淺談數控維修教學中虛擬數控機床的運用

張志娟

（河南經濟貿易技師學院，河南 新鄉 453000）

在現在高新技術不斷發展的現在，數控技術作為工業重要的一項技術，得到了充足的發展，數控機床的結構越來越復雜，構造越來越緊密，導致在數控維修的教學方面也越來越艱難，不能深入地剖析數控機床的內部構造，故障原因。虛擬現實技術是依托于計算機技術的模擬性的技術，有著很強的逼真性，因此在教學方面，尤其是實訓教學方面有著非常好的實用性虛擬數控機床就是在這種情況下，誕生的一項專門解決數控維修教學難題的一門技術。

1 虛擬現實技術和虛擬數控機床的概念

嚴格說來，虛擬技術就是計算機的高級技術，與其他計算機技術不同的是，虛擬現實技術不僅包括計算機仿真技術，也幾乎囊括了現實中所有的環境以及對環境的感知能力，包括最基本的視覺感知和運動感知，還包括聽覺感知和觸覺感知，實現對預想的環境進行現實化的模擬。虛擬現實技術的目的就是身臨其境，達到人們的大腦無法區分現實和虛擬的地步，但以現階段而言，這幾乎是不可能完成的任務。目前所使用的虛擬現實技術設備主要分為兩大類，一類是借助于外部的硬件進行輔助計算，另一類是通過內置的硬件獨立完成工作。借助外部的硬件進行運算和工作的虛擬現實技術，需要連接超高頻率和超高運算能力的計算機才能進行工作，比較常用的是Oculus Rift 和HTC Vive。相對來說，依托內部硬件進行運算的虛擬現實技術，擁有較強的獨立性，不需要其他外在硬件或者軟件的輔助運行，有著很多的便利性。但是此類的設備涉及到三維計算機圖形和廣角立體現實技術，也涉及計算機視覺技術和仿真技術，追蹤技術和網絡、語音的傳輸技術，是多種領域的結合。虛擬數控機床就是在虛擬現實技術的基礎上建立的一個仿真模擬性的一個環境，并通過計算機的界面的完美的呈現數控機床在生產、加工、制造等方面的過程。虛擬數控還能夠輕易的檢測到在數控生產中的故障或者是違規的操作，也能夠檢測出數控機床出現故障的位置和零件部位，幫助工作人員快速找到維修的位置。可想而知，虛擬數控機床在數控維修教學中有著怎樣的便捷性，不僅成本低廉，還能夠針對各式各樣的故障，模擬真實的環境，分析故障的原因，解析維修的方法。

2 數控機床維修教學的問題

（1）教學的設備跟不上。數控機床作為超大型的設備，每次的運行都需要多種設備共同作用，尤其是模具的更換，需要塔吊配合和人員的安排。雖然在數控機床的維修教學中不存在配合上的問題，但是現階段工業中所使用的機床都是非常先進的，而在教學中的使用的數控機床一般都非常的簡陋。要么年代久遠，要么是屬于低端的一個設備，并且各類機床的種類也非常的少，不能夠滿足教學的使用。尤其數控機床的成本較高且運輸也比較困難，因此，導致在數控維修教學的工程中，各類數控設備趕不上維修教學的進度。除此之外，在數控機床維修教學的實訓方面，教學所需要的實訓設備或者工具存在著缺失，大部分使用的都是因為設備或零件故障拆卸下來的，然后直接運用教學中。導致維修教學所能夠使用的零件非常的少，種類也非常的奇缺，如主軸箱和刀架，機械手和液壓站，還有傳動系統等，都存在著一定程度的缺失。再加上稅控技術發展的日新月異，很多的部件和設備，都想多元化和復合化方面發展，不管是在精度還是在結構上，都有著非常明顯的變化，與教學所使用的有著很大的出入。在這種情況的發展下，導致數控機床維修教學的效果并不好。

（2）電氣連接的問題。數控機場中的電氣連接種類復雜，元件繁多，造成傳統的數控機床的電氣連接以及不在適合機床維修教學的要求。雖然現在很多學校在數控維修的教學課程中，都有電氣連接的課程，但是由于電氣連接系統復雜，數控系統也需要多次更換電纜，伺服系統也是需要進行多次電纜的更換，整體的維修工作量非常大，也限制了學生上手操作的次數。除此之外，由于科技的發展，迫于成本，數控維修教學不可能一直進行設備的更新，使得在教學設施上除了維修設備不達標之外，在場地、設備多樣性及設備組合性方面也存在著很大的不足，與高效率的教學理念形成嚴重的沖突。

