荊登峰

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

淺談數(shù)控加工之虛擬實踐教學(xué)

荊登峰

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

本文著重討論如何利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在虛擬實踐教學(xué)過程中的應(yīng)用，虛擬實踐教學(xué)活動當(dāng)中如何運用加工仿真軟件來保障真實實踐教學(xué)過程的順利進行。

虛擬實踐教學(xué)；真實實踐；加工仿真系統(tǒng)；教學(xué)；數(shù)控加工

在傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)中，數(shù)控機床編程與操作的有效培訓(xùn)都在真實的機床上進行。而數(shù)控機床屬于高科技產(chǎn)品，品種多，價格高。有限的機床數(shù)量難以保證每位學(xué)生有足夠的上機操作時間。同時學(xué)生在真實機床上操作還具有一定的危險和不安全性，實習(xí)中的誤操作還會導(dǎo)致設(shè)備、刀具等的損壞，甚至引發(fā)傷害事故，而且材料消耗也較多，增加實習(xí)的成本。因此，傳統(tǒng)的機床操作培訓(xùn)方法效率低、教師工作量大，培訓(xùn)費用高，因此在進行實踐教學(xué)之前我們引入了虛擬實踐教學(xué)過程。虛擬實踐教學(xué)就是利用各種數(shù)控仿真系統(tǒng)來模擬仿真加工工藝、編程、加工過程為真實實踐教學(xué)做準(zhǔn)備工作，以保證實踐教學(xué)的順利完成。

在虛擬實踐教學(xué)過程中運用數(shù)控仿真系統(tǒng)教學(xué)是解決傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)中諸多問題的重要途徑。數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件是通過計算機的編程和建模，將加工過程用三維圖形或二維圖形的方式演示出來的軟件。數(shù)控仿真系統(tǒng)的優(yōu)點在于：系統(tǒng)完全模擬真實CNC機床的控制面板和屏幕顯現(xiàn)，可輕松操作；在虛擬環(huán)境下對NC代碼的切削狀態(tài)進行檢驗，操作安全；用戶可看到真實的三維加工仿真過程，仔細檢查加工后的工件，可以更迅速地掌握CNC機床的操作過程，過程逼真；采用虛擬機床替代真實機床進行培訓(xùn)，在降低費用的同時獲得更佳的培訓(xùn)效果，使用更經(jīng)濟；數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有FANUC、SIEMENS、GSK、華中等眾多數(shù)控系統(tǒng)功能，學(xué)生通過在PC機上操作該軟件，能在很短時間內(nèi)就能掌握數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心的操作?？墒謩踊駽AD/CAM編程和加工，教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，監(jiān)看窗口滾動控制，可隨時獲得學(xué)生信息。在教學(xué)中還具有多媒體教學(xué)的特點。因而我們在真實機床上實踐之前介入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與練習(xí)，這對學(xué)生更好地掌握這門技術(shù)非常必要。

一、在虛擬實踐教學(xué)過程中數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的應(yīng)用方法

1.在虛擬實踐教學(xué)過程中恰當(dāng)運用數(shù)控加工仿真系統(tǒng),充分發(fā)揮其課堂教學(xué)中的作用

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,還可作為數(shù)控操作技能訓(xùn)練的輔助工具。教師應(yīng)十分重視數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用方法,擺正數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的位置,既不能完全依賴數(shù)控加工仿真系統(tǒng)放棄教師在教學(xué)中的引導(dǎo)作用,也不能在教學(xué)中教師唱獨角戲采用常規(guī)的教學(xué)模式而忽視數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的應(yīng)用,應(yīng)該科學(xué)地、充分地發(fā)揮數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的作用。

2.在虛擬實踐教學(xué)過程中可利用仿真系統(tǒng)，逐步掌握零件的加工工藝

學(xué)生可利用仿真系統(tǒng)中的建模功能生成三維零件，綜合運用所學(xué)過的相關(guān)知識，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、進退刀路徑、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)后，系統(tǒng)便自動計算加工余量，并動態(tài)顯示出來和粗加工、半精加工、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀具軌跡和NC代碼，省去人為編制程序的煩惱。

