虛擬軟件在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

李昇　王繼勝

[摘要]在傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)教學(xué)中，職業(yè)學(xué)校要提供足夠的資金來保證實(shí)習(xí)設(shè)備和材料的消耗。實(shí)習(xí)消耗過大，是困擾實(shí)習(xí)教學(xué)的主要原因。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用在教學(xué)中的普及，把虛擬軟件引入實(shí)習(xí)教學(xué)，既可以完善教學(xué)內(nèi)容，又可以節(jié)能降耗。本文從虛擬軟件應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)勢、以及如何把虛擬軟件引入實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]職業(yè)學(xué)校；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；數(shù)控；虛擬；仿真

[中圖分類號(hào)]G71 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0070-01

前言

隨著數(shù)控加工在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)控操作人員的大量培訓(xùn)便成為迫切的問題。在傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)中，數(shù)控編程和操作的有效培訓(xùn)必須在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行，這既占用了設(shè)備加工時(shí)間，又具有風(fēng)險(xiǎn)，培訓(xùn)中的操作失誤常會(huì)導(dǎo)致昂貴設(shè)備的損壞。為此，許多學(xué)校想出了多種辦法來降低實(shí)習(xí)消耗，比如高消耗性實(shí)習(xí)課題不開或盡量少開、或者減少學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間和實(shí)習(xí)工位，或者在材料的重復(fù)利用上做文章。

我校的數(shù)控加工專業(yè)，積極進(jìn)行數(shù)控加工技術(shù)教學(xué)模式的改革及虛擬軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用研究，取得了很好的教學(xué)效果，足以滿足社會(huì)對(duì)數(shù)控加工人才的需求。得到了學(xué)生、家長和社會(huì)的認(rèn)可，使數(shù)控專業(yè)成為我校的重點(diǎn)專業(yè)。

1 什么是虛擬軟件

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真軟件，就是數(shù)控加工虛擬軟件。這種富有價(jià)值的虛擬技術(shù)起源于美國九十年代初，它可以挖掘傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的潛力，提升其層次。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上的價(jià)值體現(xiàn)在：用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，可以避免開發(fā)新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)，有效降低成本；用于產(chǎn)品的演示，借助于多媒體效果可吸引顧客、爭取訂單；可將“虛擬設(shè)備”用于培訓(xùn)來加強(qiáng)員工的熟練操作程度，提高培訓(xùn)的效率，降低培訓(xùn)的成本。

2 我國仿真技術(shù)目前的現(xiàn)狀

我國計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用開發(fā)較早，目前許多職業(yè)學(xué)校參加數(shù)控實(shí)習(xí)的學(xué)生日益增多。由于數(shù)控設(shè)備精密、昂貴的特點(diǎn)，把數(shù)控加工仿真技術(shù)引入教學(xué)，用于數(shù)控機(jī)床操作與編程的培訓(xùn)，這樣既可以避免因誤操作造成數(shù)控機(jī)床的損壞，又可以使學(xué)生在對(duì)仿真數(shù)控機(jī)床操作過程中產(chǎn)生真實(shí)感。而且能夠讓學(xué)生們更快地熟悉和了解數(shù)控加工的整個(gè)過程，并且掌握每種數(shù)控機(jī)床的基本操作。最重要的是在不影響教學(xué)效果的前提下把事故發(fā)生率降到了最低。目前適用于實(shí)習(xí)教學(xué)的仿真軟件還不是很多，在數(shù)控CNC仿真和電氣仿真中較為集中，部分正版軟件價(jià)格昂貴。但可以肯定的是，職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)仿真類軟件將具有較大的應(yīng)用需求和發(fā)展空間。

3 字龍仿真軟件的加工仿真流程

宇龍仿真軟件是上海宇龍軟件工程有限公司開發(fā)的，是一個(gè)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn)和考核的仿真軟件。宇龍仿真軟件的運(yùn)行環(huán)境要求：（1）采用客戶機(jī)服務(wù)器結(jié)構(gòu)，運(yùn)行于局域網(wǎng)系統(tǒng)，安裝有TCP/IP協(xié)議；（2）主機(jī)：CPU PII 350以上、主內(nèi)存64MB、顯示內(nèi)存8MB、顯示分辨率1024 X 768；（3）操作系統(tǒng)：中文版WINDOWS 98，WINDOWS2000，WINDOWS XP。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)包括四個(gè)部分：（1）NC代碼詞法及分析、刀具加工軌跡仿真、刀具加工過程仿真和刀具干涉碰撞檢查。（2）首先仿真系統(tǒng)通過對(duì)NC程序進(jìn)行掃描分析，完成對(duì)NC程序的編譯解釋和對(duì)NC程序的語義分析與坐標(biāo)變換，此后，生成一個(gè)NC坐標(biāo)信息文件。（3）其次NC坐標(biāo)文件解釋程序從NC坐標(biāo)信息文件中讀取加工仿真所需的刀具信息、刀具運(yùn)動(dòng)指令及坐標(biāo)信息，并從刀具庫中讀取相應(yīng)的加工刀具信息。（4）最后調(diào)用相應(yīng)的加工仿真算法，完成零件的刀具軌跡仿真、加工過程仿真和干涉碰撞檢查等仿真過程。在加工仿真時(shí)既可以進(jìn)行數(shù)控代碼的全過程仿真，也可以進(jìn)行單工步加工仿真，具有很大的靈活性。

4 字龍仿真軟件在數(shù)控車床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 通過數(shù)控仿真軟件組織引導(dǎo)教學(xué)

