仿真軟件在數(shù)控實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

白小云

（太原理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，山西 太原 030024）

1 前言

隨著科學(xué)生產(chǎn)的快速發(fā)展和知識經(jīng)濟(jì)社會的出現(xiàn)，我國高校的大學(xué)生實(shí)訓(xùn)正在逐步實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的單一金工實(shí)習(xí)向現(xiàn)代的綜合素質(zhì)實(shí)訓(xùn)轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的以“學(xué)習(xí)工藝知識，提高動手能力”為主要理念的金工實(shí)習(xí)正朝著“學(xué)習(xí)工藝知識，提高綜合素質(zhì)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力”的目標(biāo)發(fā)展。工程訓(xùn)練中心正在朝著具有現(xiàn)代工程背景的集機(jī)械、電子、信息、系統(tǒng)和管理為一體的綜合工程實(shí)踐育者于現(xiàn)代工程背景下，通過一系列工程訓(xùn)練教學(xué)活動、科技創(chuàng)新活動和人文素質(zhì)教育活動，了解和熟悉工程的全過程，讓學(xué)生在企業(yè)管理、工程實(shí)踐能力和技術(shù)創(chuàng)新意識等諸多方面都得到全面的訓(xùn)練和提高，為學(xué)生的長期發(fā)展奠定基礎(chǔ)。這一工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)了基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性的教育內(nèi)涵，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計能力和技術(shù)創(chuàng)新能力具有極其重要的基礎(chǔ)作用。在太原理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心大學(xué)生數(shù)控實(shí)訓(xùn)中分別進(jìn)行數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控加工中心、數(shù)控電火花線切割，培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)際操作能力，掌握數(shù)控加工原理以及編程方法，利用自動編程cAD／cAM技術(shù)自行設(shè)計零件圖，選擇數(shù)控加工方法，設(shè)計數(shù)控加工工藝，并進(jìn)行整個生產(chǎn)過程的實(shí)施，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

知識轉(zhuǎn)化并升華為素質(zhì)離不開實(shí)踐。要想達(dá)到大學(xué)生數(shù)控實(shí)踐效果，僅在教室里進(jìn)行全方位的教學(xué)是不夠的，還應(yīng)實(shí)施工程訓(xùn)練中心的實(shí)踐教學(xué)。在數(shù)控技術(shù)方面，學(xué)生獲得這種能力有幾種路徑：一是有完善的實(shí)習(xí)基地，但在目前國內(nèi)的情況下很難辦到這一步。二是學(xué)校用有限的資金投資購買數(shù)控設(shè)備建設(shè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。數(shù)控設(shè)備價格昂貴，一臺中檔斜床身數(shù)控車床一般需二三十萬，而數(shù)控加工中心更是高達(dá)幾十萬甚至上百萬。數(shù)控實(shí)訓(xùn)若完全在數(shù)控機(jī)床進(jìn)行，是不可能讓大學(xué)生達(dá)到普及性實(shí)訓(xùn)。這種規(guī)模實(shí)訓(xùn)中心即便建成，實(shí)際使用效率和效果往往也不是很好。三是數(shù)控機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)類型多且升級更新較快，對任何學(xué)校而言是不可能將所有的系統(tǒng)配齊的，這樣經(jīng)常會出現(xiàn)大學(xué)生在校期間所學(xué)的系統(tǒng)與畢業(yè)工作后操作系統(tǒng)不符的情況，使到了工作單位后不能盡快使用數(shù)控機(jī)床，還需一段時間的培訓(xùn)后才能進(jìn)行生產(chǎn)。四是數(shù)控機(jī)床是自動加工的，大學(xué)生在剛學(xué)時，常常會由于在編程的準(zhǔn)確性或操作中的失誤造成刀具或機(jī)床的損壞，甚至造成人身危害。因此，如何改善和提高數(shù)控實(shí)訓(xùn)效果，使學(xué)生能學(xué)有所練、學(xué)用結(jié)合，是數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作面臨的一個非常大的難題。綜上所述，考慮到數(shù)控實(shí)踐教學(xué)的需要，又考慮到數(shù)控設(shè)備昂貴與學(xué)校資金緊張的普遍性矛盾，經(jīng)過多方調(diào)研，太原理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心選定了一種能在計算機(jī)上進(jìn)行三維仿真，相當(dāng)于真正的CNC機(jī)床的操作功能，并能進(jìn)行手工編程或CAD／CAM自動編程，與國內(nèi)數(shù)控機(jī)床有很好的兼容性的基于Pc機(jī)上操作的英福花數(shù)控仿真軟件。

