虛擬軟件在數(shù)控車床實訓教學中的應用

李昇　王繼勝

[摘要]在傳統(tǒng)的實習教學中，職業(yè)學校要提供足夠的資金來保證實習設備和材料的消耗。實習消耗過大，是困擾實習教學的主要原因。隨著計算機應用在教學中的普及，把虛擬軟件引入實習教學，既可以完善教學內(nèi)容，又可以節(jié)能降耗。本文從虛擬軟件應用于實訓教學的優(yōu)勢、以及如何把虛擬軟件引入實訓教學進行了探討。

[關鍵詞]職業(yè)學校；實訓教學；數(shù)控；虛擬；仿真

[中圖分類號]G71 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0070-01

前言

隨著數(shù)控加工在機械制造業(yè)中的廣泛應用，數(shù)控操作人員的大量培訓便成為迫切的問題。在傳統(tǒng)的操作培訓中，數(shù)控編程和操作的有效培訓必須在實際機床上進行，這既占用了設備加工時間，又具有風險，培訓中的操作失誤常會導致昂貴設備的損壞。為此，許多學校想出了多種辦法來降低實習消耗，比如高消耗性實習課題不開或盡量少開、或者減少學生實習時間和實習工位，或者在材料的重復利用上做文章。

我校的數(shù)控加工專業(yè)，積極進行數(shù)控加工技術教學模式的改革及虛擬軟件在數(shù)控教學中的應用研究，取得了很好的教學效果，足以滿足社會對數(shù)控加工人才的需求。得到了學生、家長和社會的認可，使數(shù)控專業(yè)成為我校的重點專業(yè)。

1 什么是虛擬軟件

基于虛擬現(xiàn)實的仿真軟件，就是數(shù)控加工虛擬軟件。這種富有價值的虛擬技術起源于美國九十年代初，它可以挖掘傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的潛力，提升其層次。虛擬現(xiàn)實技術在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上的價值體現(xiàn)在：用于產(chǎn)品設計與制造，可以避免開發(fā)新產(chǎn)品的風險，有效降低成本；用于產(chǎn)品的演示，借助于多媒體效果可吸引顧客、爭取訂單；可將“虛擬設備”用于培訓來加強員工的熟練操作程度，提高培訓的效率，降低培訓的成本。

2 我國仿真技術目前的現(xiàn)狀

我國計算機仿真應用開發(fā)較早，目前許多職業(yè)學校參加數(shù)控實習的學生日益增多。由于數(shù)控設備精密、昂貴的特點，把數(shù)控加工仿真技術引入教學，用于數(shù)控機床操作與編程的培訓，這樣既可以避免因誤操作造成數(shù)控機床的損壞，又可以使學生在對仿真數(shù)控機床操作過程中產(chǎn)生真實感。而且能夠讓學生們更快地熟悉和了解數(shù)控加工的整個過程，并且掌握每種數(shù)控機床的基本操作。最重要的是在不影響教學效果的前提下把事故發(fā)生率降到了最低。目前適用于實習教學的仿真軟件還不是很多，在數(shù)控CNC仿真和電氣仿真中較為集中，部分正版軟件價格昂貴。但可以肯定的是，職業(yè)學校實習仿真類軟件將具有較大的應用需求和發(fā)展空間。

3 字龍仿真軟件的加工仿真流程

宇龍仿真軟件是上海宇龍軟件工程有限公司開發(fā)的，是一個應用虛擬現(xiàn)實技術于數(shù)控加工操作技能培訓和考核的仿真軟件。宇龍仿真軟件的運行環(huán)境要求：（1）采用客戶機服務器結(jié)構(gòu)，運行于局域網(wǎng)系統(tǒng)，安裝有TCP/IP協(xié)議；（2）主機：CPU PII 350以上、主內(nèi)存64MB、顯示內(nèi)存8MB、顯示分辨率1024 X 768；（3）操作系統(tǒng)：中文版WINDOWS 98，WINDOWS2000，WINDOWS XP。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)包括四個部分：（1）NC代碼詞法及分析、刀具加工軌跡仿真、刀具加工過程仿真和刀具干涉碰撞檢查。（2）首先仿真系統(tǒng)通過對NC程序進行掃描分析，完成對NC程序的編譯解釋和對NC程序的語義分析與坐標變換，此后，生成一個NC坐標信息文件。（3）其次NC坐標文件解釋程序從NC坐標信息文件中讀取加工仿真所需的刀具信息、刀具運動指令及坐標信息，并從刀具庫中讀取相應的加工刀具信息。（4）最后調(diào)用相應的加工仿真算法，完成零件的刀具軌跡仿真、加工過程仿真和干涉碰撞檢查等仿真過程。在加工仿真時既可以進行數(shù)控代碼的全過程仿真，也可以進行單工步加工仿真，具有很大的靈活性。