由于數(shù)控實(shí)訓(xùn)是學(xué)生是第一次接觸數(shù)控機(jī)床，所以對(duì)數(shù)控是什么、具體要實(shí)習(xí)什么，他們一無所知，所以教師要了解學(xué)生現(xiàn)在的思想、學(xué)習(xí)狀況，直觀詳細(xì)的引導(dǎo)。如在數(shù)控車實(shí)訓(xùn)中的對(duì)刀，對(duì)刀是數(shù)控車實(shí)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來說，心里難免有點(diǎn)緊張，看到這么龐大的機(jī)器、快速旋轉(zhuǎn)的主軸，不敢接觸，生怕誤操作帶來機(jī)床或人身的傷害。這時(shí)作為教師要能想到利用學(xué)生已熟悉的東西來變向引導(dǎo)他，比如可以借助計(jì)算機(jī)，用計(jì)算機(jī)中的宇龍仿真軟件，模擬實(shí)際機(jī)床的對(duì)刀，首先可以選擇和實(shí)際相同的刀具和毛坯，然后開動(dòng)機(jī)器利用手動(dòng)和手輪慢慢讓旋轉(zhuǎn)的刀具和工件相碰，得到所需要的零件零點(diǎn)的坐標(biāo)。通過仿真對(duì)刀操作可以節(jié)約時(shí)間避免機(jī)器和人員的傷害而且我們可以更進(jìn)一步的了解機(jī)床面板各鍵的操作和含義并可掌握手輪的應(yīng)用。

4.2 數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的作用

數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生了積極的影響，主要表現(xiàn)在以下方面：

仿真實(shí)習(xí)能創(chuàng)造一個(gè)與實(shí)際近乎相同的環(huán)境。如上海宇龍公司研制的數(shù)控機(jī)床加工仿真系統(tǒng)，仿真操作面板與機(jī)床實(shí)際操作面板可以完全相同，仿真操作與實(shí)際機(jī)床操作在面板控制部分近乎完全一致。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床的加工零件進(jìn)行完全『方真，其中包括毛坯屬性、刀具和夾具的選用、零件的測量、數(shù)控程序的輸入、編輯和調(diào)試。擁有發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)、西門子數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控系統(tǒng)，具有多系統(tǒng)及多機(jī)床的加工仿真模擬功能，該軟件的獨(dú)創(chuàng)性已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)外領(lǐng)先水平。通過軟件，學(xué)生可以從任意角度觀察數(shù)控機(jī)床的加工過程，加工的毛坯變?yōu)槌善返倪^程歷歷在目，仿真過程形象生動(dòng)。

數(shù)控加工仿真軟件不會(huì)對(duì)操作對(duì)象如數(shù)控車床、工件及刀具等造成物理損害，不會(huì)由于誤操作危害到學(xué)生的人身安全，更不會(huì)造成機(jī)床損壞，如撞刀、撞機(jī)床等事故。而且仿真加工過程中的燈光顏色、聲音、文字信息等報(bào)警，完全可以對(duì)學(xué)生的危險(xiǎn)操作進(jìn)行及時(shí)提醒和糾正。學(xué)校引入仿真實(shí)習(xí)，最根本的好處是對(duì)原材料、工卡量具、測量設(shè)備的節(jié)約。數(shù)控仿真中，虛擬毛壞替代實(shí)際材料，虛擬冷卻液替代實(shí)際冷卻液，極大降低實(shí)習(xí)消耗，且刀具不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)給量過大而損壞。由于數(shù)控機(jī)床屬于機(jī)械加工中的高端設(shè)備，當(dāng)然價(jià)格不菲，數(shù)控機(jī)床的加工操作若完全采用真實(shí)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)習(xí)，投人大、消耗多，即使是有實(shí)力的職業(yè)學(xué)校和企業(yè)都無力承擔(dān)起這種消耗與投入。如果采用仿真模擬實(shí)習(xí)，可為學(xué)校節(jié)約不小的開支和場地。

5虛擬軟件引入教學(xué)后的注意事項(xiàng)

虛擬軟件，是一種創(chuàng)新的教學(xué)方式，可以給實(shí)習(xí)教學(xué)帶來很大的改變。但我們不得不承認(rèn)，虛擬軟件畢竟不是對(duì)真正的設(shè)備進(jìn)行操作，真實(shí)的設(shè)備本身具有不可替代性。必須注意，采用虛擬軟件后，真實(shí)的實(shí)習(xí)過程可縮短但決不能完全拋開。

學(xué)校引入虛擬軟件，應(yīng)做為節(jié)能降耗的手段，在一定工種范圍內(nèi)進(jìn)行。無論哪個(gè)工種采用仿真輔助實(shí)習(xí)，都要給學(xué)生安排必須的實(shí)際設(shè)備操作實(shí)習(xí)，一方面讓學(xué)生掌握實(shí)際操作，另一方面也是對(duì)虛擬軟件的檢驗(yàn)。同時(shí)，虛擬軟件對(duì)學(xué)生所產(chǎn)生的安全觀念淡簿的影響，只有通過實(shí)際的設(shè)備操作才能改善。

結(jié)論

社會(huì)在不斷發(fā)展，職業(yè)學(xué)校的實(shí)習(xí)教學(xué)不應(yīng)該總停留在傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)模式上。抓住科技發(fā)展帶來的契機(jī)，合理引入虛擬軟件，利用先進(jìn)的科技手段為學(xué)校節(jié)能降耗，從而節(jié)約辦學(xué)資金，提高辦學(xué)效率，全面加強(qiáng)學(xué)校在市場經(jīng)濟(jì)下的綜合競爭力。

參考文獻(xiàn)

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[2]許晶，等，數(shù)控車削加工仿真技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J]中國高新技術(shù)企業(yè)，2009