數(shù)控加工動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用研究

高艷平

(天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津市 300131)

數(shù)控加工動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用研究

高艷平

(天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津市 300131)

數(shù)控加工動(dòng)態(tài)仿真是應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程進(jìn)行模擬,可以在加工前準(zhǔn)確校驗(yàn)程序,避免不必要的損失。在教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控加工動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng),可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,改善教學(xué)效果,有效降低技能訓(xùn)練成本、提高訓(xùn)練效率和安全性。

數(shù)控機(jī)床;動(dòng)態(tài)仿真;仿真系統(tǒng);虛擬加工

一、數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)仿真軟件

數(shù)控機(jī)床仿真軟件是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行模擬,使數(shù)控加工人員得以直觀地從計(jì)算機(jī)屏幕上觀察整個(gè)加工過(guò)程,可以對(duì)操作過(guò)程進(jìn)行練習(xí),從而達(dá)到驗(yàn)證程序正確性和合理性、優(yōu)化NC程序以及熟練操作機(jī)床的目的。

為達(dá)到上述目的,數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)仿真軟件要求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性,即能夠?qū)C(jī)床運(yùn)行及時(shí)做出反應(yīng)同時(shí)又能動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)加工過(guò)程。

1.實(shí)時(shí)性

仿真是為了方便用戶使用機(jī)床和檢查校對(duì)程序,這要求系統(tǒng)對(duì)用戶在仿真過(guò)程中的實(shí)時(shí)要求及時(shí)作出響應(yīng),比如用戶需要對(duì)照加工程序觀察加工過(guò)程某一時(shí)刻的加工參數(shù)的狀態(tài),希望能暫停仿真,或者希望加快或減慢仿真動(dòng)畫(huà)的速度,程序必須能實(shí)時(shí)滿足用戶需求。

2.動(dòng)態(tài)性

仿真過(guò)程的動(dòng)畫(huà)功能實(shí)際上是一個(gè)不斷求點(diǎn)并在屏幕上顯示的過(guò)程。它主要是將加工刀具和已加工圖像的變化顯示出來(lái),同時(shí)圖像內(nèi)部動(dòng)畫(huà)速度要相互匹配。這樣才能給操作人員以逼真的感受,達(dá)到虛擬加工的目的。

同時(shí)軟件還應(yīng)具有一些輔助功能,如程序的語(yǔ)法檢查、工件的加工誤差和工件表面粗糙度的估算以及加工時(shí)間的預(yù)測(cè),這樣就可以應(yīng)用仿真軟件優(yōu)化程序,從而更好的為實(shí)際加工服務(wù)。

二、數(shù)控仿真軟件在高職教學(xué)中的應(yīng)用

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)之一就是用于教育。利用“虛擬設(shè)備”來(lái)增加學(xué)生的操作熟練程度,是一種富有價(jià)值的教學(xué)輔助工具。

隨著數(shù)控機(jī)床日益廣泛的應(yīng)用,掌握數(shù)控機(jī)床編程知識(shí)和操作技術(shù)的數(shù)控技能型人才的培養(yǎng)在各職業(yè)院校的教學(xué)中占有了約來(lái)越多的比重。然而數(shù)控機(jī)床品種多、價(jià)格高,一臺(tái)數(shù)控車(chē)床或數(shù)控銑床一般需十幾萬(wàn)、二三十萬(wàn),一臺(tái)數(shù)控加工中心也是少則幾十萬(wàn)多則幾百萬(wàn)。

數(shù)控機(jī)床的操作訓(xùn)練若完全依賴(lài)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)訓(xùn),投入大、消耗多、成本高,而且具有一定的危險(xiǎn)性。數(shù)控加工仿真軟件的出現(xiàn)解決了這一問(wèn)題,它能使理論和實(shí)踐有效的銜接,打破了傳統(tǒng)的數(shù)控教學(xué)模式,增加了學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì),提高了操作的熟練程度。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)主要應(yīng)用于《數(shù)控編程與操作》這一理論教學(xué)課程,作為數(shù)控操作技能訓(xùn)練的輔助工具。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的軟件形式很多,國(guó)外的軟件所能適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床不多,不適合中國(guó)國(guó)情,國(guó)內(nèi)目前比較常見(jiàn)的有南京宇航、北京斐克VNUC、上海宇龍、天傲 TNS-Ver 2.0、浙大辰光、廣州超軟、斯沃等數(shù)控仿真軟件。

1.南京宇航數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的教學(xué)軟件

該教學(xué)軟件是國(guó)家“863”計(jì)劃課題項(xiàng)目之一,由中國(guó)南京宇航自動(dòng)化技術(shù)研究所于1995年推入市場(chǎng)。包括了FANUC、SIEM ENS、三菱數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、北京凱恩帝等車(chē)、銑及加工中心模擬仿真教學(xué)軟件,以及數(shù)控系統(tǒng)元器件裝配仿真軟件。是一種富有價(jià)值的教學(xué)輔助工具。

