虚拟软件在数控车床实训教学中的应用

李昇　王继胜

[摘要]在传统的实习教学中，职业学校要提供足够的资金来保证实习设备和材料的消耗。实习消耗过大，是困扰实习教学的主要原因。随着计算机应用在教学中的普及，把虚拟软件引入实习教学，既可以完善教学内容，又可以节能降耗。本文从虚拟软件应用于实训教学的优势、以及如何把虚拟软件引入实训教学进行了探讨。

[关键词]职业学校；实训教学；数控；虚拟；仿真

[中图分类号]G71 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0070-01

前言

随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，数控操作人员的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中，数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行，这既占用了设备加工时间，又具有风险，培训中的操作失误常会导致昂贵设备的损坏。为此，许多学校想出了多种办法来降低实习消耗，比如高消耗性实习课题不开或尽量少开、或者减少学生实习时间和实习工位，或者在材料的重复利用上做文章。

我校的数控加工专业，积极进行数控加工技术教学模式的改革及虚拟软件在数控教学中的应用研究，取得了很好的教学效果，足以满足社会对数控加工人才的需求。得到了学生、家长和社会的认可，使数控专业成为我校的重点专业。

1 什么是虚拟软件

基于虚拟现实的仿真软件，就是数控加工虚拟软件。这种富有价值的虚拟技术起源于美国九十年代初，它可以挖掘传统产业的潜力，提升其层次。虚拟现实技术在改造传统产业上的价值体现在：用于产品设计与制造，可以避免开发新产品的风险，有效降低成本；用于产品的演示，借助于多媒体效果可吸引顾客、争取订单；可将“虚拟设备”用于培训来加强员工的熟练操作程度，提高培训的效率，降低培训的成本。

2 我国仿真技术目前的现状

我国计算机仿真应用开发较早，目前许多职业学校参加数控实习的学生日益增多。由于数控设备精密、昂贵的特点，把数控加工仿真技术引入教学，用于数控机床操作与编程的培训，这样既可以避免因误操作造成数控机床的损坏，又可以使学生在对仿真数控机床操作过程中产生真实感。而且能够让学生们更快地熟悉和了解数控加工的整个过程，并且掌握每种数控机床的基本操作。最重要的是在不影响教学效果的前提下把事故发生率降到了最低。目前适用于实习教学的仿真软件还不是很多，在数控CNC仿真和电气仿真中较为集中，部分正版软件价格昂贵。但可以肯定的是，职业学校实习仿真类软件将具有较大的应用需求和发展空间。

3 字龙仿真软件的加工仿真流程

宇龙仿真软件是上海宇龙软件工程有限公司开发的，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。宇龙仿真软件的运行环境要求：（1）采用客户机服务器结构，运行于局域网系统，安装有TCP/IP协议；（2）主机：CPU PII 350以上、主内存64MB、显示内存8MB、显示分辨率1024 X 768；（3）操作系统：中文版WINDOWS 98，WINDOWS2000，WINDOWS XP。

数控加工仿真系统包括四个部分：（1）NC代码词法及分析、刀具加工轨迹仿真、刀具加工过程仿真和刀具干涉碰撞检查。（2）首先仿真系统通过对NC程序进行扫描分析，完成对NC程序的编译解释和对NC程序的语义分析与坐标变换，此后，生成一个NC坐标信息文件。（3）其次NC坐标文件解释程序从NC坐标信息文件中读取加工仿真所需的刀具信息、刀具运动指令及坐标信息，并从刀具库中读取相应的加工刀具信息。（4）最后调用相应的加工仿真算法，完成零件的刀具轨迹仿真、加工过程仿真和干涉碰撞检查等仿真过程。在加工仿真时既可以进行数控代码的全过程仿真，也可以进行单工步加工仿真，具有很大的灵活性。

