淺談數(shù)控維修教學(xué)中虛擬數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用

張志娟

（河南經(jīng)濟(jì)貿(mào)易技師學(xué)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(xiàng)技術(shù)，得到了充足的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，構(gòu)造越來越緊密，導(dǎo)致在數(shù)控維修的教學(xué)方面也越來越艱難，不能深入地剖析數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部構(gòu)造，故障原因。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)的模擬性的技術(shù)，有著很強(qiáng)的逼真性，因此在教學(xué)方面，尤其是實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面有著非常好的實(shí)用性虛擬數(shù)控機(jī)床就是在這種情況下，誕生的一項(xiàng)專門解決數(shù)控維修教學(xué)難題的一門技術(shù)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬數(shù)控機(jī)床的概念

嚴(yán)格說來，虛擬技術(shù)就是計(jì)算機(jī)的高級技術(shù)，與其他計(jì)算機(jī)技術(shù)不同的是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅包括計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，也幾乎囊括了現(xiàn)實(shí)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(yùn)動感知，還包括聽覺感知和觸覺感知，實(shí)現(xiàn)對預(yù)想的環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)實(shí)化的模擬。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的就是身臨其境，達(dá)到人們的大腦無法區(qū)分現(xiàn)實(shí)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(wù)。目前所使用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備主要分為兩大類，一類是借助于外部的硬件進(jìn)行輔助計(jì)算，另一類是通過內(nèi)置的硬件獨(dú)立完成工作。借助外部的硬件進(jìn)行運(yùn)算和工作的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，需要連接超高頻率和超高運(yùn)算能力的計(jì)算機(jī)才能進(jìn)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(jìn)行運(yùn)算的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，擁有較強(qiáng)的獨(dú)立性，不需要其他外在硬件或者軟件的輔助運(yùn)行，有著很多的便利性。但是此類的設(shè)備涉及到三維計(jì)算機(jī)圖形和廣角立體現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也涉及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和仿真技術(shù)，追蹤技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)、語音的傳輸技術(shù)，是多種領(lǐng)域的結(jié)合。虛擬數(shù)控機(jī)床就是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的一個(gè)仿真模擬性的一個(gè)環(huán)境，并通過計(jì)算機(jī)的界面的完美的呈現(xiàn)數(shù)控機(jī)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(jī)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?，虛擬數(shù)控機(jī)床在數(shù)控維修教學(xué)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(shí)的環(huán)境，分析故障的原因，解析維修的方法。

2 數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)的問題

（1）教學(xué)的設(shè)備跟不上。數(shù)控機(jī)床作為超大型的設(shè)備，每次的運(yùn)行都需要多種設(shè)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(jī)床的維修教學(xué)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(jī)床都是非常先進(jìn)的，而在教學(xué)中的使用的數(shù)控機(jī)床一般都非常的簡陋。要么年代久遠(yuǎn)，要么是屬于低端的一個(gè)設(shè)備，并且各類機(jī)床的種類也非常的少，不能夠滿足教學(xué)的使用。尤其數(shù)控機(jī)床的成本較高且運(yùn)輸也比較困難，因此，導(dǎo)致在數(shù)控維修教學(xué)的工程中，各類數(shù)控設(shè)備趕不上維修教學(xué)的進(jìn)度。除此之外，在數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)的實(shí)訓(xùn)方面，教學(xué)所需要的實(shí)訓(xùn)設(shè)備或者工具存在著缺失，大部分使用的都是因?yàn)樵O(shè)備或零件故障拆卸下來的，然后直接運(yùn)用教學(xué)中。導(dǎo)致維修教學(xué)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(jī)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(shè)備，都想多元化和復(fù)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(xué)所使用的有著很大的出入。在這種情況的發(fā)展下，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)的效果并不好。

（2）電氣連接的問題。數(shù)控機(jī)場中的電氣連接種類復(fù)雜，元件繁多，造成傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的電氣連接以及不在適合機(jī)床維修教學(xué)的要求。雖然現(xiàn)在很多學(xué)校在數(shù)控維修的教學(xué)課程中，都有電氣連接的課程，但是由于電氣連接系統(tǒng)復(fù)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(jìn)行多次電纜的更換，整體的維修工作量非常大，也限制了學(xué)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(xué)不可能一直進(jìn)行設(shè)備的更新，使得在教學(xué)設(shè)施上除了維修設(shè)備不達(dá)標(biāo)之外，在場地、設(shè)備多樣性及設(shè)備組合性方面也存在著很大的不足，與高效率的教學(xué)理念形成嚴(yán)重的沖突。

