虚拟数控机床在数控维修教学中的应用

摘要〕文章分析和总结了现有数控维修教学和实训中存在的主要问题， 针对存在的问题，简单介绍了虚拟数控机床的功能， 着重阐述了虚拟数控机床在数控维修教学不同模块中的作用。

〔关键词〕数控维修 数控机床

根据机床行业调查， 数控人才的市场需求已从初期的数控操作、 数控编程转向了技术含量较高的数控机床调试、维护与维修，维修力量不足是影响数控机床利用率和完好率的主要因素， 汽车、 模具、 航空航天、 装备制造企业急需大量数控机床维修人才。数控设备是典型的机电一体化设备，涉及机械、 电气、 液压、 计算机、 伺服控制、 PLC(可编程控制器)等多个领域， 数控维修人才的培养不仅要求掌握上述相关的理论知识， 更重要的是要求对其中的各项技能进行实践和训练。

1 现有数控维修教学手段的不足

从实际调查结果看， 目前各高校或高职院校数控维修专业或课程配备的实验室大致有数控机床综合实验室、 数控机床装拆实验室、 数控机床电气实验室三大类， 大部分学校只配备上述三类实验室的一种或两种。根据多年数控维修教学体会， 目前数控维修实训主要存在以下问题：

1.1 数控系统档次低， 类型单一。数控机床综合实验平台绝大多数配置的是 FAUNC，SIEMENS 及国产的经济型和普及型数控系统， 高端数控系统涉及少， 数控系统类型少。数控装备制造业经过多年的发展， 国内数控机床的使用逐渐从经济型、 普及型数控机床发展到中、 高档数控机床， 呈现出 “数控系统多样化， 机床功能复合化” 等特点， 基于经济型数控系统的简单车、 铣床数控实验台逐渐难以满足数控机床行业蓬勃发展的需要。

1.2 数控机床功能部件装拆实训不够。数控机床拆装实验室提供的可供拆装的机床功能部件 （如主轴箱、 进给传动系统、 刀架、刀库、 机械手、 液压站） 和机床本体的主要来源是生产型数控机床中淘汰下来的功能落后或有故障的部件， 并且数量有限， 种类不全。近年来， 随着数控技术向着高速高精、 五轴联动、 功能复合的方向快速发展， 新型的功能部件不断出现， 结构复杂多样， 价格不菲。

1.3 缺少数控机床传感检测器的相关实验。数控机床传感检测元器件是机床精度的保证， 也是故障的高发源， 但目前几乎没有高校为数控维修课程配备数控机床传感检测实验室，即使有也是在论证和建设阶段。可供学生接触到的传感检测器件也只能在数控机床综合实验平台上， 但因为综合实验平台主要功能集中在数控系统和机床 PLC的调试， 大都采用简化设计的机床结构或不带机床本体， 因此在综合实验台的数控机床传感和检测环节与实际机床相比大为减弱和简化。 2 虚拟数控机床在数控维修教学中的应用虚拟数控机床采用虚拟现实技术在计算机上建立逼真的三维互动机床模型。通过对厦门创壹虚拟数控机床的使用， 分析了虚拟数控机床在数控维修教学和培训中的作用， 并对基于该虚拟数控机床的实验项目进行了设计。

2.1 虚拟机床辅助理论教学。数控机床的功能日渐复合， 车削中心、 钻削中心、 3 轴以上联动加工中心的使用日益普及， 这类中高档数控机床功能部件的结构、 工作原理及其装配工艺知识日益复杂，普通的课件和Flash动画已经无法清晰地展现部件的内部结构和装配关系， 这给学生在理论学习环节的理解和掌握带

来不少困难。

2.2 虚拟装拆。虚拟机床及每一个功能部件可以进行虚拟的 3D 交互式装拆。铣床整机虚拟安装过程中的某一画面， 系统右侧分别为数控机床的装拆设置了零部件库和工具库， 按照实际机床装拆过程， 每步首先选择正确的工具， 选择正确的零部件， 才能进行正确的安装， 提供一个良好的虚拟装拆实训环境。虚拟装拆是解决目前装拆实验室部件数量有限， 种类不全、 新型功能部件短缺等问题最有效的途径。

2.3 虚拟电气连接和电气故障。虚拟机床系统可以完成整个数控机床电气柜的电气连接， 从电气布局规划、 布置线槽开始， 到选择元器件、 导线完成电气连线。虚拟系统还设置了与真实万用表、 示波器一样的 “虚拟万用表” 、 “虚拟示波器” ，在完成电气连接后， 还可以对线路进行检测、 最终完成虚拟上电调试。同样， 利用虚拟仪器仪表能对虚拟线路进行检测，在教学和培训过程中， 可以进行机床电气故障排查的实验实训和考核。根据实际应用效果来看， 虚拟的电气连接练习可以解决机床电气连接中几乎所有的问题， 仅仅需要在实际的电气接线中的锻炼实际接线操作的具体技能(如剥线、 压线等)。解决了以往电气连接实训中耗材消耗大、 实验准备复杂、 教师评判工作量大等问题。 3 结束语

数控虚拟机床是数控维修理论和实践教学中的新利器， 与现有实验室结合是解决目前教学问题的有效方式。通过实际的教学效果和体会来看， 虚拟数控机床在装拆及电气连接方面实训效果明显， 是新型数控机床装拆和电气实验室的主角； 许多以前在实际数控机床和实验台上进行的故障诊断和排除实验实训， 现在可以在虚拟数控机床上进行， 随着虚拟机床功能的完善， 这个比例将大大提高， 大大减轻对实际数控机床和实验台的设备 （特别是高档设备） 压力； 虚拟数控机床一人一机有利于激发学生的学习热情，具有安全、 经济等特点。

虚拟数控机床存在的不足是在数控检测传感检测元器件的虚拟上不够完善， 有待进一步加强。

作者单位： 河北邯郸工程高级技术学校