仿真軟件在數(shù)控實訓(xùn)中的應(yīng)用

白小云

（太原理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，山西 太原 030024）

1 前言

隨著科學(xué)生產(chǎn)的快速發(fā)展和知識經(jīng)濟社會的出現(xiàn)，我國高校的大學(xué)生實訓(xùn)正在逐步實現(xiàn)由傳統(tǒng)的單一金工實習(xí)向現(xiàn)代的綜合素質(zhì)實訓(xùn)轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的以“學(xué)習(xí)工藝知識，提高動手能力”為主要理念的金工實習(xí)正朝著“學(xué)習(xí)工藝知識，提高綜合素質(zhì)，增強工程實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力”的目標(biāo)發(fā)展。工程訓(xùn)練中心正在朝著具有現(xiàn)代工程背景的集機械、電子、信息、系統(tǒng)和管理為一體的綜合工程實踐育者于現(xiàn)代工程背景下，通過一系列工程訓(xùn)練教學(xué)活動、科技創(chuàng)新活動和人文素質(zhì)教育活動，了解和熟悉工程的全過程，讓學(xué)生在企業(yè)管理、工程實踐能力和技術(shù)創(chuàng)新意識等諸多方面都得到全面的訓(xùn)練和提高，為學(xué)生的長期發(fā)展奠定基礎(chǔ)。這一工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)了基礎(chǔ)性、實踐性和創(chuàng)新性的教育內(nèi)涵，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和技術(shù)創(chuàng)新能力具有極其重要的基礎(chǔ)作用。在太原理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心大學(xué)生數(shù)控實訓(xùn)中分別進行數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控加工中心、數(shù)控電火花線切割，培養(yǎng)大學(xué)生實際操作能力，掌握數(shù)控加工原理以及編程方法，利用自動編程cAD／cAM技術(shù)自行設(shè)計零件圖，選擇數(shù)控加工方法，設(shè)計數(shù)控加工工藝，并進行整個生產(chǎn)過程的實施，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

知識轉(zhuǎn)化并升華為素質(zhì)離不開實踐。要想達到大學(xué)生數(shù)控實踐效果，僅在教室里進行全方位的教學(xué)是不夠的，還應(yīng)實施工程訓(xùn)練中心的實踐教學(xué)。在數(shù)控技術(shù)方面，學(xué)生獲得這種能力有幾種路徑：一是有完善的實習(xí)基地，但在目前國內(nèi)的情況下很難辦到這一步。二是學(xué)校用有限的資金投資購買數(shù)控設(shè)備建設(shè)教學(xué)實訓(xùn)環(huán)境。數(shù)控設(shè)備價格昂貴，一臺中檔斜床身數(shù)控車床一般需二三十萬，而數(shù)控加工中心更是高達幾十萬甚至上百萬。數(shù)控實訓(xùn)若完全在數(shù)控機床進行，是不可能讓大學(xué)生達到普及性實訓(xùn)。這種規(guī)模實訓(xùn)中心即便建成，實際使用效率和效果往往也不是很好。三是數(shù)控機床配置的數(shù)控系統(tǒng)類型多且升級更新較快，對任何學(xué)校而言是不可能將所有的系統(tǒng)配齊的，這樣經(jīng)常會出現(xiàn)大學(xué)生在校期間所學(xué)的系統(tǒng)與畢業(yè)工作后操作系統(tǒng)不符的情況，使到了工作單位后不能盡快使用數(shù)控機床，還需一段時間的培訓(xùn)后才能進行生產(chǎn)。四是數(shù)控機床是自動加工的，大學(xué)生在剛學(xué)時，常常會由于在編程的準確性或操作中的失誤造成刀具或機床的損壞，甚至造成人身危害。因此，如何改善和提高數(shù)控實訓(xùn)效果，使學(xué)生能學(xué)有所練、學(xué)用結(jié)合，是數(shù)控實訓(xùn)教學(xué)工作面臨的一個非常大的難題。綜上所述，考慮到數(shù)控實踐教學(xué)的需要，又考慮到數(shù)控設(shè)備昂貴與學(xué)校資金緊張的普遍性矛盾，經(jīng)過多方調(diào)研，太原理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心選定了一種能在計算機上進行三維仿真，相當(dāng)于真正的CNC機床的操作功能，并能進行手工編程或CAD／CAM自動編程，與國內(nèi)數(shù)控機床有很好的兼容性的基于Pc機上操作的英福花數(shù)控仿真軟件。

