五轴加工仿真技术在实训教学中的应用

作者:未知

  [摘           要]  随着制造技术的应用和发展,各职业院校开始加大对教学的研究工作,如仿真技术、加工技术等,以提高教学效果,培养技术型的优秀人才。从五轴加工实训课程的特点出发,首先分析了五轴仿真加工过程和教学实例,然后探讨了应用效果和注意事项。
  [关    键   词]  五轴加工;仿真技术;实训教学
  [中图分类号]  G712                [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603(2019)11-0228-02
   近年来,随着加工制造业的发展和国家对人才培养要求的提高,各职业院校都加大了实训教学力度。但是,由于学生多、设备少,一机多人现象比较常见,导致部分学生的操作技能无法得到保证,学习主动性降低。即便部分学生的程序检验合格,也会因机床操作出错,而出现飞刀、撞刀等现象,影响机床的正常运转。对此,将仿真技术引入实训教学中,通过各种模拟仿真操作,来巩固学生知识,锻炼操作技能。
   一、五轴加工实训课程的特点
   实训教学的主要目的是提高学生技能,满足学生就业和企业用人的需求。然而,由于五轴加工实训设备昂贵,课程难度大,涉及面广,入门困难,加之无法模拟实际的工作环境,影响着实训教学活动的开展。
   一般情况下,数字制造类课程包括操作、编程两部分,由于五轴机床价格贵,设备配置少,所以可在课堂上完成和机床相关的编程训练,从而减少对机床设备的需求。分析得知,编程分为自动编程、手工编程两种,其中自动编程是主要的训练环节,而五轴加工分为联动加工、定轴加工,无论是哪种加工方式,都有可能出现机床碰撞的情况。这就要求在执行加工程序前脱机仿真,以验证程序的准确性。
   二、五轴仿真加工过程和实训教学实例
   (一)五轴仿真加工过程
   1.建立虚拟五轴数控机床结构模型
  使用建模工具建立模型或用实体软件建模后倒入工具内。以WG-125五轴联动机床为例,其组件树为:
   Base>Y>X>Z>Spindle>Tool
   Base>A>C>Fixture>Stock>Design
   该组件树描述的是机床的结构关系,并添加了机床导轨、底座、工作台等模型。
   2.建立虚拟五轴数据机床控制系统
  打开仿真软件,自行选择控制系统。由于本组机床是上海铼钠克数控系统,规格符合国家标准,只是将摆动轴定为A、C轴,因此只需要修改字地址即可。
   3.设置基本参数
  虚拟机床的基本参数包括机床行程、初始化位置、碰撞等,可根据机床参数分别设置。当机床在仿真状态下出现碰撞、超程现象时,相关部件会报警,便于及时发现机床的运行状况。
   4.建立加工刀具库
  通常来讲,相应系统都会提供刀具管理器,可管理车刀、铣刀等,完善刀具的相关参数,以明确刀具位置和形状。具体操作:(1)打开零件,定义毛坯,设置名称、材料、形状等。(2)打开零件,安装夹具,选择相应夹具。(3)打开零件,放置零件,选择零件后安装在机床上,随后打开位置调整选项,对零件位置进行调整。需注意的是,刀具库中的加工程序、刀号要相互对应。
   5.仿真过程和定型
  首先,添加夹具和毛坯。其次,添加程序文件,设置G代码,分别配置工序偏置。最后,在系统主界面重置模型,点击仿真按钮,即可进行仿真加工。将相应的程序文件导入计算机,经由DNC软件和接口传输到实际机床上,调出程序试切,若加工出的零部件不符合要求,需要对程序进行修改并仿真检验,随后再进行机床试切,直到零部件符合要求。待零部件加工完成后,再定型加工程序。
   (二)五轴加工实训教学实例
   以叶轮加工为例,首先,结合要求制定加工工艺。叶轮的主要加工部位是分流叶片、叶片和轮毂。参照先粗后精的原则,将加工流程分为粗加工叶轮,精加工流叶片、叶片和轮毂两个环节。其次,结合零件、工艺要求,科学、合理地选擇切削参数、工具规格和余量。然后,根据设置好的参数,用CAM软件生成刀路后加工仿真。加工过程中,需要密切观察操作流程,检验加工质量。一旦出现碰撞现象,立即停止修改程序。最后,现场加工机床。将上述流程所生成的程序,上传至控制系统中,安装夹好毛坯并对刀,进行叶轮的切削加工。
   三、五轴加工仿真技术在实训教学中的应用效果和注意事项
   (一)应用效果
   1.丰富教学内容
   在实训教学中应用五轴加工仿真技术,可帮助学生了解机床结构和类型,掌握数控系统的编程和操作技能,从而更好地理解程序的特殊性、通用性。学生通过加工仿真,不但能独立操作控制面板,还能自行设置参数、管理和验证程序,并在实体仿真后进行加工,提高实践能力。
   2.节约实习成本
   五轴加工仿真技术的应用,几乎不会出现安全问题,而且在进行数控程序的验证、机床加工时,也会将安全事故、差错发生率降至最低,保护学生的人身安全,降低机床折旧率,节约实习成本。
   3.优化教学管理
   实训教学中虚拟数控机床的使用,可有效解决人多机少的问题,提高教学效率。同时,还方便分层教学,针对不同的实训要求选择合适的仿真模块教学,完善编程的评价、考核机制。这种情况下,即便学生未完成零部件的加工,教师也能根据结果评定。    4.培养创新能力
   五轴加工仿真技术在实训教学中的应用,可激发学生的学习兴趣,调动编程和操作的主动性。多数学生完成相应动作后,独自、大胆地创新,特别是在创意实施过程中,涌现出了大量创意新颖的零件,增强了学生的创新能力和实践能力。另外,虚拟数控机床的应用,还能减轻教师频繁检查学生加工程序的负担,使其投入更多时间和精力指导学生自行学习和操作,实现教学相长的目标。
   (二)注意事项
   1.操作教学问题
   所谓虚拟数控机床,只是对实际机床的模拟,虽然其编程、操作相似,但是程序在刀具选择、零部件装夹、切削用量等方面,仍和实际机床存在差异,影响零部件的生产效率和加工质量。学生只有体验真实的机床加工过程,才能掌握实际的操作技能,了解相应的控制过程和原理。因此,实训教学中必須充分发挥数控机床的潜能,让学生放心、大胆地操作机床。
   2.安全实习问题
   仿真加工中出现的问题不是问题,但是机床加工中出现的问题,则是引发安全事故的危险因素。仿真并不是万能的,需要格外注意仿真结束后因掉以轻心造成的工件、人身问题。比如,导入数控机床的程序,并不是仿真结果所得的程序,而是未经过仿真检验的程序,由于机床和虚拟数控机床在刀宽、刀长等参数上存在一定差异,若将未检验的程序直接导入,就会引发各种意想不到的情况,危害机床和人身安全,影响教学效果。因此,必须高度重视实训教学中的安全问题,尽量在教学活动开展前就排除和处理完不安全因素。
   综上所述,在五轴加工实训教学中,普遍存在教学难度大、安全事故频发、机床设备少的现象,不利于教学活动的开展。而仿真技术的引用,可有效提高加工的安全性,减少教学成本,降低操作难度,提高设备利用率。同时,还能培养学生的创新能力,激发学习热情,提高教学效率。当然,仿真技术也存在一些问题,要求实训教学中重视程序的准确性和安全问题,从而预防安全事故的发生,保障人身和设备安全。
   参考文献:
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  编辑 李 静
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