3 虛擬數(shù)控機(jī)床在數(shù)控機(jī)床維修中的應(yīng)用

（1）設(shè)備的模擬和維修環(huán)境的模擬。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著強(qiáng)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(jī)床的零件進(jìn)行觸覺的一個(gè)反饋。這樣對學(xué)生對數(shù)控機(jī)床維修的環(huán)境進(jìn)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(shí)的維修感覺和親身參與的滿足感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，不僅節(jié)省了大量的練習(xí)時(shí)間，也不會受到設(shè)備老化或者跟不上時(shí)代變化的印象，只需要將數(shù)據(jù)輸入即可。而虛擬現(xiàn)實(shí)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(jìn)行識別，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)?shù)控維修的環(huán)境進(jìn)行模擬，并精準(zhǔn)地傳遞給參與維修的學(xué)員，帶來現(xiàn)實(shí)的感知力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對外界環(huán)境的模擬數(shù)控機(jī)床在維修中和維修后真實(shí)的運(yùn)行狀態(tài)的變化，也能模擬數(shù)控維修人員真實(shí)的維修情況，也能對數(shù)控維修大環(huán)境的情況進(jìn)行模擬。并且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過聲音傳導(dǎo)技術(shù)與維修的設(shè)備進(jìn)行連接，能夠給駕駛?cè)吮普娴木S修環(huán)境，非常考驗(yàn)駕駛員的應(yīng)急處理能力。

（2）虛擬電子技術(shù)試驗(yàn)。虛擬電子技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真軟件相結(jié)合，打造的一個(gè)能夠?qū)﹄娐返倪\(yùn)行和功能進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境，達(dá)到所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是在實(shí)際的教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)的一個(gè)結(jié)果驗(yàn)證的補(bǔ)充，相對來說，虛擬電子技術(shù)操作性強(qiáng)，參與性強(qiáng)，而且告訴快捷，帶給一種全新的教學(xué)方式。

（3）虛擬數(shù)控機(jī)床在虛擬安裝拆卸中的應(yīng)用。安裝和拆卸都是在數(shù)控機(jī)床維修的基礎(chǔ)，也是數(shù)控維修教學(xué)的重中之重，而這也是在教學(xué)中非常困難的一個(gè)問題。由于以往的教學(xué)都是以實(shí)物為準(zhǔn)，但是由于機(jī)床非常的沉重，面積也非常的大，導(dǎo)致在實(shí)際的教學(xué)中，需要協(xié)同合作，造成再教育中學(xué)生的注意力被分散，不能夠達(dá)到最大的教學(xué)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(xué)生展示。而采用虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)就能夠完美避開以上的問題，可以直接實(shí)現(xiàn)功能部件的3D 安裝和拆卸，而教師只需要進(jìn)行簡單的引導(dǎo)，在學(xué)生完美地進(jìn)行整個(gè)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(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際動手能力。除此之外，虛擬數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用還創(chuàng)造了一個(gè)完美的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，解決了機(jī)床數(shù)量、種類、功能等方面的運(yùn)用。

（4）虛擬數(shù)控機(jī)床在虛擬電氣連接中的應(yīng)用。虛擬數(shù)控機(jī)床能夠設(shè)置虛擬的示波器，也能夠設(shè)置虛擬的萬能表，這些設(shè)置可以在完成電氣連接后進(jìn)行電路的測試，保證設(shè)備安全的運(yùn)行。從目前來看，虛擬數(shù)控機(jī)床能夠解決大部分的數(shù)控電氣連接中的問題，足以應(yīng)對數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)的全部要求，大大地提升了教學(xué)的效果。虛擬數(shù)控機(jī)床，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真軟件相結(jié)合，打造一個(gè)能夠?qū)﹄娐返倪\(yùn)行和功能進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境，達(dá)到所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是在實(shí)際的教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)的一個(gè)結(jié)果驗(yàn)證的補(bǔ)充，相對來說，虛擬數(shù)控機(jī)床操作性強(qiáng)，參與性強(qiáng)，而且告訴快捷，帶給一種全新的教學(xué)方式。

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，已經(jīng)向多個(gè)領(lǐng)域滲透，在多個(gè)領(lǐng)域都扮演著非常重要的角色。但由于數(shù)控機(jī)床設(shè)備精密程度高，傳統(tǒng)的數(shù)控維修教學(xué)難以促使學(xué)生直觀的觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成教學(xué)質(zhì)量較差且此效果。虛擬數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用則有效地解決了上述問題，在課堂輔助教學(xué)、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(xué)取得理想效果、提高教學(xué)效率，具有重要的推廣使用價(jià)值。