德國(guó)Keller數(shù)控軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

張良超

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 東莞523808）

德國(guó)Keller數(shù)控軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

張良超

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 東莞523808）

摘要：在數(shù)控教學(xué)中應(yīng)用Keller數(shù)控軟件進(jìn)行仿真教學(xué),有效地銜接了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提升了教學(xué)的效果.利用軟件自帶的不同數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行編程與實(shí)時(shí)仿真，通過在理論知識(shí)點(diǎn)的講解、切削參數(shù)選擇、全過程仿真等方面的應(yīng)用，使學(xué)生廣泛地掌握不同系統(tǒng)之間的編程差異，降低了學(xué)校的實(shí)訓(xùn)成本，節(jié)約了學(xué)生的實(shí)訓(xùn)時(shí)間，提升了學(xué)生的動(dòng)手能力.

關(guān)鍵詞：數(shù)控教學(xué)；Keller數(shù)控軟件；應(yīng)用價(jià)值

國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)--制造業(yè)的飛速發(fā)展，使數(shù)控類機(jī)床使用越來越普遍，數(shù)控機(jī)床的種類和操作系統(tǒng)的種類也越來越多.這就對(duì)數(shù)控人才的培養(yǎng)提出新的要求：（1）培養(yǎng)數(shù)量要進(jìn)一步增大，以滿足日益增長(zhǎng)的人才數(shù)量的需求；（2）培養(yǎng)質(zhì)量要進(jìn)一步提高，要培養(yǎng)既具有一定理論知識(shí)又具備多種系統(tǒng)操作技能的應(yīng)用復(fù)合型人才，緊跟市場(chǎng)需求的步伐，以滿足快速更新的數(shù)控技術(shù)的需求.但大多數(shù)學(xué)校為了便于管理和實(shí)訓(xùn)安排，數(shù)控機(jī)床品種采購(gòu)比較單一；又受資金和場(chǎng)地的限制，不容易實(shí)現(xiàn)緊跟市場(chǎng)快速更新實(shí)訓(xùn)設(shè)備，這些都極大地限制了數(shù)控人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，如何突破成為亟待解決的問題.當(dāng)前虛擬制造技術(shù)的發(fā)展，為這一問題解決帶來了契機(jī).

1　德國(guó)Keller數(shù)控軟件簡(jiǎn)介

Keller數(shù)控軟件是德國(guó)優(yōu)秀培訓(xùn)教學(xué)軟件.德國(guó)大多數(shù)職業(yè)教育培訓(xùn)中心和院校采用該軟件進(jìn)行教學(xué)和培訓(xùn)，也是德國(guó)工商會(huì)IHK作為CNC教學(xué)和鑒定考試的指定模擬軟件.

該軟件將數(shù)控加工中車削和銑削集成為一體.采用數(shù)字化3-D多媒體的教學(xué)模式，從基礎(chǔ)數(shù)控設(shè)備介紹，到CAD/CAM自動(dòng)化系統(tǒng)編程，以金字塔式知識(shí)結(jié)構(gòu)，模擬真實(shí)工作環(huán)境，利用三維模擬的方法和大量的圖表、數(shù)據(jù)、解釋和習(xí)題的方式，進(jìn)行演示和訓(xùn)練，讓學(xué)生獲得數(shù)控基礎(chǔ)知識(shí)和機(jī)床實(shí)際操作知識(shí)［1］.同時(shí)提供目前幾乎所有的CNC設(shè)備的輸出接口（RS232），具有目前各種主流的數(shù)控系統(tǒng)和操作面板，如SIEMENS、HEIDERHEIM、FANUC等操作模擬系統(tǒng)，可將編寫的程序直接輸出到CNC設(shè)備上加工使用.

2　Keller數(shù)控軟件在實(shí)際數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的數(shù)控教學(xué)模式是理論和實(shí)訓(xùn)分開進(jìn)行，在理論教學(xué)中采用PPT、Flash動(dòng)畫等手段進(jìn)行理論講解，然后以實(shí)訓(xùn)方式進(jìn)行檢驗(yàn)，事實(shí)證明教學(xué)效果并不理想.而理實(shí)一體化教學(xué)方式由于設(shè)備、場(chǎng)地和學(xué)生數(shù)量的不對(duì)等，真正實(shí)施起來也比較困難［2］；同時(shí)，由于設(shè)備的單一和與市場(chǎng)使用機(jī)床先進(jìn)性的滯后，與社會(huì)脫軌嚴(yán)重，無(wú)法跟上時(shí)代的發(fā)展.Keller數(shù)控軟件的出現(xiàn)，可以較好地解決這些問題.

