数控加工仿真软件在专业教学中的应用

2022-09-11

1 引言

数控加工技术是集制造技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术等学科的交叉发展与应用, 是机械加工制造业生产过程现代化的必然趋势。

随着数控加工在现代制造业中的广泛应用, 数控加工技术人才的培养便显得十分迫切。为了满足现代制造业对数控专业人才的需求, 高等院校培养数控加工方面紧缺型人才, 不仅在数量上、更应该在质量上保证人才的培养。在传统的教学与实践中, 学生对数控机床的操作实践必须在实际机床上进行, 为了保证学生实际操作人机台套数的要求, 这不仅需要大量的数控机床设备, 而且对初学者的学生来说又具有一定风险, 在教学过程中的误操作还将会导致昂贵的数控设备的损坏。随着计算机技术的应用和发展, 尤其是虚拟现实技术和理念的发展, 产生了可以高度模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真教学与培训系统——数控加工仿真软件。用数控加工仿真软件进行教学, 不仅能够迅速提高该专业学生的编程与操作能力, 而且可以解决实践教学的安全问题, 同时减轻教师在实践教学中的工作量, 提高教学效率。这样可解决学校实践教学过程中实习设备少, 学生多, 设备运转分配难的问题, 满足学校学生专业实践教学的需要。

2 数控加工仿真软件的功能

数控加工仿真教学作为现代教学手段, 可以高度虚拟、模仿现场加工工作过程。数控加工仿真分为几何仿真和物理仿真两个方面。几何仿真不考虑切削参数、切削力及其它物理因素的影响, 仿真刀具与工件作相对几何运动, 主要验证NC程序的正确性。它可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏、刀具折断、零件报废等问题, 同时可以减少产品从设计到制造的时间, 降低生产成本, 常用的方法是直接实体造型法。物理仿真或称为力学仿真:是通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、控制切削参数, 从而达到优化切削过程的目的, 目前开发使用比较多的是几何仿真软件。

数控加工仿真软件, 主要结构由:Nc解释平台、N C验证器、刀具库、仿真平台、计算平台、设计开发平台、操作运行平台和监控平台所构成。数控加工仿真软件实际上是实际环境中数控机床的高度虚拟模型。它与真实机床相比, 其功能基本相同, 动态仿真加工也及其逼真 (操作界面如图1、图2所示) 。具体数控加工仿真软件功能具有以下几个方面:

虚拟的数控机床与真实机床的结构完全相同, 而且虚拟数控机床与真实机床具有完全相同的操作界面, 能模仿真实机床的程序输入、编辑、设置、加工等各种功能;

具有网络功能, 能实现网络或远程教学;

具备各种常用的不同数控系统的操作界面与功能;

能与其他C A D/C A M软件进行无缝连接;

系统的开发功能。

3 数控加工仿真软件的应用

数控专业培养方案中要求学生掌握的数控加工设备主要是数控车、数控铣和加工中心, 在数控加工仿真软件中也含概了这三种类型的数控机床。例如, 加工中心加工范围包括:平面加工、型腔加工、曲面加工、孔类加工、沟槽加工等, 学生在利用C A D/C A M软件建模、生成加工程序后, 通过无缝连接到仿真软件中, 学生可以在仿真平台虚拟的环境中进行机床运动和切削过程的仿真, 从中获得相关的加工数据, 如主轴转速、进给轴的进给量、位移量、换刀状态、加工时间等。通过加工过程的仿真, 了解加工工件的可加工性, 验证N C代码的正确性以及评价和优化加工过程, 通过在线修改参数和NC代码。由于仿真数控机床操作过程中产生的临场感和真实感, 不仅能够让学生较快地了解和熟悉数控加工的工作过程, 而且演练掌握各种数控机床的基本操作, 为后续实际数控机床操作加工做好了充分的准备。在学生基本掌握了数控机床的虚拟的操作加工后, 利用课程教学计划有限的实验、实习学时, 对学生进行实际数控设备的操作训练, 不仅提高了数控设备的利用率、增强了学生的学习兴趣, 而且实现了在提高实践教学质量的前提下, 将加工出错及事故发生率降低到了最小程度。针对数控设备较为精密、昂贵的特点以及目前高等教育强调学生职业能力的培养使得机械制造类相关专业学生数控实习人机学时数的增加, 把数控加工仿真软件引入教学之中, 这样既可以消除初学者对加工过程的畏惧心理, 避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏, 又可以保证相关专业学生的实践教学需要, 保证教学质量。

4 结语

引入数控加工仿真软件进行教学, 作为一种先进的教学方式和教学手段, 对专业学生的实践能力的培养能够起到积极的作用。数控加工仿真教学作为中间环节, 能够很好的衔接课堂理论知识与实践操作之间的关系, 不过应该科学地、正确地认识数控加工仿真软件在教学中的作用, 数控加工仿真毕竟只是加工过程的逼真模拟而非真实加工过程, 它无法代替真实的切削加工, 因此后续阶段学生的实际数控机床的操作实习应保证适当的上机时间。我们相信只要通过不断探索与研究, 积极思考数控加工仿真软件应用中产生的问题, 正确发挥其在教学中的作用, 就一定能收到事半功倍的效果, 保证专业学生的教学质量, 培养出大量的优秀的专业人才。

摘要：数控技术应用专业学生实践能力的培养, 是实现本专业培养目标的一个重要方面, 它与学生今后从事本专业工作有着密切联系。本文针对数控机床加工仿真软件的特点和在专业教学过程中的应用, 谈谈现代教学手段——高度虚拟现实能力在专业教学过程中的作用。

关键词：数控机床,专业教学,仿真加工