淺淡數(shù)控加工仿真技術(shù)在中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)中的應(yīng)用

周自斌

河南省工業(yè)學(xué)校（450011）

隨著我國(guó)職業(yè)教育大力發(fā)展，以及數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，大批數(shù)控機(jī)床操作人員的專業(yè)培訓(xùn)成為迫切而又難以解決的問題。要求職業(yè)學(xué)校提供充足的資金來(lái)保障實(shí)習(xí)工位和消耗材料，然而實(shí)習(xí)消耗過大，一直是困擾學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)的主要因素之一，為此，許多職校想出了多種辦法來(lái)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，或者盡可能把學(xué)生實(shí)習(xí)內(nèi)容與某個(gè)企業(yè)生產(chǎn)結(jié)合在一起，這些方法都益弊相兼。近年來(lái)，隨著數(shù)控仿真技術(shù)的日益提高和計(jì)算機(jī)在職校教學(xué)的普及，把數(shù)控仿真技術(shù)引入職校實(shí)習(xí)教學(xué)，不但可以進(jìn)一步提高和完善實(shí)習(xí)教學(xué),而且做為節(jié)能降耗的另一種新手段已成為可能。

1 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以模擬實(shí)際機(jī)床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)仿真加工系統(tǒng)，它是一個(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)的仿真軟件。利用計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，不僅可以迅速提高被培訓(xùn)人員的理論、操作水平，而且非常安全，可靠好，培訓(xùn)費(fèi)用低。

目前職業(yè)學(xué)校普遍將計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)用于數(shù)控操作人才培訓(xùn)的教學(xué)之中，也出現(xiàn)了各種數(shù)控加工仿真教學(xué)系統(tǒng)，如上海宇龍、南京宇航、廣州數(shù)控、武漢金銀花等不同的數(shù)控加工仿真軟件。上述這些教學(xué)系統(tǒng)既能單機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行。獨(dú)立運(yùn)行即機(jī)床模型方式，其培訓(xùn)設(shè)施只需一臺(tái)微機(jī)，數(shù)控機(jī)床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進(jìn)行，而零件切削過程由機(jī)床模型通過三維動(dòng)畫演示。實(shí)踐證明，用這種方式進(jìn)行初步培訓(xùn)是非常經(jīng)濟(jì)有效的。在線運(yùn)行即機(jī)床工作方式，在這種方式下，教學(xué)系統(tǒng)將與實(shí)際機(jī)床連接，由硬件實(shí)現(xiàn)零件切削過程，這時(shí)除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實(shí)際機(jī)床的真實(shí)情況一樣。即利用計(jì)算機(jī)和其他的專用硬件、軟件去產(chǎn)生一種真實(shí)場(chǎng)景的仿真,操作者可以通過與仿真場(chǎng)景的交互，來(lái)體驗(yàn)一種接近于真實(shí)的場(chǎng)景的感覺。因此，采取這種方法能進(jìn)一步提高操作者的實(shí)際操作技能。

數(shù)控仿真系統(tǒng)的核心是虛擬數(shù)控機(jī)床，而虛擬數(shù)控機(jī)床又是虛擬制造技術(shù)中的一個(gè)重要的執(zhí)行單元。它不僅在數(shù)控加工過程中為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了可制造性的分析，而且在數(shù)控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)中，為被培訓(xùn)人員提供了完善的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)環(huán)境。數(shù)控仿真系統(tǒng)完全模擬真實(shí)零件的加工過程，可以檢驗(yàn)各種數(shù)控指令是否正確，能提供與真實(shí)機(jī)床完全相同的操作面板，其調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應(yīng)俱全。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)功能及在教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬數(shù)控機(jī)床實(shí)際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床的模型。與真實(shí)機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床具有以下的功能和特點(diǎn):

虛擬數(shù)控機(jī)床具有與真實(shí)機(jī)床完全相同的結(jié)構(gòu)。虛擬數(shù)控機(jī)床能模仿真實(shí)機(jī)床的任何功能而不致因?yàn)椴捎媚撤N近似替代而導(dǎo)致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失，并與真實(shí)機(jī)床有完全相同的界面風(fēng)格和對(duì)應(yīng)功能，如動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放、移動(dòng)等功能的實(shí)時(shí)交互操作，從而為學(xué)員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)提供保證。

機(jī)床操作全過程仿真。仿真機(jī)床操作的整個(gè)過程:毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準(zhǔn)對(duì)刀，安裝刀具，機(jī)床手動(dòng)操作。

豐富多樣的刀具庫(kù)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫(kù)，含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時(shí)還支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。