2.1 在理論知識(shí)點(diǎn)講解時(shí)的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)涉及的知識(shí)非常廣泛，理論性、實(shí)踐性也非常強(qiáng)，有些內(nèi)容比較抽象，學(xué)生在理解時(shí)比較吃力.Keller軟件的數(shù)控基礎(chǔ)模塊中，提供了大量的動(dòng)畫和交互方式，教師可以參照講解；同時(shí)學(xué)生通過交互方式進(jìn)行同步互動(dòng)，出錯(cuò)時(shí)軟件會(huì)自動(dòng)提示，可以使學(xué)生既快又好的掌握相關(guān)內(nèi)容，提升學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情.如在數(shù)車刀尖圓弧半徑補(bǔ)償知識(shí)點(diǎn)中，軟件以圖1所示方式呈現(xiàn)：以基本概念→刀尖圓弧存在的必要→刀尖圓弧不補(bǔ)償存在的問題→如何進(jìn)行補(bǔ)償?shù)捻樞颍瑫r(shí)輔助于動(dòng)畫演示，學(xué)生可以很快的理解相關(guān)知識(shí).又如圓弧編程G2/G3知識(shí)點(diǎn)講解后，學(xué)生可以通過即時(shí)交互訓(xùn)練，如圖2所示，在實(shí)際程序中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，快速掌握相關(guān)知識(shí).這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又加深了學(xué)生的理解.

圖1　數(shù)車刀尖圓弧半徑補(bǔ)償講解順序

圖2　G2/G3指令互動(dòng)界面

2.2 在切削參數(shù)選擇時(shí)的應(yīng)用

在數(shù)控加工過程中，切削參數(shù)的選擇是非常重要的.但在教學(xué)中，讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際真正掌握，是非常困難的.理論教學(xué)中，往往是查表后通過公式計(jì)算得到相關(guān)切削參數(shù)，寫入程序進(jìn)行模擬.但為什么取這樣的參數(shù)？這樣的參數(shù)會(huì)帶來什么樣的加工結(jié)果？學(xué)生還是一頭霧水，不能真正理解.曾經(jīng)有學(xué)生在數(shù)銑CAD/ CAM編程中，用Φ1的立銑刀S1000、F3000的切削參數(shù)進(jìn)行編程的情況（當(dāng)然仿真時(shí)不存在任何問題），這說明他沒有掌握實(shí)際切削參數(shù)的選用原則.同樣，在實(shí)操教學(xué)中教師也沒有辦法用錯(cuò)誤的切削參數(shù)為學(xué)生做示范，學(xué)生也不能直觀的得到相應(yīng)信息［3］.Keller軟件對(duì)切削參數(shù)的選用，（如圖3所示）除了常規(guī)介紹外，還提供了實(shí)際切削時(shí)不同切削參數(shù)（包括正確的和錯(cuò)誤的）選擇和相應(yīng)實(shí)際加工時(shí)的影片，如圖4所示.這樣學(xué)生既能掌握相應(yīng)的理論知識(shí)，也能很直觀的了解不同參數(shù)帶來的影響，為理論聯(lián)系實(shí)操打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

圖3　切削參數(shù)的選擇表格　

圖4　切削參數(shù)實(shí)際應(yīng)用界面

2.3數(shù)控編程時(shí)全過程仿真的應(yīng)用

很多仿真軟件本身不提供編程模塊，只能用其他方式編寫完程序后，導(dǎo)入軟件進(jìn)行仿真，當(dāng)程序出現(xiàn)問題時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更正.Keller軟件是基于實(shí)際工作全過程的仿真軟件，其基本工作過程是選擇相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置工作環(huán)境編寫數(shù)控程序仿真加工驗(yàn)證完成程序.

軟件對(duì)工作環(huán)境有著嚴(yán)格限定，如真實(shí)毛坯情況，可以測(cè)量實(shí)際毛坯加入編程環(huán)境［4］，如圖5所示.刀庫(kù)及使用刀具可以根據(jù)實(shí)際機(jī)床情況一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行設(shè)置，若系統(tǒng)沒有，可自行設(shè)定，如圖6所示.設(shè)置時(shí)力求和實(shí)際一致，后續(xù)仿真時(shí)能真實(shí)再現(xiàn)實(shí)際加工情況，防止編程和實(shí)際機(jī)床加工脫節(jié).