2 英福花數(shù)控仿真軟件的功能

英福花數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)具備對數(shù)控機(jī)床操作全過程和加工運(yùn)行全環(huán)境仿真的功能，將切削加工過程用三維圖形或者二維圖形的方式演示出來，使原來需要在數(shù)控設(shè)備上才能完成的大部分教學(xué)功能可以在這個虛擬制造環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。雖然仿真軟件中的數(shù)控機(jī)床是一臺模擬的機(jī)床，但對于仿真的操作面板是依照真實(shí)的數(shù)控機(jī)床制作，對仿真的一些功能方式也和真實(shí)的數(shù)控機(jī)床基本相同，它可以實(shí)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、裝夾、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，擁有FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS系列數(shù)控系統(tǒng)、華中系列數(shù)控系統(tǒng)、廣州系列數(shù)控系統(tǒng)等多種數(shù)控系統(tǒng)，還可以運(yùn)用仿真試題庫考核學(xué)生實(shí)訓(xùn)中理論知識與程序編寫、零件加工的掌握情況。

下面是英福花仿真起始界面、加工方法的選擇界面、程序編寫界面、對刀界面、試題庫界面。

圖1 試題庫界面

圖2 試題庫界面

圖3

圖4 按實(shí)際機(jī)床模擬的數(shù)控手

圖5 刀具補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償輸入

圖6 刀具補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償輸入

圖7 不同的加工方法

圖8 程序輸入、檢驗(yàn)、加工界面

圖7為學(xué)生可選擇數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控加工中心不同的加工方法；圖1、圖2為學(xué)生選擇數(shù)控車FANUC0iMT系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)訓(xùn)界面或試題庫界面；圖5、圖6為學(xué)生數(shù)車刀具補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償輸入；圖4為按實(shí)際機(jī)床模擬的數(shù)控車；圖8為學(xué)生程序輸入、檢驗(yàn)、加工界面。

3 英福花仿真在本中心數(shù)控實(shí)訓(xùn)使用的作用與不足

（1）利用英福花數(shù)控仿真軟件可以彌補(bǔ)設(shè)備的不足，提供了多種機(jī)床和多種系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)是集機(jī)械、電氣信息、計算機(jī)、液壓氣動、光機(jī)電為一體，要使學(xué)生扎實(shí)學(xué)習(xí)數(shù)控的基本理論和全面認(rèn)識數(shù)控設(shè)備，英福花軟件仿真模擬作為一種圖文并茂的教學(xué)手段是一種不可缺少的教學(xué)資源，英福花軟件仿真保證學(xué)生實(shí)訓(xùn)中都有動手時間，可以實(shí)現(xiàn)一個零件多系統(tǒng)加工，在實(shí)訓(xùn)中起到了激發(fā)學(xué)生實(shí)訓(xùn)興趣、提高實(shí)學(xué)效果的作用。

（2）英福花仿真安全性高，便于大學(xué)生學(xué)習(xí)。由于英福花數(shù)控仿真系統(tǒng)不存在安全隱患，不會因?yàn)榇髮W(xué)生的錯誤操作而損壞機(jī)床與刀具，更不會造成人身傷害，大學(xué)生可以大膽地、獨(dú)立地進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)練習(xí)。英福花仿真軟件中不僅可以對學(xué)生編制的數(shù)控程序進(jìn)行自動檢測并指出其中錯誤說明原因，出現(xiàn)報警畫面，還具有在真實(shí)設(shè)備上無法實(shí)現(xiàn)的三維測量功能。這些功能使得大學(xué)生可以進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，自我檢測加工零件幾何形狀的精度、加工尺寸精度，有效幫助大學(xué)生學(xué)好數(shù)控技術(shù)。