2 英福花數(shù)控仿真軟件的功能

英?；〝?shù)控仿真軟件系統(tǒng)具備對數(shù)控機床操作全過程和加工運行全環(huán)境仿真的功能，將切削加工過程用三維圖形或者二維圖形的方式演示出來，使原來需要在數(shù)控設(shè)備上才能完成的大部分教學(xué)功能可以在這個虛擬制造環(huán)境中實現(xiàn)。雖然仿真軟件中的數(shù)控機床是一臺模擬的機床，但對于仿真的操作面板是依照真實的數(shù)控機床制作，對仿真的一些功能方式也和真實的數(shù)控機床基本相同，它可以實現(xiàn)對數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心加工零件全過程的仿真。其中包括毛坯定義、裝夾、刀具定義與選用，零件基準測量和設(shè)置，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試，擁有FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS系列數(shù)控系統(tǒng)、華中系列數(shù)控系統(tǒng)、廣州系列數(shù)控系統(tǒng)等多種數(shù)控系統(tǒng)，還可以運用仿真試題庫考核學(xué)生實訓(xùn)中理論知識與程序編寫、零件加工的掌握情況。

下面是英?；ǚ抡嫫鹗冀缑妗⒓庸し椒ǖ倪x擇界面、程序編寫界面、對刀界面、試題庫界面。

圖1 試題庫界面

圖2 試題庫界面

圖3

圖4 按實際機床模擬的數(shù)控手

圖5 刀具補償、刀具磨損補償輸入

圖6 刀具補償、刀具磨損補償輸入

圖7 不同的加工方法

圖8 程序輸入、檢驗、加工界面

圖7為學(xué)生可選擇數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控加工中心不同的加工方法；圖1、圖2為學(xué)生選擇數(shù)控車FANUC0iMT系統(tǒng)進入實訓(xùn)界面或試題庫界面；圖5、圖6為學(xué)生數(shù)車刀具補償、刀具磨損補償輸入；圖4為按實際機床模擬的數(shù)控車；圖8為學(xué)生程序輸入、檢驗、加工界面。

3 英?；ǚ抡嬖诒局行臄?shù)控實訓(xùn)使用的作用與不足

（1）利用英福花數(shù)控仿真軟件可以彌補設(shè)備的不足，提供了多種機床和多種系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)是集機械、電氣信息、計算機、液壓氣動、光機電為一體，要使學(xué)生扎實學(xué)習(xí)數(shù)控的基本理論和全面認識數(shù)控設(shè)備，英福花軟件仿真模擬作為一種圖文并茂的教學(xué)手段是一種不可缺少的教學(xué)資源，英?；ㄜ浖抡姹ＷC學(xué)生實訓(xùn)中都有動手時間，可以實現(xiàn)一個零件多系統(tǒng)加工，在實訓(xùn)中起到了激發(fā)學(xué)生實訓(xùn)興趣、提高實學(xué)效果的作用。

（2）英福花仿真安全性高，便于大學(xué)生學(xué)習(xí)。由于英?；〝?shù)控仿真系統(tǒng)不存在安全隱患，不會因為大學(xué)生的錯誤操作而損壞機床與刀具，更不會造成人身傷害，大學(xué)生可以大膽地、獨立地進行學(xué)習(xí)和實訓(xùn)練習(xí)。英福花仿真軟件中不僅可以對學(xué)生編制的數(shù)控程序進行自動檢測并指出其中錯誤說明原因，出現(xiàn)報警畫面，還具有在真實設(shè)備上無法實現(xiàn)的三維測量功能。這些功能使得大學(xué)生可以進行自我學(xué)習(xí)，自我檢測加工零件幾何形狀的精度、加工尺寸精度，有效幫助大學(xué)生學(xué)好數(shù)控技術(shù)。

