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數(shù)控加工仿真系統(tǒng)原理及其在教學(xué)中的應(yīng)用
鄭州輕工業(yè)學(xué)院輕工職業(yè)學(xué)院 李宏兵 隋麗慧 2007/1/2
（接上頁），為被培訓(xùn)人員提供了完善的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)環(huán)境。數(shù)控仿真系統(tǒng)完全模擬真實(shí)零件的加工過程，可以檢驗(yàn)各種數(shù)控指令是否正確，能提供與真實(shí)機(jī)床完全相同的操作面板，其調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應(yīng)俱全。
3 虛擬數(shù)控機(jī)床平臺的構(gòu)建
虛擬數(shù)控機(jī)床一般是通過以下的構(gòu)建平臺來實(shí)現(xiàn)上述功能：
（1）NC解釋平臺。NC解釋平臺包括NC解釋器和NC驗(yàn)證器。任務(wù)分配數(shù)據(jù)庫從任務(wù)調(diào)度中接受數(shù)控代碼并將其翻譯為虛擬機(jī)床的部件、刀具等運(yùn)動的信息，并將其通過計(jì)算模塊來模擬機(jī)床的響應(yīng)，NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數(shù)控機(jī)床的CNC控制器。
（2）NC驗(yàn)證器。能夠驗(yàn)證NC代碼的語法是否正確。
（3）刀具庫。刀具庫應(yīng)包括一臺數(shù)控機(jī)床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具庫中的刀具號，從而能模擬任何一種數(shù)控機(jī)床的換刀形式及切削加工的要求。
（4）仿真平臺。仿真平臺包括刀具軌跡仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三維動畫仿真、加工工時統(tǒng)計(jì)分析，仿真平臺是虛擬數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)。操作者可以在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動和切削過程等的仿真，從中獲得相關(guān)的加工數(shù)據(jù)。如進(jìn)給軸的位移量、換刀狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、加速度、進(jìn)給量、加工時間等。通過加工過程的仿真，了解所設(shè)計(jì)工件的可加工性，驗(yàn)證NC代碼的正確性以及評價(jià)和優(yōu)化加工過程，并通過在線修改NC代碼來將其優(yōu)化。
（5）計(jì)算平臺。計(jì)算平臺用來完成虛擬數(shù)控機(jī)床中各種計(jì)算，如根據(jù)NC代碼計(jì)算加工零件新的幾何形狀，根據(jù)刀具的材料、運(yùn)行時間、零件的材料性質(zhì)和潤滑介質(zhì)的性質(zhì)計(jì)算刀具的補(bǔ)償量和熱補(bǔ)償量。這些計(jì)算結(jié)果是虛擬數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用于虛擬制造過程中的加工方案評價(jià)以及可制造性分析所必須的。
（6）設(shè)計(jì)開發(fā)平臺。虛擬數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)平臺是一個面向?qū)ο蟮臄?shù)控軟件庫及其開發(fā)環(huán)境。通過對數(shù)控軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化研究和其它CAD／CAM軟件的數(shù)據(jù)交換，并對典型的零件進(jìn)行封裝，設(shè)計(jì)成具有穩(wěn)定、通用接口的可重復(fù)使用的軟件。
（7）操作運(yùn)行平臺和監(jiān)控平臺。在虛擬環(huán)境中完全實(shí)現(xiàn)真實(shí)機(jī)床的操作，讓使用者完全感受到真實(shí)機(jī)床的運(yùn)行特性。在這些基礎(chǔ)上的監(jiān)控硬件和軟件，用來控制簡易機(jī)床．增加虛擬數(shù)控機(jī)床的真實(shí)感．并且可以進(jìn)行典型零件的實(shí)驗(yàn)性試切加工，讓使用者有一種身臨其盡的感覺。尤其是在數(shù)控教學(xué)和培訓(xùn)過程中，初學(xué)數(shù)控編程者需要大量的編程練習(xí)，并進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。用試切法來檢驗(yàn)數(shù)控加工程序顯然不合理，而且也難于實(shí)現(xiàn)。如果利用仿真技術(shù)，這些問題可以輕松得到解決，從而避免編程時人為出錯或工藝不合理造成工件報(bào)廢。
4 數(shù)控仿真系統(tǒng)功能及在教學(xué)中的應(yīng)用
虛擬數(shù)控機(jī)床實(shí)際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床的模型。與真實(shí)機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床具有以下的功能和特點(diǎn)：
虛擬數(shù)控機(jī)床具有與真實(shí)機(jī)床完全相同的結(jié)構(gòu)。虛擬數(shù)控機(jī)床能模仿真實(shí)機(jī)床的任何功能而不致因?yàn)椴捎媚撤N近似替代而導(dǎo)致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失，并與真實(shí)機(jī)床有完全相同的界面風(fēng)格和對應(yīng)功能，如動態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放、移動等功能的實(shí)時交互操作，從而為學(xué)員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)提供保證。
機(jī)床操作全過程仿真。仿真機(jī)床操作的整個過程：毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準(zhǔn)對刀，安裝刀具，機(jī)床手動操作。
豐富多樣的刀具庫。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫，含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時還支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。
全面的碰撞檢測。手動、自動加工等模式下的實(shí)時碰撞檢測，包括刀炳刀具與夾具、壓板、刀具，機(jī)床行程越界，主軸不轉(zhuǎn)時刀柄刀具與工件等的碰撞。出錯時會有報(bào)警或提示，從而防止了誤操作的發(fā)生。
強(qiáng)大的測量功能�？蓪�(shí)現(xiàn)基于刀具切削參數(shù)零件粗糙度的測量，能夠?qū)Ψ抡孳浖霞庸ね瓿珊蟮墓ぜM(jìn)行完全自動的、智能化的測量。
具有完善的圖形和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。用戶既能在真實(shí)的環(huán)境中運(yùn)行虛擬機(jī)床，又能觀察它的各種運(yùn)行參數(shù)，并能將其他CAD／CAM軟件，如UG、Pro/E、Mastercam等產(chǎn)生的三維設(shè)計(jì)后置處理的NC程序，直接調(diào)入加工。
實(shí)用靈活的考試系統(tǒng)�？捎糜谶h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等功能，并實(shí)現(xiàn)答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能，輕松實(shí)現(xiàn)無紙化的考核與測評。
虛擬數(shù)控機(jī)床強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育。不僅在局域網(wǎng)上具有雙向互動的教學(xué)功能，還具有基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向互動的遠(yuǎn)程教學(xué)功能，數(shù)據(jù)傳送可以采用衛(wèi)星、寬帶（ADSL,ISDN,有線CABLE等）或窄帶互聯(lián)網(wǎng)（56K Modem）等方式進(jìn)行。這使得遠(yuǎn)程教學(xué)成為名副其實(shí)，它代表未來教育的發(fā)展方向。
4 結(jié)束語
鑒于虛擬數(shù)控機(jī)床具備（未完，下一頁）
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