數控機床仿真在數控教學(xué)中的引用的優(yōu)秀論文
摘 要：本文結合當今數控機床仿真軟件的出現和我單位數控加工教學(xué)和培訓的職能，及數控機床操作培訓事故率多、對機床損壞大等特點(diǎn)論述對于初次接觸數控機床的學(xué)生和學(xué)員結合數控機床仿真軟件來(lái)進(jìn)行基本操作培訓。
關(guān)鍵詞：虛擬數控機床 數控教學(xué)與培訓 虛擬現實(shí) 仿真
0 引言
隨著(zhù)數控加工在機械制造業(yè)中的廣泛應用，數控操作者的大量培訓便成為迫切的問(wèn)題。在傳統的操作培訓中，數控編程和操作的有效培訓必須在實(shí)際機床上進(jìn)行，這既占用了設備加工時(shí)間，又具有風(fēng)險，培訓中的誤操作經(jīng)常會(huì )導致昂貴設備的損壞。
隨著(zhù)計算技術(shù)的發(fā)展，尤其是虛擬現實(shí)技術(shù)和理念的發(fā)展，產(chǎn)生了可以模擬實(shí)際設備加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真培訓系統。它用計算機仿真培訓系統進(jìn)行培訓，不僅可迅速提高操作者的素質(zhì)，而且安全可靠、費用低。
與科學(xué)幻想相似，想象力和技術(shù)的相互結合造就了虛擬現實(shí)。培根在13世紀寫(xiě)的沒(méi)有馬的轎車(chē)和配備動(dòng)力的機械的科幻故事就是這類(lèi)結合的早期見(jiàn)證，凡爾納在19世紀寫(xiě)了火箭和潛水艇的預言性科幻小說(shuō)，特別是一些科幻作家們已做出的各種利用虛擬現實(shí)的基本概念的設想正在逐步變成了具體化。上世紀內所建樹(shù)的幾個(gè)技術(shù)性里程碑使得虛擬現實(shí)成為可能，電話(huà)、無(wú)線(xiàn)電、電視、半導體三極管和集成電路(微處理器芯片)和液晶顯示器。尤其是計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。一些早期的仿真嘗試(例如第一臺飛行模擬器、立體電影、電視游戲等)都已成為當今虛擬現實(shí)仿真的先驅。當然虛擬現實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程與電子學(xué)以及計算機產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展是分不開(kāi)的。
目前在國內已經(jīng)有少數高等院校將計算機仿真初步運用于數控操作人才培訓的教學(xué)之中，也產(chǎn)生了各種仿真教學(xué)系統。這些教學(xué)系統既能單機系統獨立運行，又能在線(xiàn)運行。獨立運行即機床模型方式，其培訓設施只需一臺微機，數控機床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進(jìn)行，而零件切削過(guò)程由機床模型三維動(dòng)畫(huà)演示，用這種方式進(jìn)行初步培訓是經(jīng)濟有效的；在線(xiàn)運行即機床工作方式，這種方式下教學(xué)系統將與實(shí)際機床連接，由硬件實(shí)現零件切削過(guò)程，這時(shí)除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實(shí)際機床的真實(shí)情況一樣，簡(jiǎn)單來(lái)講就是利用計算機和其他的專(zhuān)用硬件軟件去產(chǎn)生一種真實(shí)場(chǎng)景的仿真，參與者可以通過(guò)與仿真場(chǎng)景的交互來(lái)體驗一種接近于真實(shí)的場(chǎng)景的感覺(jué)。因此能進(jìn)一步培訓操作者的實(shí)際工作技能。
數控仿真系統的核心是虛擬數控機床，而虛擬數控機床又是虛擬制造技術(shù)中的一個(gè)執行單元，它不僅在數控加工過(guò)程中為產(chǎn)品設計提供了可制造性的分析，而且在數控系統的學(xué)習和培訓中，為各類(lèi)學(xué)校和企業(yè)技術(shù)人員提供了完善的學(xué)習和培訓。該類(lèi)系統完全模擬零件的切削過(guò)程，能檢驗數控指令正確與否，提供一套功能齊全的調試、編輯、修改和跟蹤執行等功能。
1 虛擬數控系統功能
虛擬數控機床實(shí)際上是虛擬環(huán)境中數控機床的模型。與真實(shí)機床相比，虛擬數控機床應具有以下功能：
虛擬數控機床應具有與真實(shí)機床完全相同的結構。虛擬數控機床能模仿真實(shí)機床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導致某種結構和信息的失真或丟失．并應與真實(shí)機床有完全相同的界面風(fēng)格，為技術(shù)人員的學(xué)習和培訓提供保證。
虛擬數控機床強大的網(wǎng)絡(luò )功能，為遠程教育提供可能。
完善的圖形和標準數據接口。用戶(hù)既能在真實(shí)的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀(guān)察它的各種遠行參數，并能與其他CAD／CAM軟件接口。
