高艷平

(天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津市 300131)

數(shù)控加工動態(tài)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用研究

高艷平

(天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津市 300131)

數(shù)控加工動態(tài)仿真是應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機上對數(shù)控機床加工過程進行模擬,可以在加工前準(zhǔn)確校驗程序,避免不必要的損失。在教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控加工動態(tài)仿真系統(tǒng),可以調(diào)動學(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)控機床;動態(tài)仿真;仿真系統(tǒng);虛擬加工

一、數(shù)控機床動態(tài)仿真軟件

數(shù)控機床仿真軟件是利用計算機仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)對整個數(shù)控加工過程進行模擬,使數(shù)控加工人員得以直觀地從計算機屏幕上觀察整個加工過程,可以對操作過程進行練習(xí),從而達到驗證程序正確性和合理性、優(yōu)化NC程序以及熟練操作機床的目的。

為達到上述目的,數(shù)控機床動態(tài)仿真軟件要求實現(xiàn)實時性和動態(tài)性,即能夠?qū)C床運行及時做出反應(yīng)同時又能動態(tài)模擬整個加工過程。

1.實時性

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

2.動態(tài)性

仿真過程的動畫功能實際上是一個不斷求點并在屏幕上顯示的過程。它主要是將加工刀具和已加工圖像的變化顯示出來,同時圖像內(nèi)部動畫速度要相互匹配。這樣才能給操作人員以逼真的感受,達到虛擬加工的目的。

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

二、數(shù)控仿真軟件在高職教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上的價值體現(xiàn)之一就是用于教育。利用“虛擬設(shè)備”來增加學(xué)生的操作熟練程度,是一種富有價值的教學(xué)輔助工具。

隨著數(shù)控機床日益廣泛的應(yīng)用,掌握數(shù)控機床編程知識和操作技術(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)中占有了約來越多的比重。然而數(shù)控機床品種多、價格高,一臺數(shù)控車床或數(shù)控銑床一般需十幾萬、二三十萬,一臺數(shù)控加工中心也是少則幾十萬多則幾百萬。

數(shù)控機床的操作訓(xùn)練若完全依賴數(shù)控機床進行實訓(xùn),投入大、消耗多、成本高,而且具有一定的危險性。數(shù)控加工仿真軟件的出現(xiàn)解決了這一問題,它能使理論和實踐有效的銜接,打破了傳統(tǒng)的數(shù)控教學(xué)模式,增加了學(xué)生動手的機會,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,國外的軟件所能適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床不多,不適合中國國情,國內(nèi)目前比較常見的有南京宇航、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)軟件是國家“863”計劃課題項目之一,由中國南京宇航自動化技術(shù)研究所于1995年推入市場。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、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)》

該軟件是一個應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(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、夾具刀具定義與選用,零件基準(zhǔn)測量和設(shè)置,數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試,對刀和操作面板的訓(xùn)練等。該軟件具有多系統(tǒng)、多機床、多零件的加工仿真模擬功能,同時還具有在真實設(shè)備上無法實現(xiàn)的三維測量功能,操作的安全性很高,不會因為學(xué)生的錯誤操作而造成人身傷害,更不會損壞機床;利用網(wǎng)絡(luò)可以搭建交流的平臺,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

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

上述軟件都在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互,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越強大,操作界面越來越給人以真實感,而且?guī)缀跄依怂谐Ｓ玫臄?shù)控系統(tǒng),成為了數(shù)控機床操作與編程初學(xué)者的好幫手。

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

利用計算機仿真加工可帶來許多新的優(yōu)點和用途,實現(xiàn)一些以前無法完成的工作,如可以預(yù)先對加工結(jié)果進行估計,統(tǒng)計各種加工數(shù)據(jù)并對加工過程進行優(yōu)化。計算機仿真加工系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)中,更可以起到增加學(xué)生動手的機會、提高操作熟練程度的作用,同時在一定程度上可以降低辦學(xué)成本。用計算機仿真加工系統(tǒng)來編輯和校驗程序不占用機床工時,同時可視性強并且安全可靠。

但是數(shù)控加工仿真系統(tǒng)無法代替學(xué)生在真實切削加工的實際感受,尤其是切削用量的選擇,它無法進行控制,只能對切削深度過大時加以限制。學(xué)生在應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進行編程與操作訓(xùn)練時,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)用在實際中便可能出現(xiàn)打刀或影響實際零件的加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)效率等問題。

另外利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件進行技能訓(xùn)練時容易使學(xué)生對計算機產(chǎn)生依賴心理,沉迷于仿真加工,而疏于上數(shù)控機床操作。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)軟件進行技能訓(xùn)練的時間,仿真訓(xùn)練與操作訓(xùn)練在后階段應(yīng)穿插進行,通過實際數(shù)控機床的操作訓(xùn)練、綜合課題的訓(xùn)練,以及下廠實習(xí)來解決彌補以上的不足。

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

[2]陳國慶,沈先君.數(shù)控機床仿真在數(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,天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師,從事機械電子工程教學(xué)工作。