当前位置:首页 > 行业新闻 > 应用案例 > 数控机床仿真在数控教学中的应用

数控机床仿真在数控教学中的应用

中国投影网行业资讯　2009-4-22 11:45:05　编辑：悦悦　[ 大中小 ]

随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，数控操作者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，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏。
　　
随着计算技术的发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真培训系统。它用计算机仿真培训系统进行培训，不仅可迅速提高操作者的素质，而且安全可靠、费用低。
　　
与科学幻想相似，想象力和技术的相互结合造就了虚拟现实。培根在13世纪写的没有马的轿车和配备动力的机械的科幻故事就是这类结合的早期见证，凡尔纳在19世纪写了火箭和潜水艇的预言性科幻小说，特别是一些科幻作家们已做出的各种利用虚拟现实的基本概念的设想正在逐步变成了具体化。上世纪内所建树的几个技术性里程碑使得虚拟现实成为可能，电话、无线电、电视、半导体三极管和集成电路(微处理器芯片)和液晶显示器。尤其是计算机技术的飞速发展。一些早期的仿真尝试(例如第一台飞行模拟器、立体电影、电视游戏等)都已成为当今虚拟现实仿真的先驱。当然虚拟现实技术的发展历程与电子学以及计算机产业的蓬勃发展是分不开的。
　　
目前在国内已经有少数高等院校将计算机仿真初步运用于数控操作人才培训的教学之中，也产生了各种仿真教学系统。这些教学系统既能单机系统独立运行，又能在线运行。独立运行即机床模型方式，其培训设施只需一台微机，数控机床的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型三维动画演示，用这种方式进行初步培训是经济有效的；在线运行即机床工作方式，这种方式下教学系统将与实际机床连接，由硬件实现零件切削过程，这时除了操作者是用仿真面板操作外，其它则与实际机床的真实情况一样，简单来讲就是利用计算机和其他的专用硬件软件去产生一种真实场景的仿真，参与者可以通过与仿真场景的交互来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此能进一步培训操作者的实际工作技能。
　　
数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个执行单元，它不仅在数控加工过程中为产品设计提供了可制造性的分析，而且在数控系统的学习和培训中，为各类学校和企业技术人员提供了完善的学习和培训。该类系统完全模拟零件的切削过程，能检验数控指令正确与否，提供一套功能齐全的调试、编辑、修改和跟踪执行等功能。
　　
1 虚拟数控系统功能
　　虚拟数控机床实际上是虚拟环境中数控机床的模型。与真实机床相比，虚拟数控机床应具有以下功能：
　　·虚拟数控机床应具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失.并应与真实机床有完全相同的界面风格，为技术人员的学习和培训提供保证。
　　·虚拟数控机床强大的网络功能，为远程教育提供可能。
　　·完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种远行参数，并能与其他CAD／CAM软件接口。
　2平台的购建
　　虚拟数控机床是如何实现这些功能的呢？它一般是通过以下的构建平台来实现。
　　①Nc解释平台 NC解释平台包括NC解释器和NC验证器。任务分配数据库从任务调度中接受数控代码并将其翻译为虚拟机床的部件、刀具等运动的信息，并将其通过计算模块来模拟机床的响应，NC解释器能够被自由地配置从而能够模拟任何一种数控机床的CNC控制器。
　　②NC验证器，能够验证NC代码的语法正确性。
　　③刀具库刀具库应包括一台数控机床所需的刀具，并能自由配置刀具库中的刀具号.从而能模拟任何一种数控机床的换刀形式。
　　④仿真平台仿真平台包括刀具轨迹仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三维动画仿真、加工工时统计分析，仿真平台是虚拟数控机床的核心技术。操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等的仿真，从中获得相关的加工数据。如进给轴的位移量、换刀状态、主轴转速、加速度、进给量、加工时间等。通过加工过程的仿真，了解所设计工件的可加工性，验证NC代码的正确性以及评价和优化加工过程，并通过在线修改NC代码来优化NC代码。
　　⑤计算平台计算平台用来完成虚拟数控机床中各种计算，如根据NC代码计算加工零件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、零件的材料性质和润滑介质的性质计算刀具的补偿量和热补偿量。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中的加工方案评价以及可制造性分析所必须的。
　　⑥设计开发平台虚拟数控机床的设计平台是一个面向对象的数控软件库及其开发环境。通过对数控软件的标准化、规范化研究和其它CAD／CAM软件的数据交换，并对典型的零件进行封装，设计成具有稳定、通用接口的可重用的软件。
　　⑦操作运行平台和监控平台在虚拟环境中完全实现真实机床的操作，让使用者完全感受到真实机床的运行特性。在这些基础上的监控硬件和软件，用来控制简易机床.增加虚拟数控机床的真实感.并且可以进行典型零件的实验性试切加工，让使用者有一种身临其尽的感觉。尤其是在数控教学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术，这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。
　　
3 总结
　　鉴于虚拟数控机床具备的功能，针对目前我单位数控教学课程和参加数控实习学生人数的增多，及数控设备较为精密、昂贵的特点。把数控加工仿真软件引入教学之中，用于数控机床操作与编程培训，这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生临场感和真实感。而且能够让同学们更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，并且掌握每种数控机床的基本操作。更大的好处是在实现了同样效果的情况下将加工出错及事故发生率降低到了最小程度。
　　我单位目前的硬件设施基本具备，包括微机房、局域网和各类数控机床等。不久的将来在校园网接通之后，这种教学方式确实很有可能成为现实。尤其是在北航工程训练中心开设远程教育课程之后，相信这种教学方式必将成为一种必要的教学手段。