圖5　工作環(huán)境、毛坯設(shè)置界面

圖6　刀庫(kù)和刀具設(shè)置界面

同時(shí)，在編程過程中，可以隨時(shí)查看相關(guān)代碼的解釋及應(yīng)用實(shí)例，如圖7所示.即使學(xué)生對(duì)程序代碼不是非常熟悉，也可方便、順利地完成相應(yīng)程序的編寫.程序編寫完成后，可直接進(jìn)行仿真加工，通過系統(tǒng)對(duì)機(jī)床及工件運(yùn)動(dòng)情況和操作過程進(jìn)行全部演示，使學(xué)生有實(shí)際操作的感受.另外，如果編寫的程序存在問題，軟件會(huì)有相應(yīng)提示，并使光標(biāo)直接回到出錯(cuò)程序行，方便學(xué)生對(duì)程序的把握和修改.這樣既能提高學(xué)生學(xué)習(xí)掌握編程知識(shí)的效率，又能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，達(dá)到快速掌握數(shù)控理論和實(shí)操技能的雙重目的.

圖7　編程時(shí)代碼示意查看界面　

圖8　仿真界面

2.4多系統(tǒng)、多操作界面的應(yīng)用

各院校由于資金、場(chǎng)地限制及設(shè)備種類的單一，常常只有SIEMENS、FANUC、華中等2~3種數(shù)控系統(tǒng)，這與市場(chǎng)需求嚴(yán)重不符.加之學(xué)生人數(shù)眾多，學(xué)生人均實(shí)際操作時(shí)間的限制，使學(xué)生很難快速掌握市場(chǎng)需求的各種數(shù)控機(jī)床的實(shí)際操作技能.Keller軟件提供了多系統(tǒng)、多操作界面的編程基礎(chǔ)知識(shí)和操作界面，如圖9所示界面.學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)機(jī)床進(jìn)行了加工過程的模擬，并借助于軟件對(duì)不同型號(hào)機(jī)床進(jìn)行熟悉，可以快速掌握相關(guān)數(shù)控知識(shí).同時(shí)學(xué)校也在設(shè)備投入和更新上節(jié)省大量的資金和場(chǎng)地，在數(shù)控人才的培養(yǎng)上滿足社會(huì)快速發(fā)展所帶來的需求.

圖9　多系統(tǒng)知識(shí)介紹和操作界面

2.5遠(yuǎn)程培訓(xùn)方面的應(yīng)用

Keller數(shù)控軟件本身具有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)功能，可以實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程教學(xué)培訓(xùn)，使學(xué)員不再受到時(shí)間和地域的限制，這樣對(duì)企業(yè)人員來說大大降低培訓(xùn)費(fèi)用和解決了時(shí)間不足等問題［2］，對(duì)學(xué)校的對(duì)外培訓(xùn)、校企合作方面有著積極地推動(dòng)作用.

3　結(jié)語(yǔ)

Keller軟件提供了一個(gè)多功能、多系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)接口的CNC教學(xué)培訓(xùn)過程，通過軟件在實(shí)際教學(xué)中仿真技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)造一個(gè)與實(shí)際近乎相同的特性環(huán)境［3］，體現(xiàn)了CNC教學(xué)培訓(xùn)中的形象、交互、全面、安全、全天候和節(jié)約、高效的特點(diǎn).對(duì)數(shù)控技術(shù)教學(xué)有著一定的實(shí)用價(jià)值.

參考文獻(xiàn):

［1］李文杰.德國(guó)Keller數(shù)控加工仿真軟件的功能研究［J］.價(jià)值工程,2012（9）:135.

［2］姬瑞海,李存霞,潘榮江.“教、學(xué)、做、賽融合”,培養(yǎng)數(shù)控高端技能型人才［J］.高等工程教育研究,2014（1）:140-144.

［3］張麗,李玉蘭.基于社會(huì)實(shí)踐的高職院校數(shù)控教學(xué)模式探索［J］.教育與職業(yè).2014（12）:122-123.

［4］王丹,陳存銀.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控編程與加工項(xiàng)目化教學(xué)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械工程師,2014（2）:142-143.

（責(zé)任編輯：李婉）

中圖分類號(hào)：G642.0；TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-5348（2015）02-0092-05

［收稿日期］2014-10-20

［基金項(xiàng)目］東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)基金項(xiàng)目（2012C29）.

［作者簡(jiǎn)介］張良超（1978-）男，山東濟(jì)寧人，東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系講師，碩士；研究方向：數(shù)控編程與加工.

Study on the Application of the German Keller Numerical Control Software in NC teaching

ZHANG Liang-chao
（Department of mechanical and dectrical engineering,Dongguan Polytechnic，Dongguan Guangdong 523808）

Abstract：In NC teaching,applying Keller numerical control software is used for simulation teaching,which can effectively link up practical and theoretical teaching,stimulate students'learning enthusiasm,improve their learning efficiency,and enhance the teaching effect.Programming and real-time simulation of different numerical control system that comes with the software,make students widely master the programming differences of systems,reduce the school training cost,save the students'training time,and improve the practical ability of students.

Key words:NC teaching；Keller numerical control software；application value