（3）大學(xué)生可把所編程序通過英福花數(shù)控仿真先做切削校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加工錯誤修改程序，檢驗(yàn)程序正確后轉(zhuǎn)入實(shí)際加工，避免實(shí)際操作出錯。在實(shí)際操作時，我們一般利用機(jī)床的圖形顯示功能與程序校驗(yàn)功能來檢驗(yàn)程序的正確性，每個大學(xué)生占用機(jī)床時間較長，同時，由于圖形顯示也只能觀看零件的大致輪廓，程序校驗(yàn)功能只能檢查程序語法錯誤，對于程序中的一些細(xì)小處的輸入錯誤判斷不出。所以在實(shí)際操作前，學(xué)生可以在數(shù)控仿真軟件上輸入程序，將校驗(yàn)的步驟放在計算機(jī)上完成，觀察零件的加工情況，最后將正確的程序通過鍵盤或數(shù)據(jù)傳輸方式輸入到數(shù)控機(jī)床中，這樣既可節(jié)省時間，又可提高加工中的穩(wěn)定性。

（4）英福花數(shù)控仿真可通過內(nèi)配試題庫對學(xué)生實(shí)訓(xùn)結(jié)果檢查，提高學(xué)生的積極性，加深數(shù)控的基本理論，手工編程得到熟練練習(xí)。

（5）英福花數(shù)控加工仿真系統(tǒng)只是加工過程的路徑模擬并非真實(shí)切削加工過程，它與實(shí)際切削加工有很大差距。因此，學(xué)生在利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進(jìn)行編程與操作練習(xí)時，往往容易疏忽切削用量的選擇、刀具的選用、零件的裝夾等方面，在實(shí)際加工中便可能出現(xiàn)打刀、震動現(xiàn)象或影響實(shí)際零件的加工質(zhì)量、加工精度進(jìn)而降低生產(chǎn)效率。

（6）英福花數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在實(shí)訓(xùn)中不會出現(xiàn)任何事故，無論多大的吃刀量都不會造成打刀或悶車或切削變形等，使大學(xué)生容易放松對安全操作的要求，而對于在實(shí)訓(xùn)時出現(xiàn)的撞刀、撞車現(xiàn)象也毫不在意，這種輕率態(tài)度會在實(shí)際加工中造成重大事故和財產(chǎn)損失，習(xí)慣一旦形成很難改變。

4 結(jié)束語

英福花數(shù)控加工仿真軟件作為一種先進(jìn)的教學(xué)手段，對數(shù)控專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)能夠起到積極的作用。英福花數(shù)控加工仿真使大學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中產(chǎn)生臨場感和真實(shí)感，縮短大學(xué)生熟悉和掌握數(shù)控加工的學(xué)習(xí)時間，并加快掌握每種數(shù)控機(jī)床基本操作的進(jìn)程，將實(shí)際加工出錯及事故發(fā)生率降低到最小程度。由于數(shù)控軟件仿真和實(shí)際加工仍存在差距，應(yīng)該科學(xué)地、正確地認(rèn)識英福花數(shù)控仿真軟件在實(shí)訓(xùn)中的作用，英福花數(shù)控加工仿真畢竟只是加工過程與加工路徑的逼真模擬而非真實(shí)切削加工過程，因此指導(dǎo)老師對大學(xué)生實(shí)際加工必須加以足夠的重視，使英福花數(shù)控仿真軟件更好地服務(wù)于大學(xué)生的數(shù)控實(shí)訓(xùn)。

[1]張紅英.數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用.2006（03）.

[2]李純彬，鄒新蘭.數(shù)控技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報.

[3]王海根，馬劍.仿真軟件在數(shù)控技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用.浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院.