基于數(shù)控仿真系統(tǒng)的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)研究

孟令威

（長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林長春，130122）

基于數(shù)控仿真系統(tǒng)的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)研究

孟令威

（長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林長春，130122）

計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控仿真系統(tǒng)越來越完善，在教學(xué)中也啟到了非常大的作用。數(shù)控仿真系統(tǒng)不僅安全、經(jīng)濟(jì)實用，減少設(shè)備、場地和消耗等，同時也減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，能夠集中精力幫助學(xué)生分析、解決實際問題，保證了教學(xué)質(zhì)量使教學(xué)效果得到顯著提高。因此，本文在分析了數(shù)控仿真系統(tǒng)及其應(yīng)用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，重點研究了基于數(shù)控仿真系統(tǒng)的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)。

數(shù)控仿真系統(tǒng)；數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)；教學(xué)

1 數(shù)控仿真系統(tǒng)

數(shù)控仿真系統(tǒng)綜合了虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維實體造型及圖形顯示技術(shù)等，同時融合了軟件開發(fā)、機床及機械加工等多學(xué)科知識。其中，最核心的技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代的美國，它是一種富有極高價值的工具，在提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，挖掘產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ榷喾矫娑及l(fā)揮了重要作用。數(shù)控仿真系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中，一方面在產(chǎn)品設(shè)計與制造中降低了生產(chǎn)成本，削弱了產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險，在產(chǎn)品演示過程中，利用其多媒體效果提升了客戶對產(chǎn)品的關(guān)注度；另一方面在教學(xué)中，通過“虛擬設(shè)備”來提升學(xué)生的操作熟練程度。本文主要研究的就是數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的實際應(yīng)用。

數(shù)控仿真系統(tǒng)滿足了高校數(shù)控技術(shù)教學(xué)的需要，可以實現(xiàn)對數(shù)控銑和數(shù)控車加工全過程的仿真，全面再現(xiàn)了機床加工操作細(xì)節(jié)，其中包括毛坯定義與夾具，刀具定義與選用，零件基準(zhǔn)測量和設(shè)置，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試，加工仿真以及各種錯誤加檢測功能，使仿真數(shù)控機床在開動和切削過程中，其音響、動畫等功能的操作接近真實效果，實現(xiàn)了數(shù)控機床操作仿真、數(shù)控系統(tǒng)仿真、教學(xué)仿真等多種功能。為數(shù)控加工技術(shù)培訓(xùn)提供了全新的模式。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的應(yīng)用和傳統(tǒng)的教學(xué)在幾個方面體現(xiàn)出了無可比擬的優(yōu)勢：第一，仿真系統(tǒng)完全模擬真實數(shù)控機床的控制面板和屏幕顯示，基本等同于對真正的數(shù)控機床的操作；第二，在仿真的狀態(tài)下對數(shù)控加工程序代碼的加工狀態(tài)進(jìn)行檢驗，可以隨時進(jìn)行修改，做到有問題及時修正，而且保證了操作安全；第三，采用虛擬機床替代真實機床進(jìn)行教學(xué)，降低了教學(xué)成本同時提高了教學(xué)效果；第四，采用電腦教學(xué)，直觀且易于接受，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)習(xí)效率。

2 虛擬數(shù)控機床平臺的構(gòu)建

(1)NC解釋平臺，數(shù)控代碼是經(jīng)任務(wù)調(diào)度通過任務(wù)分配數(shù)據(jù)庫進(jìn)行翻譯的，從而實現(xiàn)虛擬機床各部件及刀具等運動，同時利用計算機模塊實現(xiàn)機床響應(yīng)模擬，而NC解釋平臺可在自由配置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)不同數(shù)控機床的CNC控制器模擬。

(2)NC驗證器，對NC代碼語法進(jìn)行驗證。

(3)刀具庫，它包括數(shù)控機床所需的全部刀具，同時可以對全部刀具號進(jìn)行自由配置，從而實現(xiàn)對不同數(shù)控機床換刀形式及切削加工方式的模擬。

(4)仿真平臺，它是虛擬數(shù)控機床的核心技術(shù)，具體包括三維動畫仿真、刀具軌跡仿真、加工精度仿真、切削力仿真等。學(xué)生在一種近似于真實的虛擬環(huán)境里進(jìn)行機床運動和切削過程實踐操作，并獲得其所需的加工數(shù)據(jù)。

