張志娟

（河南經(jīng)濟貿(mào)易技師學院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

在現(xiàn)在高新技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)作為工業(yè)重要的一項技術(shù)，得到了充足的發(fā)展，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)越來越復雜，構(gòu)造越來越緊密，導致在數(shù)控維修的教學方面也越來越艱難，不能深入地剖析數(shù)控機床的內(nèi)部構(gòu)造，故障原因。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是依托于計算機技術(shù)的模擬性的技術(shù)，有著很強的逼真性，因此在教學方面，尤其是實訓教學方面有著非常好的實用性虛擬數(shù)控機床就是在這種情況下，誕生的一項專門解決數(shù)控維修教學難題的一門技術(shù)。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)和虛擬數(shù)控機床的概念

嚴格說來，虛擬技術(shù)就是計算機的高級技術(shù)，與其他計算機技術(shù)不同的是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅包括計算機仿真技術(shù)，也幾乎囊括了現(xiàn)實中所有的環(huán)境以及對環(huán)境的感知能力，包括最基本的視覺感知和運動感知，還包括聽覺感知和觸覺感知，實現(xiàn)對預想的環(huán)境進行現(xiàn)實化的模擬。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的目的就是身臨其境，達到人們的大腦無法區(qū)分現(xiàn)實和虛擬的地步，但以現(xiàn)階段而言，這幾乎是不可能完成的任務。目前所使用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)設備主要分為兩大類，一類是借助于外部的硬件進行輔助計算，另一類是通過內(nèi)置的硬件獨立完成工作。借助外部的硬件進行運算和工作的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，需要連接超高頻率和超高運算能力的計算機才能進行工作，比較常用的是Oculus Rift 和HTC Vive。相對來說，依托內(nèi)部硬件進行運算的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，擁有較強的獨立性，不需要其他外在硬件或者軟件的輔助運行，有著很多的便利性。但是此類的設備涉及到三維計算機圖形和廣角立體現(xiàn)實技術(shù)，也涉及計算機視覺技術(shù)和仿真技術(shù)，追蹤技術(shù)和網(wǎng)絡、語音的傳輸技術(shù)，是多種領(lǐng)域的結(jié)合。虛擬數(shù)控機床就是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的一個仿真模擬性的一個環(huán)境，并通過計算機的界面的完美的呈現(xiàn)數(shù)控機床在生產(chǎn)、加工、制造等方面的過程。虛擬數(shù)控還能夠輕易的檢測到在數(shù)控生產(chǎn)中的故障或者是違規(guī)的操作，也能夠檢測出數(shù)控機床出現(xiàn)故障的位置和零件部位，幫助工作人員快速找到維修的位置?？上攵摂M數(shù)控機床在數(shù)控維修教學中有著怎樣的便捷性，不僅成本低廉，還能夠針對各式各樣的故障，模擬真實的環(huán)境，分析故障的原因，解析維修的方法。

2 數(shù)控機床維修教學的問題

（1）教學的設備跟不上。數(shù)控機床作為超大型的設備，每次的運行都需要多種設備共同作用，尤其是模具的更換，需要塔吊配合和人員的安排。雖然在數(shù)控機床的維修教學中不存在配合上的問題，但是現(xiàn)階段工業(yè)中所使用的機床都是非常先進的，而在教學中的使用的數(shù)控機床一般都非常的簡陋。要么年代久遠，要么是屬于低端的一個設備，并且各類機床的種類也非常的少，不能夠滿足教學的使用。尤其數(shù)控機床的成本較高且運輸也比較困難，因此，導致在數(shù)控維修教學的工程中，各類數(shù)控設備趕不上維修教學的進度。除此之外，在數(shù)控機床維修教學的實訓方面，教學所需要的實訓設備或者工具存在著缺失，大部分使用的都是因為設備或零件故障拆卸下來的，然后直接運用教學中。導致維修教學所能夠使用的零件非常的少，種類也非常的奇缺，如主軸箱和刀架，機械手和液壓站，還有傳動系統(tǒng)等，都存在著一定程度的缺失。再加上稅控技術(shù)發(fā)展的日新月異，很多的部件和設備，都想多元化和復合化方面發(fā)展，不管是在精度還是在結(jié)構(gòu)上，都有著非常明顯的變化，與教學所使用的有著很大的出入。在這種情況的發(fā)展下，導致數(shù)控機床維修教學的效果并不好。

（2）電氣連接的問題。數(shù)控機場中的電氣連接種類復雜，元件繁多，造成傳統(tǒng)的數(shù)控機床的電氣連接以及不在適合機床維修教學的要求。雖然現(xiàn)在很多學校在數(shù)控維修的教學課程中，都有電氣連接的課程，但是由于電氣連接系統(tǒng)復雜，數(shù)控系統(tǒng)也需要多次更換電纜，伺服系統(tǒng)也是需要進行多次電纜的更換，整體的維修工作量非常大，也限制了學生上手操作的次數(shù)。除此之外，由于科技的發(fā)展，迫于成本，數(shù)控維修教學不可能一直進行設備的更新，使得在教學設施上除了維修設備不達標之外，在場地、設備多樣性及設備組合性方面也存在著很大的不足，與高效率的教學理念形成嚴重的沖突。

