淺淡數控加工仿真技術在中等職業學校教學中的應用

周自斌

河南省工業學校（450011）

隨著我國職業教育大力發展，以及數控加工技術在機械制造業中的廣泛應用，大批數控機床操作人員的專業培訓成為迫切而又難以解決的問題。要求職業學校提供充足的資金來保障實習工位和消耗材料，然而實習消耗過大，一直是困擾學校實習教學的主要因素之一，為此，許多職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，或者盡可能把學生實習內容與某個企業生產結合在一起，這些方法都益弊相兼。近年來，隨著數控仿真技術的日益提高和計算機在職校教學的普及，把數控仿真技術引入職校實習教學，不但可以進一步提高和完善實習教學,而且做為節能降耗的另一種新手段已成為可能。

1 數控加工仿真系統

隨著虛擬現實技術及計算機技術的發展，出現了可以模擬實際機床加工環境及其工作狀態的計算機仿真加工系統，它是一個應用虛擬現實技術于數控加工操作技能培訓的仿真軟件。利用計算機仿真培訓系統進行學習和培訓，不僅可以迅速提高被培訓人員的理論、操作水平，而且非常安全，可靠好，培訓費用低。

目前職業學校普遍將計算機仿真運用于數控操作人才培訓的教學之中，也出現了各種數控加工仿真教學系統，如上海宇龍、南京宇航、廣州數控、武漢金銀花等不同的數控加工仿真軟件。上述這些教學系統既能單機系統獨立運行，又能實現在線運行。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行，而零件切削過程由機床模型通過三維動畫演示。實踐證明，用這種方式進行初步培訓是非常經濟有效的。在線運行即機床工作方式，在這種方式下，教學系統將與實際機床連接，由硬件實現零件切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實際機床的真實情況一樣。即利用計算機和其他的專用硬件、軟件去產生一種真實場景的仿真,操作者可以通過與仿真場景的交互，來體驗一種接近于真實的場景的感覺。因此，采取這種方法能進一步提高操作者的實際操作技能。

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中的一個重要的執行單元。它不僅在數控加工過程中為產品設計提供了可制造性的分析，而且在數控系統的學習和培訓中，為被培訓人員提供了完善的學習方法和學習環境。數控仿真系統完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數控指令是否正確，能提供與真實機床完全相同的操作面板，其調試、編輯、修改和跟蹤執行等功能也一應俱全。

2 數控仿真系統功能及在教學中的應用

虛擬數控機床實際上是虛擬環境中數控機床的模型。與真實機床相比，虛擬數控機床具有以下的功能和特點:

虛擬數控機床具有與真實機床完全相同的結構。虛擬數控機床能模仿真實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，并與真實機床有完全相同的界面風格和對應功能，如動態旋轉、縮放、移動等功能的實時交互操作，從而為學員的學習和培訓提供保證。

機床操作全過程仿真。仿真機床操作的整個過程:毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準對刀，安裝刀具，機床手動操作。

豐富多樣的刀具庫。系統采用數據庫統一管理的刀具材料、特性參數庫，含數百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時還支持用戶自定義刀具及相關特性參數。

全面的碰撞檢測。手動、自動加工等模式下的實時碰撞檢測，包括刀炳刀具與夾具、壓板、刀具，機床行程越界，主軸不轉時刀柄刀具與工件等的碰撞。出錯時會有報警或提示，從而防止了誤操作的發生。

強大的測量功能。可實現基于刀具切削參數零件粗糙度的測量，能夠對仿真軟件上加工完成后的工件進行完全自動的、智能化的測量。

具有完善的圖形和標準數據接口。用戶既能在真實的環境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種運行參數，并能將其他CAD／CAM軟件，如UG、Pro/E、Mastercam等產生的三維設計后置處理的NC程序，直接調入加工。

實用靈活的考試系統。可用于遠程網絡學習、作業、考試等功能，并實現答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能，輕松實現無紙化的考核與測評。

虛擬數控機床強大的網絡功能，可實現遠程教育。不僅在局域網上具有雙向互動的教學功能，還具有基于互聯網進行雙向互動的遠程教學功能，數據傳送可以采用衛星、寬帶（ADSL,ISDN,有線CABLE等）或窄帶互聯網（56K Modem）等方式進行。這使得遠程教學成為名副其實，它代表未來教育的發展方向。

3 引入仿真教學后的注意事項

仿真教學，做為一種新的教學模式，可給實習教學帶來許多變改和效益，但必須指出的是，仿真實習畢竟不是真正的實際對象的操作，本身有不可替代的局限性。必須注意，采用虛擬數控仿真實習后，可縮短但決不能完全拋開真實的實習過程。這表現在以下幾個方面:1）是無論采用物理仿真還是計算機仿真，其原理只是逼近，而不是等同于客觀過程。2）是由于數控仿真軟件的在中職教學領域的發展還處于初步階段,仿真水平還有待進一步提高。3）是部分數控內容仿真難度大，仿真過程難以達到實習訓練要求。所以，職校引入數控仿真實習，應做為節能降耗的手段，在一定范圍內進行。無論采用虛擬數控仿真輔助實習時間多長，都要給學生安排必須的實際操作實習時間，一方面讓學生掌握實際操作，另一方面也是對虛擬數控仿真實習的檢驗和提高。同時，虛擬數控仿真實習對學生所生成的安全觀念淡簿的影響，只有通過實際操作才能加以糾正。

4 結語

鑒于虛擬數控機床具備如此出眾的功能，針對目前各中職學校的數控教學課程和參加數控實習學生人數不斷增加的現實,以及數控機床精密、昂貴的特點,把數控加工仿真系統軟件引入到教學之中，使之用于數控機床編程與操作培訓，無疑是個明智之舉。這樣既可以避免因誤操作造成價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程中產生現場感和真實感。同時由于其成本較低，可以大量地配置終端，徹底解決了數控機床數量不足的難題，使每位學員都能有足夠多的實踐機會，因此能夠讓學生更快地熟悉和了解數控加工的工作過程，掌握各種數控機床的操作方法。其更大的好處還在于，在實現了同樣培訓效果的情況下,將加工出錯率及事故發生率降低到了最低程度。