數(shù)控技術(shù)練兵場

【摘要】數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其作用越來越廣泛。隨著數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)加工領(lǐng)域，數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)引起各職業(yè)院校的重視。本文結(jié)合黃石職業(yè)技術(shù)學(xué)院構(gòu)建計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室的實(shí)踐，介紹了構(gòu)建的主要原則、方案及特點(diǎn)，并提出了使用計算機(jī)數(shù)控實(shí)訓(xùn)室的幾點(diǎn)看法。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室；建設(shè)；方案；特點(diǎn)及應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和現(xiàn)代制造業(yè)的巨大進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于各生產(chǎn)加工領(lǐng)域，社會急需大量熟練的數(shù)控操作工人。為適應(yīng)社會的發(fā)展，滿足數(shù)控專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)的需要，很多學(xué)校正在籌建或擴(kuò)建數(shù)控實(shí)訓(xùn)室。

由于受資金限制，各學(xué)校大多經(jīng)費(fèi)有限，不大可能投人巨資配備大量的數(shù)控車床供學(xué)生實(shí)訓(xùn)之用，因此數(shù)控機(jī)床的數(shù)量與學(xué)生數(shù)量相比，相差很大，直接影響實(shí)訓(xùn)效果。所以學(xué)校在采購少量數(shù)控機(jī)床之后，再建設(shè)計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室不失為一種好辦法。構(gòu)建計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室的目的是為了充分利用現(xiàn)代計算機(jī)軟、硬件技術(shù)，輔助學(xué)生進(jìn)行數(shù)控機(jī)床實(shí)習(xí)，提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量，使學(xué)生更好地掌握和提高數(shù)控加工技術(shù)。

為了達(dá)到這個目的，首先要求構(gòu)建的數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室能夠逼真地反映各種真實(shí)數(shù)控機(jī)床的界面，逼真地模擬真實(shí)機(jī)床的加工過程，學(xué)生通過模擬實(shí)訓(xùn)，能夠較快地熟悉真實(shí)機(jī)床的操作控制面板，熟練掌握基本的操作，為今后盡快適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際打下良好的基礎(chǔ)。其次，可以準(zhǔn)確地驗證學(xué)生手動編寫或自動生成的NC代碼程序，顯示加工效果，使學(xué)生充分理解各編程指令的功能、作用，全面掌握編程方法和編程技巧。

一、計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室硬件構(gòu)造

我們建議一個計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)驗室配備50臺左右的計算機(jī)，這樣可以基本滿足人手一機(jī)的需求，大大提高學(xué)生的動手能力。

1.硬件系統(tǒng)

（1）品牌或兼容計算機(jī)50臺左右（內(nèi)存不低于512M，推薦使用獨(dú)立顯卡）；

（2）服務(wù)器一臺（用于運(yùn)行軟件加密狗及教師演示）；

（3）足夠端口的交換機(jī)；

（4）雙絞線若干、水晶頭若干。

2.軟件系統(tǒng)

（1）操作系統(tǒng)：中文windows XP操作系統(tǒng)專業(yè)版；

（2）多媒體教學(xué)軟件：極域電子教室V4.0；

（3）數(shù)控仿真及自動編程系統(tǒng)軟件：宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)V4.8；CAXA數(shù)控車2008；CAXA制造工程師2008；Master CAM 9.1；Auto CAD 2004。

3.網(wǎng)絡(luò)配置

（1）網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)：星形拓樸結(jié)構(gòu)；

（2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP協(xié)議；

（3）網(wǎng)絡(luò)類型：windows對等局域網(wǎng)。

二、數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用

構(gòu)建計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室的關(guān)鍵是使用數(shù)控仿真系統(tǒng)。目前，不少軟件公司為了適應(yīng)市場的需要，相繼開發(fā)出許多優(yōu)秀的商品化數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件。這類軟件的價格相對來說，也不太昂貴。目前購買一套國產(chǎn)50節(jié)點(diǎn)的仿真軟件一般只有幾萬元，僅相當(dāng)于一臺數(shù)控機(jī)床的幾分之一甚至幾十分之一。此外使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)還可以提高實(shí)訓(xùn)安全性：有了仿真系統(tǒng)，可先在上面進(jìn)行編程和操作訓(xùn)練，并檢驗程序的正確性之后，再去操作實(shí)際機(jī)床，由此可大大降低操作事故的發(fā)生。

我們選用了上海宇龍軟件工程有限公司開發(fā)的“數(shù)控加工仿真系統(tǒng)V4.8”，這個軟件可以在計算機(jī)上真實(shí)地顯示數(shù)控機(jī)床的操作面板、逼真地模擬數(shù)控機(jī)床的加工動作，顯示加工效果，完全能夠滿足學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)訓(xùn)練的需要。

1.數(shù)控系統(tǒng)的仿真

這個仿真功能可以幫助學(xué)生熟悉數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)容，掌握各個按鍵的作用和各種編輯指令的輸入，各個界面切換的方法，用戶坐標(biāo)系的建立等功能。數(shù)控仿真軟件模擬出來的系統(tǒng)跟實(shí)際機(jī)床完全一致，使用好了數(shù)控仿真軟件后，實(shí)際機(jī)床可以迅速上手。

2.操作面板的仿真

這個功能可以幫助學(xué)生熟悉培訓(xùn)機(jī)床的操作面板，記住各個按鈕的位置以及機(jī)床的操作。包括機(jī)床指令，機(jī)床模式的改變，單步，跳步等調(diào)試程序功能。