（3）大學(xué)生可把所編程序通過英福花數(shù)控仿真先做切削校驗，發(fā)現(xiàn)加工錯誤修改程序，檢驗程序正確后轉(zhuǎn)入實際加工，避免實際操作出錯。在實際操作時，我們一般利用機床的圖形顯示功能與程序校驗功能來檢驗程序的正確性，每個大學(xué)生占用機床時間較長，同時，由于圖形顯示也只能觀看零件的大致輪廓，程序校驗功能只能檢查程序語法錯誤，對于程序中的一些細小處的輸入錯誤判斷不出。所以在實際操作前，學(xué)生可以在數(shù)控仿真軟件上輸入程序，將校驗的步驟放在計算機上完成，觀察零件的加工情況，最后將正確的程序通過鍵盤或數(shù)據(jù)傳輸方式輸入到數(shù)控機床中，這樣既可節(jié)省時間，又可提高加工中的穩(wěn)定性。

（4）英?；〝?shù)控仿真可通過內(nèi)配試題庫對學(xué)生實訓(xùn)結(jié)果檢查，提高學(xué)生的積極性，加深數(shù)控的基本理論，手工編程得到熟練練習(xí)。

（5）英?；〝?shù)控加工仿真系統(tǒng)只是加工過程的路徑模擬并非真實切削加工過程，它與實際切削加工有很大差距。因此，學(xué)生在利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進行編程與操作練習(xí)時，往往容易疏忽切削用量的選擇、刀具的選用、零件的裝夾等方面，在實際加工中便可能出現(xiàn)打刀、震動現(xiàn)象或影響實際零件的加工質(zhì)量、加工精度進而降低生產(chǎn)效率。

（6）英?；〝?shù)控加工仿真系統(tǒng)在實訓(xùn)中不會出現(xiàn)任何事故，無論多大的吃刀量都不會造成打刀或悶車或切削變形等，使大學(xué)生容易放松對安全操作的要求，而對于在實訓(xùn)時出現(xiàn)的撞刀、撞車現(xiàn)象也毫不在意，這種輕率態(tài)度會在實際加工中造成重大事故和財產(chǎn)損失，習(xí)慣一旦形成很難改變。

4 結(jié)束語

英福花數(shù)控加工仿真軟件作為一種先進的教學(xué)手段，對數(shù)控專業(yè)大學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)能夠起到積極的作用。英?；〝?shù)控加工仿真使大學(xué)生在實訓(xùn)中產(chǎn)生臨場感和真實感，縮短大學(xué)生熟悉和掌握數(shù)控加工的學(xué)習(xí)時間，并加快掌握每種數(shù)控機床基本操作的進程，將實際加工出錯及事故發(fā)生率降低到最小程度。由于數(shù)控軟件仿真和實際加工仍存在差距，應(yīng)該科學(xué)地、正確地認識英?；〝?shù)控仿真軟件在實訓(xùn)中的作用，英?；〝?shù)控加工仿真畢竟只是加工過程與加工路徑的逼真模擬而非真實切削加工過程，因此指導(dǎo)老師對大學(xué)生實際加工必須加以足夠的重視，使英?；〝?shù)控仿真軟件更好地服務(wù)于大學(xué)生的數(shù)控實訓(xùn)。

[1]張紅英.數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床教學(xué)實踐中的應(yīng)用.2006（03）.

[2]李純彬，鄒新蘭.數(shù)控技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)改革探索[J].河南機電高等專科學(xué)校學(xué)報.

[3]王海根，馬劍.仿真軟件在數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用.浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院.