3 虛擬數控機床在數控機床維修中的應用

（1）設備的模擬和維修環境的模擬。虛擬現實技術有著強大的視覺技術和觸覺反饋的技術，在使用的過程中，能夠對數控機床的零件進行觸覺的一個反饋。這樣對學生對數控機床維修的環境進行模擬，不僅沒有場地的困擾，還能夠滿足新手在數控維修中有真實的維修感覺和親身參與的滿足感。虛擬現實技術的應用，不僅節省了大量的練習時間，也不會受到設備老化或者跟不上時代變化的印象，只需要將數據輸入即可。而虛擬現實技術就是通過界面程序指令的輸入，將電信號轉化成數字信號，然后進行識別，實現了虛擬現實技術和計算機技術的結合。虛擬現實技術能夠對數控維修的環境進行模擬，并精準地傳遞給參與維修的學員，帶來現實的感知力。虛擬現實技術對外界環境的模擬數控機床在維修中和維修后真實的運行狀態的變化，也能模擬數控維修人員真實的維修情況，也能對數控維修大環境的情況進行模擬。并且虛擬現實技術可以通過聲音傳導技術與維修的設備進行連接，能夠給駕駛人逼真的維修環境，非常考驗駕駛員的應急處理能力。

（2）虛擬電子技術試驗。虛擬電子技術，是利用計算機技術與仿真軟件相結合，打造的一個能夠對電路的運行和功能進行試驗環境，達到所需要的實驗結果。但是在實際的教學實踐中，仿真軟件的元件庫一般是由晶體管和阻容元件，數字門電路芯片和集成電路等多種電氣元件組成，而儀器庫又包含示波器和數字信號發生器、邏輯分析儀和數字多用表等多種一起組成，只需接通開關即可。虛擬電子技術是對傳統實驗的一個結果驗證的補充，相對來說，虛擬電子技術操作性強，參與性強，而且告訴快捷，帶給一種全新的教學方式。

（3）虛擬數控機床在虛擬安裝拆卸中的應用。安裝和拆卸都是在數控機床維修的基礎，也是數控維修教學的重中之重，而這也是在教學中非常困難的一個問題。由于以往的教學都是以實物為準，但是由于機床非常的沉重，面積也非常的大，導致在實際的教學中，需要協同合作，造成再教育中學生的注意力被分散，不能夠達到最大的教學效果。除此之外，拆卸和安裝的零件的體系不同，有大有小，不能夠直觀地給學生展示。而采用虛擬數控機床技術就能夠完美避開以上的問題，可以直接實現功能部件的3D 安裝和拆卸，而教師只需要進行簡單的引導，在學生完美地進行整個安裝和拆卸的過程，不僅簡單省事，更加清晰直觀的展示零部件的結構，加強了學生的實際動手能力。除此之外，虛擬數控機床的運用還創造了一個完美的實訓環境，解決了機床數量、種類、功能等方面的運用。

（4）虛擬數控機床在虛擬電氣連接中的應用。虛擬數控機床能夠設置虛擬的示波器，也能夠設置虛擬的萬能表，這些設置可以在完成電氣連接后進行電路的測試，保證設備安全的運行。從目前來看，虛擬數控機床能夠解決大部分的數控電氣連接中的問題，足以應對數控機床維修教學的全部要求，大大地提升了教學的效果。虛擬數控機床，可以利用計算機技術與仿真軟件相結合，打造一個能夠對電路的運行和功能進行試驗環境，達到所需要的實驗結果。但是在實際的教學實踐中，仿真軟件的元件庫一般是由晶體管和阻容元件，數字門電路芯片和集成電路等多種電氣元件組成，而儀器庫有包含示波器和數字信號發生器，邏輯分析儀和數字多用表等多種一起組成，只需接通開關即可。虛擬電子技術是對傳統實驗的一個結果驗證的補充，相對來說，虛擬數控機床操作性強，參與性強，而且告訴快捷，帶給一種全新的教學方式。

4 結語

數控機床隨著時代的發展和科技的進步，已經向多個領域滲透，在多個領域都扮演著非常重要的角色。但由于數控機床設備精密程度高，傳統的數控維修教學難以促使學生直觀的觀察內部結構，造成教學質量較差且此效果。虛擬數控機床的運用則有效地解決了上述問題，在課堂輔助教學、虛擬裝拆、虛擬電氣連接、故障診斷中均取得了理想的效果，為數控維修教學取得理想效果、提高教學效率，具有重要的推廣使用價值。