3.零件加工的仿真

通過前面2個面板的仿真，學(xué)生可以在交互的方式下，仿真零件的加工過程包括：建立零件毛坯，零件的裝夾，零件的找正，刀具的定義，用戶坐標(biāo)系的建立輸入程序，調(diào)試程序。自動完成零件的加工和零件尺寸的測量過程。

數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用，不僅緩解了數(shù)控設(shè)備數(shù)量不足的難題，而且結(jié)合數(shù)控仿真軟件，我們通過培訓(xùn)課程，學(xué)時等方便的改進(jìn)，還大幅提高了數(shù)控培訓(xùn)的效果。由于數(shù)控仿真軟件在數(shù)控系統(tǒng)面板和機(jī)床操作面板上與機(jī)床實(shí)際操作完全一致，支持常用的數(shù)控指令，一臺計算機(jī)就是一臺數(shù)控機(jī)床，在一個50人的標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)機(jī)房內(nèi)，學(xué)生可以人手一機(jī)使用仿真系統(tǒng)。通過實(shí)踐效果的反饋，經(jīng)過仿真訓(xùn)練的學(xué)生在實(shí)際機(jī)床上，上手速度快，機(jī)床的實(shí)際利用率比以前得到了較大的提高。

三、CAD/CAM軟件的應(yīng)用

目前采用CAD/CAM一體化集成形式的軟件已成為數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)的主流，目前，應(yīng)用較廣泛的CAD/CAM軟件主要有UG、Pro/Engineer、Master CAM、CAXA制造工程師等。我們在構(gòu)建計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室的時候采用了北航海爾軟件公司的CAXA制造工程師軟件。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中我們有如下應(yīng)用：

1.自動編程，設(shè)置工藝參數(shù)，定義零件加工工藝

自動編程是數(shù)控編程領(lǐng)域一個重要的組成部分，應(yīng)用計算機(jī)輔助制造軟件進(jìn)行數(shù)控加工自動編程，然后經(jīng)過后置處理轉(zhuǎn)換成NC程序代碼。我們只需要利用CAXA系統(tǒng)中的CAD繪圖建模功能繪制生成三維零件模型，再選擇合適的加工工藝方法，安排零件的加工工序，確定粗加工、半精加工、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀具、切削用量、進(jìn)退刀路徑、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)后，該系統(tǒng)便自動計算出機(jī)加工余量，并動態(tài)顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀位軌跡和機(jī)床代碼，省去了人為編制NC程序的煩惱。

這一過程將數(shù)控編程、制造工藝、刀具、數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工等課程有機(jī)地結(jié)合起來，使學(xué)生覺得以前所學(xué)的知識不再孤立、枯燥，在數(shù)控技術(shù)課程中達(dá)到了融匯貫通，并在計算機(jī)上變得生動、形象起來，鞏固了學(xué)生的加工工藝方面的知識，強(qiáng)化了利用CAXA系統(tǒng)數(shù)控教學(xué)的效果。

2.利用CAXA系統(tǒng)，對計算機(jī)計算的刀具軌跡進(jìn)行模擬仿真

CAXA特有的模擬仿真功能，可以進(jìn)行三維真實(shí)感動態(tài)仿真加工，每個學(xué)生都有模擬加工的機(jī)會，省時間、省材料、省設(shè)備投入，在仿真過程中，刀具沿著所定義的加工軌跡進(jìn)行動態(tài)加工，學(xué)生可以直觀地掌握數(shù)控加工的過程，判斷刀具軌跡的連續(xù)性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情況，刀位計算機(jī)是否正確，加深了學(xué)生對加工工藝的理解和對刀具軌跡的認(rèn)識。學(xué)生可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和綜合能力，對不滿意的加工結(jié)果重新進(jìn)行零件建?；蛑匦露x刀位軌跡，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計與虛擬加工。

3.將刀具軌跡轉(zhuǎn)換成數(shù)控加工程序，并可傳送至數(shù)控加工仿真系統(tǒng)或數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工

前面所做的工作均是刀具運(yùn)動的軌跡，學(xué)生還很難將NC程序和實(shí)際的加工聯(lián)系起來。因此我們可以將生成的代碼導(dǎo)入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中進(jìn)行模擬加工，或者在條件允許的情況下，讓學(xué)生將零件的NC程序通過數(shù)據(jù)接口傳至數(shù)控機(jī)床，控制機(jī)床進(jìn)行加工，使學(xué)生對數(shù)控加工有更進(jìn)一步的認(rèn)識。

通過建設(shè)計算機(jī)數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室，我們可以根本解決實(shí)訓(xùn)機(jī)床不夠用的問題，并且投入少、消耗低、安全性高。在教學(xué)過程中，我們可以從操作到編程立體化的培訓(xùn)學(xué)生，使學(xué)生對數(shù)控加工這個領(lǐng)域有了更深刻的了解，也有利于學(xué)校對這門學(xué)科的開展。但這種方法只適合于那些資金相對緊張的學(xué)校采用，畢竟仿真操作與實(shí)際操作在細(xì)節(jié)上存在一定的差異，因此，仿真實(shí)訓(xùn)只能在一定程度上輔助學(xué)生掌握基本的操作，而不能以虛擬的實(shí)訓(xùn)完全代替真實(shí)的訓(xùn)練，有條件的學(xué)校學(xué)校必須配置必要的數(shù)控機(jī)床，必須有數(shù)控實(shí)習(xí)車間，讓學(xué)生實(shí)際操作，理論實(shí)踐相結(jié)合，才能收到應(yīng)有的效果。

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