(5)計算平臺，它主要執(zhí)行虛擬數(shù)控機床中的各種計算任務(wù)，比如通過NC代碼進(jìn)行加工零件幾何圖形的計算，或通過刀具材料、零件材料、運行時間及潤滑介質(zhì)等進(jìn)行刀具補償量和熱補償量的計算。這些計算對于利用虛擬數(shù)控機床進(jìn)行虛擬制造方案的設(shè)計與評價具有重要作用，是指導(dǎo)操作者實踐操作的重要條件。

(6)設(shè)計開發(fā)平臺，它是一個面向?qū)ο蟮臄?shù)控軟件庫及其開發(fā)環(huán)境。通過對數(shù)控軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化研究和其它CAD/ CAM軟件的數(shù)據(jù)交換，并對典型的零件進(jìn)行封裝，設(shè)計成具有穩(wěn)定、通用接口的可重復(fù)使用的軟件。

(7)操作運行平臺和監(jiān)控平臺，它主要是進(jìn)行機床控制，提升虛擬機床操作運行的真實度，同時還可實現(xiàn)典型零件的實驗性試加工，特別是在高校數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生需要進(jìn)行大量的數(shù)控編程練習(xí)與實際調(diào)試。

圖1 基于數(shù)控仿真系統(tǒng)的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)

3 基于數(shù)控仿真系統(tǒng)的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)

利用數(shù)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)課程教學(xué)，教師首先要以就業(yè)為導(dǎo)向合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。筆者認(rèn)為在利用數(shù)控仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以將實訓(xùn)內(nèi)容分成三個模塊，即：基礎(chǔ)模塊、提高模塊和拓展模塊，如圖1所示。

基礎(chǔ)模塊主要講解實訓(xùn)教學(xué)中學(xué)生必須掌握的基本內(nèi)容，包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心的編程方法及實踐操作等；提高模塊要求學(xué)生能夠進(jìn)一步掌握不同數(shù)控系統(tǒng)機床編程方法，如實訓(xùn)教學(xué)中EMENS數(shù)控系統(tǒng)的編程與操作；拓展模塊要求學(xué)生能夠更加全面的掌握更多系統(tǒng)的編程與操作，如目前常用的華中、廣數(shù)等，以拓展學(xué)生的知識面。

4 結(jié)論

數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用,有利于改進(jìn)數(shù)控教學(xué)方法,提高數(shù)控教學(xué)水平，既避免了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。因此，本文通過數(shù)控仿真系統(tǒng)分析及虛擬數(shù)控機床平臺的構(gòu)建，研究了基于數(shù)控仿真系統(tǒng)的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)，以期為未來的數(shù)控機床編程與操作實訓(xùn)教學(xué)提供借鑒。

[1]吳長有,劉富凱. 數(shù)控仿真軟件在《數(shù)控機床編程與操作》教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 機械管理開發(fā),2011,01:188-189.

[2]周蔚宇,彭鐘,何周亮. 高職《數(shù)控機床編程與操作》實踐教學(xué)研究[J]. 職教與經(jīng)濟(jì)研究,2013,02:37-40.

[3]紀(jì)紅兵. 淺論數(shù)控機床編程與操作課程的教學(xué)思路[J]. 神州,2013,36:69.

孟令威,男，1974年3月出生，吉林四平人，碩士，助理研究員，主要從事機械設(shè)計制造技術(shù)研究。

Research on NC machine programming and operation training teaching of numerical control simulation system

Meng Lingwei
（College of Humanities and information Changchun University of Technology,Jilin Changchun,130122,China）

The continuous development of computer technology, NC machining simulation system is becoming more and more perfect, in the teaching has also started to a very large role. Numerical control simulation system is not only safe, economical and practical, reduce equipment, space and consumption, but also reduce the burden of teachers, can focus on helping students to analyze and solve practical problems, and ensure the teaching quality to improve teaching effect. Therefore, this paper analyzes the numerical control simulation system and its application advantages, based on the focus of the numerical control simulation system of NC machine tool programming and operation training teaching.

numerical control simulation system; numerical control machine tool programming and operation training; teaching

TG659-4

A