全面的碰撞檢測(cè)。手動(dòng)、自動(dòng)加工等模式下的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)，包括刀炳刀具與夾具、壓板、刀具，機(jī)床行程越界，主軸不轉(zhuǎn)時(shí)刀柄刀具與工件等的碰撞。出錯(cuò)時(shí)會(huì)有報(bào)警或提示，從而防止了誤操作的發(fā)生。

強(qiáng)大的測(cè)量功能?？蓪?shí)現(xiàn)基于刀具切削參數(shù)零件粗糙度的測(cè)量，能夠?qū)Ψ抡孳浖霞庸ね瓿珊蟮墓ぜM(jìn)行完全自動(dòng)的、智能化的測(cè)量。

具有完善的圖形和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。用戶既能在真實(shí)的環(huán)境中運(yùn)行虛擬機(jī)床，又能觀察它的各種運(yùn)行參數(shù)，并能將其他CAD／CAM軟件，如UG、Pro/E、Mastercam等產(chǎn)生的三維設(shè)計(jì)后置處理的NC程序，直接調(diào)入加工。

實(shí)用靈活的考試系統(tǒng)?？捎糜谶h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等功能，并實(shí)現(xiàn)答卷保存、自動(dòng)評(píng)分、成績(jī)查詢和分析等功能，輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化的考核與測(cè)評(píng)。

虛擬數(shù)控機(jī)床強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育。不僅在局域網(wǎng)上具有雙向互動(dòng)的教學(xué)功能，還具有基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)的遠(yuǎn)程教學(xué)功能，數(shù)據(jù)傳送可以采用衛(wèi)星、寬帶（ADSL,ISDN,有線CABLE等）或窄帶互聯(lián)網(wǎng)（56K Modem）等方式進(jìn)行。這使得遠(yuǎn)程教學(xué)成為名副其實(shí)，它代表未來(lái)教育的發(fā)展方向。

3 引入仿真教學(xué)后的注意事項(xiàng)

仿真教學(xué)，做為一種新的教學(xué)模式，可給實(shí)習(xí)教學(xué)帶來(lái)許多變改和效益，但必須指出的是，仿真實(shí)習(xí)畢竟不是真正的實(shí)際對(duì)象的操作，本身有不可替代的局限性。必須注意，采用虛擬數(shù)控仿真實(shí)習(xí)后，可縮短但決不能完全拋開真實(shí)的實(shí)習(xí)過程。這表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1）是無(wú)論采用物理仿真還是計(jì)算機(jī)仿真，其原理只是逼近，而不是等同于客觀過程。2）是由于數(shù)控仿真軟件的在中職教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展還處于初步階段,仿真水平還有待進(jìn)一步提高。3）是部分?jǐn)?shù)控內(nèi)容仿真難度大，仿真過程難以達(dá)到實(shí)習(xí)訓(xùn)練要求。所以，職校引入數(shù)控仿真實(shí)習(xí)，應(yīng)做為節(jié)能降耗的手段，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行。無(wú)論采用虛擬數(shù)控仿真輔助實(shí)習(xí)時(shí)間多長(zhǎng)，都要給學(xué)生安排必須的實(shí)際操作實(shí)習(xí)時(shí)間，一方面讓學(xué)生掌握實(shí)際操作，另一方面也是對(duì)虛擬數(shù)控仿真實(shí)習(xí)的檢驗(yàn)和提高。同時(shí)，虛擬數(shù)控仿真實(shí)習(xí)對(duì)學(xué)生所生成的安全觀念淡簿的影響，只有通過實(shí)際操作才能加以糾正。

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于虛擬數(shù)控機(jī)床具備如此出眾的功能，針對(duì)目前各中職學(xué)校的數(shù)控教學(xué)課程和參加數(shù)控實(shí)習(xí)學(xué)生人數(shù)不斷增加的現(xiàn)實(shí),以及數(shù)控機(jī)床精密、昂貴的特點(diǎn),把數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件引入到教學(xué)之中，使之用于數(shù)控機(jī)床編程與操作培訓(xùn)，無(wú)疑是個(gè)明智之舉。這樣既可以避免因誤操作造成價(jià)格昂貴的數(shù)控機(jī)床的損壞，又可以使操作人員在對(duì)仿真數(shù)控機(jī)床操作過程中產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)感和真實(shí)感。同時(shí)由于其成本較低，可以大量地配置終端，徹底解決了數(shù)控機(jī)床數(shù)量不足的難題，使每位學(xué)員都能有足夠多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，因此能夠讓學(xué)生更快地熟悉和了解數(shù)控加工的工作過程，掌握各種數(shù)控機(jī)床的操作方法。其更大的好處還在于，在實(shí)現(xiàn)了同樣培訓(xùn)效果的情況下,將加工出錯(cuò)率及事故發(fā)生率降低到了最低程度。