4 字龍仿真軟件在數(shù)控車床實訓教學中的應用

4.1 通過數(shù)控仿真軟件組織引導教學

由于數(shù)控實訓是學生是第一次接觸數(shù)控機床，所以對數(shù)控是什么、具體要實習什么，他們一無所知，所以教師要了解學生現(xiàn)在的思想、學習狀況，直觀詳細的引導。如在數(shù)控車實訓中的對刀，對刀是數(shù)控車實習的一個難點，對于一個初學者來說，心里難免有點緊張，看到這么龐大的機器、快速旋轉(zhuǎn)的主軸，不敢接觸，生怕誤操作帶來機床或人身的傷害。這時作為教師要能想到利用學生已熟悉的東西來變向引導他，比如可以借助計算機，用計算機中的宇龍仿真軟件，模擬實際機床的對刀，首先可以選擇和實際相同的刀具和毛坯，然后開動機器利用手動和手輪慢慢讓旋轉(zhuǎn)的刀具和工件相碰，得到所需要的零件零點的坐標。通過仿真對刀操作可以節(jié)約時間避免機器和人員的傷害而且我們可以更進一步的了解機床面板各鍵的操作和含義并可掌握手輪的應用。

4.2 數(shù)控仿真軟件在教學中的作用

數(shù)控仿真軟件的應用改變了傳統(tǒng)的教學模式，對教學效果產(chǎn)生了積極的影響，主要表現(xiàn)在以下方面：

仿真實習能創(chuàng)造一個與實際近乎相同的環(huán)境。如上海宇龍公司研制的數(shù)控機床加工仿真系統(tǒng)，仿真操作面板與機床實際操作面板可以完全相同，仿真操作與實際機床操作在面板控制部分近乎完全一致。它可以實現(xiàn)對數(shù)控車床的加工零件進行完全『方真，其中包括毛坯屬性、刀具和夾具的選用、零件的測量、數(shù)控程序的輸入、編輯和調(diào)試。擁有發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)、西門子數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控系統(tǒng)，具有多系統(tǒng)及多機床的加工仿真模擬功能，該軟件的獨創(chuàng)性已經(jīng)達到了國內(nèi)外領先水平。通過軟件，學生可以從任意角度觀察數(shù)控機床的加工過程，加工的毛坯變?yōu)槌善返倪^程歷歷在目，仿真過程形象生動。

數(shù)控加工仿真軟件不會對操作對象如數(shù)控車床、工件及刀具等造成物理損害，不會由于誤操作危害到學生的人身安全，更不會造成機床損壞，如撞刀、撞機床等事故。而且仿真加工過程中的燈光顏色、聲音、文字信息等報警，完全可以對學生的危險操作進行及時提醒和糾正。學校引入仿真實習，最根本的好處是對原材料、工卡量具、測量設備的節(jié)約。數(shù)控仿真中，虛擬毛壞替代實際材料，虛擬冷卻液替代實際冷卻液，極大降低實習消耗，且刀具不會因為進給量過大而損壞。由于數(shù)控機床屬于機械加工中的高端設備，當然價格不菲，數(shù)控機床的加工操作若完全采用真實的設備進行實習，投人大、消耗多，即使是有實力的職業(yè)學校和企業(yè)都無力承擔起這種消耗與投入。如果采用仿真模擬實習，可為學校節(jié)約不小的開支和場地。

5虛擬軟件引入教學后的注意事項

虛擬軟件，是一種創(chuàng)新的教學方式，可以給實習教學帶來很大的改變。但我們不得不承認，虛擬軟件畢竟不是對真正的設備進行操作，真實的設備本身具有不可替代性。必須注意，采用虛擬軟件后，真實的實習過程可縮短但決不能完全拋開。

學校引入虛擬軟件，應做為節(jié)能降耗的手段，在一定工種范圍內(nèi)進行。無論哪個工種采用仿真輔助實習，都要給學生安排必須的實際設備操作實習，一方面讓學生掌握實際操作，另一方面也是對虛擬軟件的檢驗。同時，虛擬軟件對學生所產(chǎn)生的安全觀念淡簿的影響，只有通過實際的設備操作才能改善。

結(jié)論

社會在不斷發(fā)展，職業(yè)學校的實習教學不應該總停留在傳統(tǒng)的實習模式上。抓住科技發(fā)展帶來的契機，合理引入虛擬軟件，利用先進的科技手段為學校節(jié)能降耗，從而節(jié)約辦學資金，提高辦學效率，全面加強學校在市場經(jīng)濟下的綜合競爭力。

參考文獻

[1]張愛英，等，宇龍仿真軟件在數(shù)控實習教學中的應用[J]機電技術，2011

[2]許晶，等，數(shù)控車削加工仿真技術研究與實現(xiàn)[J]中國高新技術企業(yè)，2009