数控加工动态仿真系统的应用研究

高艳平

(天津机电职业技术学院,天津市 300131)

数控加工动态仿真系统的应用研究

高艳平

(天津机电职业技术学院,天津市 300131)

数控加工动态仿真是应用虚拟现实技术在计算机上对数控机床加工过程进行模拟,可以在加工前准确校验程序,避免不必要的损失。在教学中应用数控加工动态仿真系统,可以调动学生的学习积极性,改善教学效果,有效降低技能训练成本、提高训练效率和安全性。

数控机床;动态仿真;仿真系统;虚拟加工

一、数控机床动态仿真软件

数控机床仿真软件是利用计算机仿真技术和虚拟现实技术对整个数控加工过程进行模拟,使数控加工人员得以直观地从计算机屏幕上观察整个加工过程,可以对操作过程进行练习,从而达到验证程序正确性和合理性、优化NC程序以及熟练操作机床的目的。

为达到上述目的,数控机床动态仿真软件要求实现实时性和动态性,即能够对机床运行及时做出反应同时又能动态模拟整个加工过程。

1.实时性

仿真是为了方便用户使用机床和检查校对程序,这要求系统对用户在仿真过程中的实时要求及时作出响应,比如用户需要对照加工程序观察加工过程某一时刻的加工参数的状态,希望能暂停仿真,或者希望加快或减慢仿真动画的速度,程序必须能实时满足用户需求。

2.动态性

仿真过程的动画功能实际上是一个不断求点并在屏幕上显示的过程。它主要是将加工刀具和已加工图像的变化显示出来,同时图像内部动画速度要相互匹配。这样才能给操作人员以逼真的感受,达到虚拟加工的目的。

同时软件还应具有一些辅助功能,如程序的语法检查、工件的加工误差和工件表面粗糙度的估算以及加工时间的预测,这样就可以应用仿真软件优化程序,从而更好的为实际加工服务。

二、数控仿真软件在高职教学中的应用

虚拟现实技术在改造传统产业上的价值体现之一就是用于教育。利用“虚拟设备”来增加学生的操作熟练程度,是一种富有价值的教学辅助工具。

随着数控机床日益广泛的应用,掌握数控机床编程知识和操作技术的数控技能型人才的培养在各职业院校的教学中占有了约来越多的比重。然而数控机床品种多、价格高,一台数控车床或数控铣床一般需十几万、二三十万,一台数控加工中心也是少则几十万多则几百万。

数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实训,投入大、消耗多、成本高,而且具有一定的危险性。数控加工仿真软件的出现解决了这一问题,它能使理论和实践有效的衔接,打破了传统的数控教学模式,增加了学生动手的机会,提高了操作的熟练程度。

数控加工仿真系统主要应用于《数控编程与操作》这一理论教学课程,作为数控操作技能训练的辅助工具。数控加工仿真系统的软件形式很多,国外的软件所能适应的数控系统和数控机床不多,不适合中国国情,国内目前比较常见的有南京宇航、北京斐克VNUC、上海宇龙、天傲 TNS-Ver 2.0、浙大辰光、广州超软、斯沃等数控仿真软件。

1.南京宇航数控加工仿真系统的教学软件

该教学软件是国家“863”计划课题项目之一,由中国南京宇航自动化技术研究所于1995年推入市场。包括了FANUC、SIEM ENS、三菱数控系统、广州数控系统、华中数控系统、北京凯恩帝等车、铣及加工中心模拟仿真教学软件,以及数控系统元器件装配仿真软件。是一种富有价值的教学辅助工具。

2.上海宇龙软件工程有限公司的《数控加工仿真系统》

该软件是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。它可以实现对数控车床、数控铣床和数控加工中心加工零件全过程的仿真,其中包括毛坯定义、夹具刀具定义与选用,零件基准测量和设置,数控程序输入、编辑和调试,对刀和操作面板的训练等。该软件具有多系统、多机床、多零件的加工仿真模拟功能,同时还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能,操作的安全性很高,不会因为学生的错误操作而造成人身伤害,更不会损坏机床;利用网络可以搭建交流的平台,为师生的交互提供了方便。

3.北京斐克科技有限公司的数控加工仿真系统的教学软件

该软件由劳动和社会保障部评审认定,是权威性最高的数控加工仿真软件。也是全国数控技能大赛唯一指定软件、国家高技能人才培训工程推荐使用软件。该软件主要可用来模拟FANUC和华中数控系统的车、铣和加工中心的操作及编程过程。

上述软件都在一定程度上能够实现人机交互,而且随着软件版本的不断更新,数控加工的仿真功能也越来越强大,操作界面越来越给人以真实感,而且几乎囊括了所有常用的数控系统,成为了数控机床操作与编程初学者的好帮手。

三、数控加工仿真系统应用存在的问题及解决的方法

利用计算机仿真加工可带来许多新的优点和用途,实现一些以前无法完成的工作,如可以预先对加工结果进行估计,统计各种加工数据并对加工过程进行优化。计算机仿真加工系统应用于教学中,更可以起到增加学生动手的机会、提高操作熟练程度的作用,同时在一定程度上可以降低办学成本。用计算机仿真加工系统来编辑和校验程序不占用机床工时,同时可视性强并且安全可靠。

但是数控加工仿真系统无法代替学生在真实切削加工的实际感受,尤其是切削用量的选择,它无法进行控制,只能对切削深度过大时加以限制。学生在应用数控加工仿真系统进行编程与操作训练时,往往容易忽视切削用量的选择、数控刀具的选用、零件的装夹方法,而这些程序一旦应用在实际中便可能出现打刀或影响实际零件的加工质量、降低生产效率等问题。

另外利用数控加工仿真系统软件进行技能训练时容易使学生对计算机产生依赖心理,沉迷于仿真加工,而疏于上数控机床操作。因此,教师要合理分组,科学安排应用数控加工仿真系统软件进行技能训练的时间,仿真训练与操作训练在后阶段应穿插进行,通过实际数控机床的操作训练、综合课题的训练,以及下厂实习来解决弥补以上的不足。

[1]张炳力,赵韩,江吉彬.数控加工教学仿真系统开发的关键技术研究[J].机床与液压,2003,(06).

[2]陈国庆,沈先君.数控机床仿真在数控教学中的应用[J].科教文汇,2007,(10).

A bs tra c t:NC machining dynam ic simulation refers to sim ulating the p rocess of NC machining in computer by use of virtual reality technology.The system can verify the p rogram correctly so as to avoid unnecessary loss.The system used in teaching can mobilize students’learning initiative,imp rove teaching effect,lower the cost of skills training and enhance training efficiency and security.

Ke y w o rd s:numerical control machine;dynam ic sim ulation;sim ulation system;virtual machi2 ning

Study on the App lication of NC M achining Dynam ic Sim ulation System

GAO Yan-ping

(Tianjin Vocational College of M echanics and Electricity,Tianjin 300131 China)

TH164

A

1673-582X(2011)02-0047-03

2010-11-10

高艳平(1979-),女,河北省人,天津机电职业技术学院讲师,从事机械电子工程教学工作。