠好，培訓(xùn)費用低。

目前職業(yè)學(xué)校普遍將計算機仿真運用于數(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、南京宇航、廣州數(shù)控、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)既能單機系統(tǒng)獨立運行，又能實現(xiàn)在線運行。獨立運行即機床模型方式，其培訓(xùn)設(shè)施只需一臺微機，數(shù)控機床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進行，而零件切削過程由機床模型通過三維動畫演示。實踐證明，用這種方式進行初步培訓(xùn)是非常經(jīng)濟有效的。在線運行即機床工作方式，在這種方式下，教學(xué)系統(tǒng)將與實際機床連接，由硬件實現(xiàn)零件切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實際機床的真實情況一樣。即利用計算機和其他的專用硬件、軟件去產(chǎn)生一種真實場景的仿真,操作者可以通過與仿真場景的交互，來體驗一種接近于真實的場景的感覺。因此，采取這種方法能進一步提高操作者的實際操作技能。

數(shù)控仿真系統(tǒng)的核心是虛擬數(shù)控機床，而虛擬數(shù)控機床又是虛擬制造技術(shù)中的一個重要的執(zhí)行單元。它不僅在數(shù)控加工過程中為產(chǎn)品設(shè)計提供了可制造性的分析，而且在數(shù)控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)中，為被培訓(xùn)人員提供了完善的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)環(huán)境。數(shù)控仿真系統(tǒng)完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數(shù)控指令是否正確，能提供與真實機床完全相同的操作面板，其調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應(yīng)俱全。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)功能及在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬數(shù)控機床實際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機床的模型。與真實機床相比，虛擬數(shù)控機床具有以下的功能和特點:

虛擬數(shù)控機床具有與真實機床完全相同的結(jié)構(gòu)。虛擬數(shù)控機床能模仿真實機床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導(dǎo)致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失，并與真實機床有完全相同的界面風(fēng)格和對應(yīng)功能，如動態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放、移動等功能的實時交互操作，從而為學(xué)員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)提供保證。

機床操作全過程仿真。仿真機床操作的整個過程:毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準對刀，安裝刀具，機床手動操作。

豐富多樣的刀具庫。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫，含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時還支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。

全面的碰撞檢測。手動、自動加工等模式下的實時碰撞檢測，包括刀炳刀具與夾具、壓板、刀具，機床行程越界，主軸不轉(zhuǎn)時刀柄刀具與工件等的碰撞。出錯時會有報警或提示，從而防止了誤操作的發(fā)生。

強大的測量功能。可實現(xiàn)基于刀具切削參數(shù)零件粗糙度的測量，能夠?qū)Ψ抡孳浖霞庸ね瓿珊蟮墓ぜM行完全自動的、智能化的測量。

具有完善的圖形和標準數(shù)據(jù)接口。用戶既能在真實的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種運行參數(shù)，并能將其他CAD／CAM軟件，如UG、Pro/E、Mastercam等產(chǎn)生的三維設(shè)計后置處理的NC程序，直接調(diào)入加工。

實用靈活的考試系統(tǒng)?？捎糜谶h程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等功能，并實現(xiàn)答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能，輕松實現(xiàn)無紙化的考核與測評。

虛擬數(shù)控機床強大的網(wǎng)絡(luò)功能，可實現(xiàn)遠程教育。不僅在局域網(wǎng)上具有雙向互動的教學(xué)功能，還具有基于互聯(lián)網(wǎng)進行雙向互動的遠程教學(xué)功能，數(shù)據(jù)傳送可以采用衛(wèi)星、寬帶（ADSL,ISDN,有線CABLE等）或窄帶互聯(lián)網(wǎng)（56K Modem）等方式進行。這使得遠程教學(xué)成為名副其實，它代表未來教育的發(fā)展方向。

3 引入仿真教學(xué)后的注意事項

仿真教學(xué)，做為一種新的教學(xué)模式，可給實習(xí)教學(xué)帶來許多變改和效益，但必須指出的是，仿真實習(xí)畢竟不是真正的實際對象的操作，本身有不可替代的局限性。必須注意，采用虛擬數(shù)控仿真實習(xí)后，可縮短但決不能完全拋開真實的實習(xí)過程。這表現(xiàn)在以下幾個方面:1）是無論采用物理仿真還是計算機仿真，其原理只是逼近，而不是等同于客觀過程。2）是由于數(shù)控仿真軟件的在中職教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展還處于初步階段,仿真水平還有待進一步提高。3）是部分數(shù)控內(nèi)容仿真難度大，仿真過程難以達到實習(xí)訓(xùn)練要求。所以，職校引入數(shù)控仿真實習(xí)，應(yīng)做為節(jié)能降耗的手段，在一定范圍內(nèi)進行。無論采用虛擬數(shù)控仿真輔助實習(xí)時間多長，都要給學(xué)生安排必須的實際操作實習(xí)時間，一方面讓學(xué)生掌握實際操作，另一方面也是對虛擬數(shù)控仿真實習(xí)的檢驗和提高。同時，虛擬數(shù)控仿真實習(xí)對學(xué)生所生成的安全觀念淡簿的影響，只有通過實際操作才能加以糾正。

4 結(jié)語

鑒于虛擬數(shù)控機床具備如此出眾的功能，針對目前各中職學(xué)校的數(shù)控教學(xué)課程和參加數(shù)控實習(xí)學(xué)生人數(shù)不斷增加的現(xiàn)實,以及數(shù)控機床精密、昂貴的特點,把數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件引入到教學(xué)之中，使之用于數(shù)控機床編程與操作培訓(xùn)，無疑是個明智之舉。這樣既可以避免因誤操作造成價格昂貴的數(shù)控機床的損壞，又可以使操作人員在對仿真數(shù)控機床操作過程中產(chǎn)生現(xiàn)場感和真實感。同時由于其成本較低，可以大量地配置終端，徹底解決了數(shù)控機床數(shù)量不足的難題，使每位學(xué)員都能有足夠多的實踐機會，因此能夠讓學(xué)生更快地熟悉和了解數(shù)控加工的工作過程，掌握各種數(shù)控機床的操作方法。其更大的好處還在于，在實現(xiàn)了同樣培訓(xùn)效果的情況下,將加工出錯率及事故發(fā)生率降低到了最低程度。