更多相关： 投影机维修微型投影机

文章来源：中国投影网

关于数虎图像
　　数虎（Digital Tiger）图像科技有限公司（以下简称数虎图像），成立于2001年3月，是目前中国最专业的数字体验综合服务提供商之一，也是中国最早从事虚拟互动演示的制作服务型企业之一。近年来，数虎图像秉承一切围绕用户价值为中心的经营理念，始终处于稳健、高速发展的态势。

　　利用图形图像技术、虚拟现实技术、互联网新技术，不断满足并提升人们对数字体验服务的需求是数虎图像长期肩负的使命。

　　虚拟现实技术、图形图像技术、互联网技术的发展正深刻地影响和改变人们的观看习惯和沟通方式；它为用户提供了一个更高效便捷的沟通平台和体验手段，在人们生活中实践着各种视觉观赏、模拟演示、互动体验等多种可视化需求及社会价值；数字化体验技术正以前所未有的速度改变着人们的商务活动和生活方式，结合互联网应用前景，数虎图像正为创造一个更大尺寸、更加逼真、更为广阔的虚拟互动的可视化世界而努力。

　　目前，数虎图像以“为用户提供一站式数字体验服务”作为自己的战略目标，并基于此完成了产业布局，融合三维动画、虚拟现实、立体影像等数字技术，结合互动娱乐、显示设备、互联网等终端设备；整合不同技术，互相渗透、彼此依托、相辅相成的构建了国内最全面最专业的可视化及互动体验服务模式；我们的服务价值都将在这个体系里得到最大的延伸和放大。

　　在满足地产开发商、建筑设计等用户展示体验与辅助营销的需求方面，数虎图像拥有虚拟漫游演示制作、互动体验制作、数字样板间以及虚拟楼盘等多项服务。

　　在满足城市规划、城市数字化等用户成果演示与可视化辅助管理的需求方面，公司拥有规划虚拟演示制作、数字城市演示制作、城市数字化平台搭建等服务。

　　在满足科博馆、高端展示群体、立体视像展示和数字互动体验的需求方面，公司推出的环幕立体投影系统已成为科博馆的标配演示平台，将我们的互动娱乐、影片播放、互动体验的实现平台一体化；借助互联网技术，公司不断推进科博馆建设虚拟化和数字化的发展。

　　在满足厂家、商业用户的产品展示、体验演示、流程模拟等方面的需求方面，数虎图像拥有产品虚拟演示、互动展示、流程模拟以及数字演示等制作服务；并延伸出商务流程的模拟演示等新型业务，丰富了企业辅助营销手段。

　　满足商家个性展示和互动娱乐需求方面，公司拥有非常成功的互动娱乐产品，包括：互动投影、地幕和天幕、全息成像演示、虚拟驾驶、电子沙盘等产品。同时，作为公司特色服务，数虎还为用户提供立体影片的拍摄业务，以满足的国内立体影像内容日益高涨的需求；已经完成多部立体影片、4D影片的制作，并和环幕影院、动感平台形成了无缝整合；数虎图像已经成为了中国第一家立体影片拍摄公司，也已经成为中国屈指可数的立体影片制作服务商。

　　面向未来，坚持自主创新、树立民族品牌是数虎图像的长远发展规划。目前，公司75%以上员工为创意人员。公司在虚拟现实、立体影像、数字播放系统、互动娱乐等都拥有了相当数量的创新举措。未来，数虎图像将投入更多资金，对立体影像技术和互联网虚拟社区技术进行深层次地推进研发。公司的创新意识已经进入到企业项目制作、业务模式、销售服务等各个环节当中，正逐步走上自主创新的民族产业发展之路。

　　成为受尊敬的创意文化企业是数虎图像的远景目标。因此，数虎人一直积极参与数字文化产业的重要活动，努力承担更多行业责任，积极探索与尝试，希冀藉此来推动中国数字文化产业迈向新高峰。2006年至今，数虎图像更加着力于商业模式的创新，寻求变革的探索和机遇。公司以不断优化业务组合，不断探索新的服务模式，努力成为数字内容行业的最具创新能力机构，成为中国创意文化产业的先行者！