3 虛擬數(shù)控機床在數(shù)控機床維修中的應用

（1）設備的模擬和維修環(huán)境的模擬。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著強大的視覺技術(shù)和觸覺反饋的技術(shù)，在使用的過程中，能夠?qū)?shù)控機床的零件進行觸覺的一個反饋。這樣對學生對數(shù)控機床維修的環(huán)境進行模擬，不僅沒有場地的困擾，還能夠滿足新手在數(shù)控維修中有真實的維修感覺和親身參與的滿足感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用，不僅節(jié)省了大量的練習時間，也不會受到設備老化或者跟不上時代變化的印象，只需要將數(shù)據(jù)輸入即可。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是通過界面程序指令的輸入，將電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后進行識別，實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機技術(shù)的結(jié)合。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)?shù)控維修的環(huán)境進行模擬，并精準地傳遞給參與維修的學員，帶來現(xiàn)實的感知力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)對外界環(huán)境的模擬數(shù)控機床在維修中和維修后真實的運行狀態(tài)的變化，也能模擬數(shù)控維修人員真實的維修情況，也能對數(shù)控維修大環(huán)境的情況進行模擬。并且虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以通過聲音傳導技術(shù)與維修的設備進行連接，能夠給駕駛?cè)吮普娴木S修環(huán)境，非?？简烋{駛員的應急處理能力。

（2）虛擬電子技術(shù)試驗。虛擬電子技術(shù)，是利用計算機技術(shù)與仿真軟件相結(jié)合，打造的一個能夠?qū)﹄娐返倪\行和功能進行試驗環(huán)境，達到所需要的實驗結(jié)果。但是在實際的教學實踐中，仿真軟件的元件庫一般是由晶體管和阻容元件，數(shù)字門電路芯片和集成電路等多種電氣元件組成，而儀器庫又包含示波器和數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和數(shù)字多用表等多種一起組成，只需接通開關(guān)即可。虛擬電子技術(shù)是對傳統(tǒng)實驗的一個結(jié)果驗證的補充，相對來說，虛擬電子技術(shù)操作性強，參與性強，而且告訴快捷，帶給一種全新的教學方式。

（3）虛擬數(shù)控機床在虛擬安裝拆卸中的應用。安裝和拆卸都是在數(shù)控機床維修的基礎(chǔ)，也是數(shù)控維修教學的重中之重，而這也是在教學中非常困難的一個問題。由于以往的教學都是以實物為準，但是由于機床非常的沉重，面積也非常的大，導致在實際的教學中，需要協(xié)同合作，造成再教育中學生的注意力被分散，不能夠達到最大的教學效果。除此之外，拆卸和安裝的零件的體系不同，有大有小，不能夠直觀地給學生展示。而采用虛擬數(shù)控機床技術(shù)就能夠完美避開以上的問題，可以直接實現(xiàn)功能部件的3D 安裝和拆卸，而教師只需要進行簡單的引導，在學生完美地進行整個安裝和拆卸的過程，不僅簡單省事，更加清晰直觀的展示零部件的結(jié)構(gòu)，加強了學生的實際動手能力。除此之外，虛擬數(shù)控機床的運用還創(chuàng)造了一個完美的實訓環(huán)境，解決了機床數(shù)量、種類、功能等方面的運用。

（4）虛擬數(shù)控機床在虛擬電氣連接中的應用。虛擬數(shù)控機床能夠設置虛擬的示波器，也能夠設置虛擬的萬能表，這些設置可以在完成電氣連接后進行電路的測試，保證設備安全的運行。從目前來看，虛擬數(shù)控機床能夠解決大部分的數(shù)控電氣連接中的問題，足以應對數(shù)控機床維修教學的全部要求，大大地提升了教學的效果。虛擬數(shù)控機床，可以利用計算機技術(shù)與仿真軟件相結(jié)合，打造一個能夠?qū)﹄娐返倪\行和功能進行試驗環(huán)境，達到所需要的實驗結(jié)果。但是在實際的教學實踐中，仿真軟件的元件庫一般是由晶體管和阻容元件，數(shù)字門電路芯片和集成電路等多種電氣元件組成，而儀器庫有包含示波器和數(shù)字信號發(fā)生器，邏輯分析儀和數(shù)字多用表等多種一起組成，只需接通開關(guān)即可。虛擬電子技術(shù)是對傳統(tǒng)實驗的一個結(jié)果驗證的補充，相對來說，虛擬數(shù)控機床操作性強，參與性強，而且告訴快捷，帶給一種全新的教學方式。

4 結(jié)語

數(shù)控機床隨著時代的發(fā)展和科技的進步，已經(jīng)向多個領(lǐng)域滲透，在多個領(lǐng)域都扮演著非常重要的角色。但由于數(shù)控機床設備精密程度高，傳統(tǒng)的數(shù)控維修教學難以促使學生直觀的觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成教學質(zhì)量較差且此效果。虛擬數(shù)控機床的運用則有效地解決了上述問題，在課堂輔助教學、虛擬裝拆、虛擬電氣連接、故障診斷中均取得了理想的效果，為數(shù)控維修教學取得理想效果、提高教學效率，具有重要的推廣使用價值。