4 字龙仿真软件在数控车床实训教学中的应用

4.1 通过数控仿真软件组织引导教学

由于数控实训是学生是第一次接触数控机床，所以对数控是什么、具体要实习什么，他们一无所知，所以教师要了解学生现在的思想、学习状况，直观详细的引导。如在数控车实训中的对刀，对刀是数控车实习的一个难点，对于一个初学者来说，心里难免有点紧张，看到这么庞大的机器、快速旋转的主轴，不敢接触，生怕误操作带来机床或人身的伤害。这时作为教师要能想到利用学生已熟悉的东西来变向引导他，比如可以借助计算机，用计算机中的宇龙仿真软件，模拟实际机床的对刀，首先可以选择和实际相同的刀具和毛坯，然后开动机器利用手动和手轮慢慢让旋转的刀具和工件相碰，得到所需要的零件零点的坐标。通过仿真对刀操作可以节约时间避免机器和人员的伤害而且我们可以更进一步的了解机床面板各键的操作和含义并可掌握手轮的应用。

4.2 数控仿真软件在教学中的作用

数控仿真软件的应用改变了传统的教学模式，对教学效果产生了积极的影响，主要表现在以下方面：

仿真实习能创造一个与实际近乎相同的环境。如上海宇龙公司研制的数控机床加工仿真系统，仿真操作面板与机床实际操作面板可以完全相同，仿真操作与实际机床操作在面板控制部分近乎完全一致。它可以实现对数控车床的加工零件进行完全『方真，其中包括毛坯属性、刀具和夹具的选用、零件的测量、数控程序的输入、编辑和调试。拥有发那科数控系统、西门子数控系统、华中数控系统、广州数控系统等数控系统，具有多系统及多机床的加工仿真模拟功能，该软件的独创性已经达到了国内外领先水平。通过软件，学生可以从任意角度观察数控机床的加工过程，加工的毛坯变为成品的过程历历在目，仿真过程形象生动。

数控加工仿真软件不会对操作对象如数控车床、工件及刀具等造成物理损害，不会由于误操作危害到学生的人身安全，更不会造成机床损坏，如撞刀、撞机床等事故。而且仿真加工过程中的灯光颜色、声音、文字信息等报警，完全可以对学生的危险操作进行及时提醒和纠正。学校引入仿真实习，最根本的好处是对原材料、工卡量具、测量设备的节约。数控仿真中，虚拟毛坏替代实际材料，虚拟冷却液替代实际冷却液，极大降低实习消耗，且刀具不会因为进给量过大而损坏。由于数控机床属于机械加工中的高端设备，当然价格不菲，数控机床的加工操作若完全采用真实的设备进行实习，投人大、消耗多，即使是有实力的职业学校和企业都无力承担起这种消耗与投入。如果采用仿真模拟实习，可为学校节约不小的开支和场地。

5虚拟软件引入教学后的注意事项

虚拟软件，是一种创新的教学方式，可以给实习教学带来很大的改变。但我们不得不承认，虚拟软件毕竟不是对真正的设备进行操作，真实的设备本身具有不可替代性。必须注意，采用虚拟软件后，真实的实习过程可缩短但决不能完全抛开。

学校引入虚拟软件，应做为节能降耗的手段，在一定工种范围内进行。无论哪个工种采用仿真辅助实习，都要给学生安排必须的实际设备操作实习，一方面让学生掌握实际操作，另一方面也是对虚拟软件的检验。同时，虚拟软件对学生所产生的安全观念淡簿的影响，只有通过实际的设备操作才能改善。

结论

社会在不断发展，职业学校的实习教学不应该总停留在传统的实习模式上。抓住科技发展带来的契机，合理引入虚拟软件，利用先进的科技手段为学校节能降耗，从而节约办学资金，提高办学效率，全面加强学校在市场经济下的综合竞争力。

参考文献

[1]张爱英，等，宇龙仿真软件在数控实习教学中的应用[J]机电技术，2011

[2]许晶，等，数控车削加工仿真技术研究与实现[J]中国高新技术企业，2009