3.在虛擬實踐教學(xué)過程中利用仿真系統(tǒng)，循序漸近掌握數(shù)控編程與操作技巧

在虛擬實踐教學(xué)過程中使用的仿真系統(tǒng)中的計算機輔助控制系統(tǒng)是以計算機為媒體開發(fā)的，所以它的通用性較強，它能夠在486以上的任何型號的計算機上直接使用。在屏幕上能夠顯示和機床操作面板一模一樣的界面；以動態(tài)的模擬顯示代替機床實際運行并且還能夠提示操作信息，如編程錯誤信息和操作失誤機床碰撞報警信息等，使數(shù)控機床的編程操作易于課堂化教學(xué)，從而即節(jié)省了機床設(shè)備和實習(xí)消耗，又大大提高了教學(xué)效率。以某公司出品的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)為例：在數(shù)控機床教學(xué)應(yīng)用時，由于計算機內(nèi)部各種軟、硬件資源的支持使得系統(tǒng)在編程、操作時的效率大大提高。如在手工編輯NC程序時可利用各種文本編輯軟件EDIT或Windows下的記事本及寫字板等，可以快速編輯程序并以NC為擴展名存入磁盤。其主要特點是存儲容量大，能夠儲存更多數(shù)量的和更長的NC程序文件，并且在NC程序輸入、修改、拷貝方面都顯得非常簡單，乃至程序的轉(zhuǎn)送也很方便，還可利用軟盤考貝或聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)這一過程。編輯過程中能將漢字注釋信息一起編入NC加工程序而不影響系統(tǒng)的調(diào)用和運行，這就使操作者很容易在繁多的NC文件中找到想要使用的NC文件及其相關(guān)的詳細信息，而不必在一大堆字符中花費長時間進行查尋、分析這些程序的功用而大傷腦筋了。調(diào)用時也非常方便，進入機床控制系統(tǒng)后，只要是以NC為擴名的NC程序文件都可以直接調(diào)用。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)功能較為完善、適于教學(xué)的使用。其中語法診斷和模擬示教功能可以使學(xué)生進行人機交互式學(xué)習(xí)。即由學(xué)生輸入NC程序，在模擬運行過程中，系統(tǒng)能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示和最終加工的立體效果，再由學(xué)生經(jīng)過簡單判斷就能很容易地發(fā)現(xiàn)和修改NC程序的錯誤，從而避免教師直接面對學(xué)生的指責(zé)傷害學(xué)生的自尊，也大大減輕了教師批改學(xué)生NC程序作業(yè)時的繁重負擔(dān)，使教師能夠集中精力以幫助學(xué)生解決實際問題，保證了教學(xué)質(zhì)量，使教學(xué)效果得到顯著提高。

4.在虛擬實踐教學(xué)過程中應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)可降低訓(xùn)練成本提高訓(xùn)練效率和安全性

數(shù)控機床是一種較為昂貴的機電一體化的新型設(shè)備,它具備“高速、高效、高精度”的特點。引入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進行技能操作,可以大大降低實訓(xùn)的消耗。應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)可以減少考生占用數(shù)控機床的時間約50%,學(xué)生可以將編程與程序校驗時間放在計算機上完成,然后通過數(shù)據(jù)傳輸將所編程序輸入數(shù)控機床,對零件進行加工,安全性及效率均大為提高。在操作方面，由于數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，并且使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學(xué)生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗和教訓(xùn)。所以說它是初學(xué)者理想的實驗、實踐工具，只要經(jīng)過短期的專門訓(xùn)練，學(xué)生很快就能夠適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的實際操作方法，從而為以后的技能的進一步深造打下了堅實的基礎(chǔ)。

二、數(shù)控仿真軟件在虛擬實踐教學(xué)過程中常存在的問題及解決措施

作為一個仿真軟件，它和實際機床還是有一定區(qū)別的，無法真正代替實際機床，加工時也會存在一定的問題，現(xiàn)將常見問題及解決措施加以對照。

數(shù)控加工仿真軟件只是對加工過程的模擬,并非真實的加工過程。它無法替代學(xué)生在真實切削加工時的實際感受,尤其在切削用量的選擇方面,仿真軟件只能在切削深度過大時才予以“報警”,而對我們在實際操作中認為過大的切削量,仿真系統(tǒng)是無法控制和檢測出來的。長此下去,易使學(xué)生養(yǎng)成工作輕率的壞毛病,往往忽視對切削用量、刀具選擇、零件裝夾等關(guān)鍵因素的考慮。而這樣的程序一旦用于實際操作,就很容易出現(xiàn)打刀、撞車的情況或影響零件的加工質(zhì)量,繼而影響到實習(xí)或生產(chǎn)效率。對此,教師應(yīng)引起足夠重視,合理安排仿真軟件與實際操作的時間和順序。

目前我國數(shù)控加工仿真軟件的功能與國外較成熟的數(shù)控仿真軟件相比還有一些差距,如運行速度較慢,性能不夠穩(wěn)定,有些指令不能執(zhí)行等問題。這些都可能使學(xué)生產(chǎn)生焦躁情緒甚至偏激行為,如亂按功能鍵、亂敲擊鍵盤等,常常導(dǎo)致計算機出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象。因此,教師應(yīng)熟悉軟件的主要缺陷,提前告知學(xué)生,并積極與軟件設(shè)計方聯(lián)系,及時予以改進。

有些學(xué)生自控能力較差,長時間使用仿真軟件教學(xué)會使學(xué)生產(chǎn)生惰性而懶于上數(shù)控機床操作,個別學(xué)生甚至還會趁機上網(wǎng)或玩游戲。這就要求教師加強責(zé)任心,提高管理水平,改進教學(xué)方法,減少數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的負效應(yīng)。

［1］黃志輝.數(shù)控加工編程與操作［M］.北京：電子工程出版社，2008，（8）.

［2］朱麗軍.數(shù)控仿真應(yīng)用軟件實訓(xùn)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008，（5）.

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