3 平臺的購建
虛擬數控機床是如何實(shí)現這些功能的呢？它一般是通過(guò)以下的構建平臺來(lái)實(shí)現。
�、貼c解釋平臺 NC解釋平臺包括NC解釋器和NC驗證器。任務(wù)分配數據庫從任務(wù)調度中接受數控代碼并將其翻譯為虛擬機床的部件、刀具等運動(dòng)的信息，并將其通過(guò)計算模塊來(lái)模擬機床的響應，NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數控機床的CNC控制器。
�、贜C驗證器，能夠驗證NC代碼的語(yǔ)法正確性。
�、鄣毒邘� 刀具庫應包括一臺數控機床所需的刀具，并能自由配置刀具庫中的刀具號．從而能模擬任何一種數控機床的換刀形式。
�、芊抡嫫脚_ 仿真平臺包括刀具軌跡仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三維動(dòng)畫(huà)仿真、加工工時(shí)統計分析，仿真平臺是虛擬數控機床的核心技術(shù)。操作者可以在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行機床運動(dòng)和切削過(guò)程等的仿真，從中獲得相關(guān)的加工數據。如進(jìn)給軸的位移量、換刀狀態(tài)、主軸轉速、加速度、進(jìn)給量、加工時(shí)間等。通過(guò)加工過(guò)程的仿真，了解所設計工件的可加工性，驗證NC代碼的正確性以及評價(jià)和優(yōu)化加工過(guò)程，并通過(guò)在線(xiàn)修改NC代碼來(lái)優(yōu)化NC代碼。
�、萦嬎闫脚_ 計算平臺用來(lái)完成虛擬數控機床中各種計算，如根據NC代碼計算加工零件新的幾何形狀，根據刀具的材料、運行時(shí)間、零件的材料性質(zhì)和潤滑介質(zhì)的性質(zhì)計算刀具的補償量和熱補償量。這些計算結果是虛擬數控機床在應用于虛擬制造過(guò)程中的加工方案評價(jià)以及可制造性分
析所必須的。
�、拊O計開(kāi)發(fā)平臺 虛擬數控機床的設計平臺是一個(gè)面向對象的數控軟件庫及其開(kāi)發(fā)環(huán)境。通過(guò)對數控軟件的標準化、規范化研究和其它CAD／CAM軟件的數據交換，并對典型的零件進(jìn)行封裝，設計成具有穩定、通用接口的可重用的軟件。
�、卟僮鬟\行平臺和監控平臺 在虛擬環(huán)境中完全實(shí)現真實(shí)機床的操作，讓使用者完全感受到真實(shí)機床的運行特性。在這些基礎上的監控硬件和軟件，用來(lái)控制簡(jiǎn)易機床．增加虛擬數控機床的真實(shí)感．并且可以進(jìn)行典型零件的實(shí)驗性試切加工，讓使用者有一種身臨其盡的感覺(jué)。尤其是在數控教學(xué)和培訓過(guò)程中，初學(xué)數控編程者需要大量的編程練習，并進(jìn)行實(shí)際調試。用試切法來(lái)檢驗數控加工程序顯然不合理，而且也難于實(shí)現。如果利用仿真技術(shù)，這些問(wèn)題可以輕松得到解決，從而避免編程時(shí)人為出錯或工藝不合理造成工件報廢。
4 總結
鑒于虛擬數控機床具備的功能，針對目前我單位數控教學(xué)課程和參加數控實(shí)習學(xué)生人數的增多，及數控設備較為精密、昂貴的特點(diǎn)。把數控加工仿真軟件引入教學(xué)之中，用于數控機床操作與編程培訓，這樣既可以避免因誤操作造成價(jià)格昂貴的數控機床的損壞，又可以使操作人員在對仿真數控機床操作過(guò)程中產(chǎn)生臨場(chǎng)感和真實(shí)感。而且能夠讓同學(xué)們更快地熟悉和了解數控加工的工作過(guò)程，并且掌握每種數控機床的基本操作。更大的好處是在實(shí)現了同樣效果的情況下將加工出錯及事故發(fā)生率降低到了最小程度。
我單位目前的硬件設施基本具備，包括微機房、局域網(wǎng)和各類(lèi)數控機床等。不久的將來(lái)在校園網(wǎng)接通之后，這種教學(xué)方式確實(shí)很有可能成為現實(shí)。尤其是在北航工程訓練中心開(kāi)設遠程教育課程之后，相信這種教學(xué)方式必將成為一種必要的教學(xué)手段。
參 考 文 獻：
1．曾小惠，吳明華，潘鐵虹．在線(xiàn)數控加工仿真教學(xué)系統的實(shí)現，1998
2．余勤科，岳應娟，劉宏．虛擬數控機床技術(shù)及其應用，2000
3．王曉楠，王仲海．虛擬現實(shí)技術(shù)及其應用，2002
【數控機床仿真在數控教學(xué)中的引用的優(yōu)秀論文】相關(guān)文章：
數控機床實(shí)習報告02-01
數控機床的實(shí)習報告09-21
數控機床實(shí)習報告11-01
數控機床實(shí)習報告08-27
數控機床實(shí)習報告09-21
數控機床改造論文10-14
數控機床的實(shí)習報告11-15
數控機床發(fā)展史04-07
數控機床故障的分析及處理09-01