2.上海宇龍軟件工程有限公司的《數(shù)控加工仿真系統(tǒng)》

該軟件是一個(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。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心加工零件全過(guò)程的仿真,其中包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用,零件基準(zhǔn)測(cè)量和設(shè)置,數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試,對(duì)刀和操作面板的訓(xùn)練等。該軟件具有多系統(tǒng)、多機(jī)床、多零件的加工仿真模擬功能,同時(shí)還具有在真實(shí)設(shè)備上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的三維測(cè)量功能,操作的安全性很高,不會(huì)因?yàn)閷W(xué)生的錯(cuò)誤操作而造成人身傷害,更不會(huì)損壞機(jī)床;利用網(wǎng)絡(luò)可以搭建交流的平臺(tái),為師生的交互提供了方便。

3.北京斐克科技有限公司的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的教學(xué)軟件

該軟件由勞動(dòng)和社會(huì)保障部評(píng)審認(rèn)定,是權(quán)威性最高的數(shù)控加工仿真軟件。也是全國(guó)數(shù)控技能大賽唯一指定軟件、國(guó)家高技能人才培訓(xùn)工程推薦使用軟件。該軟件主要可用來(lái)模擬FANUC和華中數(shù)控系統(tǒng)的車(chē)、銑和加工中心的操作及編程過(guò)程。

上述軟件都在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互,而且隨著軟件版本的不斷更新,數(shù)控加工的仿真功能也越來(lái)越強(qiáng)大,操作界面越來(lái)越給人以真實(shí)感,而且?guī)缀跄依怂谐Ｓ玫臄?shù)控系統(tǒng),成為了數(shù)控機(jī)床操作與編程初學(xué)者的好幫手。

三、數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應(yīng)用存在的問(wèn)題及解決的方法

利用計(jì)算機(jī)仿真加工可帶來(lái)許多新的優(yōu)點(diǎn)和用途,實(shí)現(xiàn)一些以前無(wú)法完成的工作,如可以預(yù)先對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行估計(jì),統(tǒng)計(jì)各種加工數(shù)據(jù)并對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。計(jì)算機(jī)仿真加工系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)中,更可以起到增加學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)、提高操作熟練程度的作用,同時(shí)在一定程度上可以降低辦學(xué)成本。用計(jì)算機(jī)仿真加工系統(tǒng)來(lái)編輯和校驗(yàn)程序不占用機(jī)床工時(shí),同時(shí)可視性強(qiáng)并且安全可靠。

但是數(shù)控加工仿真系統(tǒng)無(wú)法代替學(xué)生在真實(shí)切削加工的實(shí)際感受,尤其是切削用量的選擇,它無(wú)法進(jìn)行控制,只能對(duì)切削深度過(guò)大時(shí)加以限制。學(xué)生在應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進(jìn)行編程與操作訓(xùn)練時(shí),往往容易忽視切削用量的選擇、數(shù)控刀具的選用、零件的裝夾方法,而這些程序一旦應(yīng)用在實(shí)際中便可能出現(xiàn)打刀或影響實(shí)際零件的加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)效率等問(wèn)題。

另外利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件進(jìn)行技能訓(xùn)練時(shí)容易使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生依賴(lài)心理,沉迷于仿真加工,而疏于上數(shù)控機(jī)床操作。因此,教師要合理分組,科學(xué)安排應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件進(jìn)行技能訓(xùn)練的時(shí)間,仿真訓(xùn)練與操作訓(xùn)練在后階段應(yīng)穿插進(jìn)行,通過(guò)實(shí)際數(shù)控機(jī)床的操作訓(xùn)練、綜合課題的訓(xùn)練,以及下廠實(shí)習(xí)來(lái)解決彌補(bǔ)以上的不足。

[1]張炳力,趙韓,江吉彬.數(shù)控加工教學(xué)仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓,2003,(06).

[2]陳國(guó)慶,沈先君.數(shù)控機(jī)床仿真在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].科教文匯,2007,(10).

A bs tra c t:NC machining dynam ic simulation refers to sim ulating the p rocess of NC machining in computer by use of virtual reality technology.The system can verify the p rogram correctly so as to avoid unnecessary loss.The system used in teaching can mobilize students’learning initiative,imp rove teaching effect,lower the cost of skills training and enhance training efficiency and security.

Ke y w o rd s:numerical control machine;dynam ic sim ulation;sim ulation system;virtual machi2 ning

Study on the App lication of NC M achining Dynam ic Sim ulation System

GAO Yan-ping

(Tianjin Vocational College of M echanics and Electricity,Tianjin 300131 China)

TH164

A

1673-582X(2011)02-0047-03

2010-11-10

高艷平(1979-),女,河北省人,天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,從事機(jī)械電子工程教學(xué)工作。