斯沃数控机床仿真操作软件在数控技术教学中的应用

第 6卷第 3期 2 0 1 0年 7月 沈阳工程学院学报 (社会科学版 ) Journal o f Shenyang Inst itute o f Eng ineering( Soc ia l Sciences) Vol�6 No�3 Ju .l 2010 收稿日期: 2009- 12- 14 作者简介: 肖 � 楠 ( 1980- ) ,男,沈阳人,讲师,博士研究生,主要从事数控系统原理及开发研究。 斯沃数控机床仿真操作软件在数控技术教学中的应用 肖 � 楠 1,王海飞1,冯松涛 2,张 � 贺 2 ( 1�沈阳工程学院 机械工程系,沈阳 110136; 2�沈阳建筑大学 交通与机械工程学院,沈阳 110168) 摘 � 要: 数控机床电器控制课程是数控技术专业主干课,由于这门课理论性、实践性很强, 如采用传统教学方法,教学内 容很难为学生所接受。在数控机床电器等课程教学中, 应用斯沃数控仿真软件,有利于改善目前该课程教学实践环节效 果不理想、效率低的现象, 并且有利于加强学生对数控结构的认识, 并提高数控机床的操作能力。 关键词: 数控; 仿真;教学 中图分类号: G642� � � � � � � 文献标识码: A � � � � � � � 文章编号: 1672- 9617( 2010) 03- 0413- 03 � � 数控机床是一套价格相对昂贵的设备, 数控实训 基地建设投资较大,同时,学生直接在数控机床上进行 系统操作练习,容易因为误操作发生安全事故或损坏 设备。而运用数控仿真操作软件辅助教学不仅有利于 调动学生积极性,还可以给每个学生提供动手操作机 会, 从而达到预期教学目的。 � 一、斯沃仿真操作软件原理和基本组 成 � � 斯沃数控机床维修仿真操作软件采用计算机仿真 技术,对数控机床电气的装配、调试等过程进行模拟, 操作员可以反复在电脑前身临其境地进行操作练习, 是一种经济、可靠、有效的培训工具。软件产品按照国 家机械类标准开发,适用于数控技术、机电一体化等专 业中数控机床电器控制、数控机床装备等课程的 课堂教学及实践环节的应用。 系统以 S iemens系统为开发模型, 结合三维仿真 技术、信息技术、系统技术及其应用有关的专业技术, 展示数控铣床的机构、原理及操作方法。同时采用较 为先进的 OpenGL图形编程技术, 保证了系统运行性 能。 � 二、斯沃仿真操作软件的使用 � � 1�机床结构模块组成及应用 在机床结构模块中, 斯沃软 件介绍了 S ie� mens802C铣床的机床机械结构、进给伺服系统、主轴 传动系统、丝杠总成系统,系统采用三维虚拟方式表达 各系统部件以及它们之间的位置关系。 下面以主轴整体结构为例介绍机床结构模块的作 用及使用方法。 图 1� 主轴整体结构显示 图 1为主轴整体结构显示图, 包括拉杆、编码器、 主轴电机、皮带轮、轴承系统、打刀缸等几大组成部分, 显示可以局部分别显示, 并且通过显示栏下面的控制 小框实现局部显示或整体显示,因此在教学工作中可 以分别向学生讲述主轴结构中每个组成零件的局部结 构细节,在机构中所处的位置,并且对主要的部分进行 了详细的讲解,便于学生的认知及自学。 结构图表达方式可以分为正常显示和透明显示两 种形式,此功能使图形的显示更加明了,教师可以根据 教学需要使图形表达更加符合教学要求。软件中对于 安装机床的难点,例如主轴安装图 (图 2), 进行详细分 析,清楚地表达了主轴安装的要素及安装部件,提高了 教学效果。此外操作模块中还具有框选、缩放、平移、 旋转等基本功能,能够全方位、多角度地展示机床的结 构和零件的具体形状。 机床结构模块在数控机床装备、机械制造技术等 相关课程 CA I(计算机辅助教学 )中可以起到重要的作 � 414�� � 沈阳工程学院学报 (社会科学版 ) 第 6卷 用: 在主轴传动系统、进给伺服系统、丝杠总成系统等 章节,平面图形复杂难懂,机构运动通常为多维,因此 在教学过程中不易在黑板和多媒体中展示各个系统的 工作过程。机床结构模块可以解决教学中的以上难 点, 并且软件中的图像录制功能可以在教学中起到良 好的效果。 图 2� 主轴安装图 � � 2�电气模块的功能及应用 斯沃数控机床维修仿真操作软件中机床电气模块 内容十分丰富,软件提供了电气原理介绍、电器元件布 局、电器元件接线布局、系统参数调试、变频器参数调 试、伺服驱动器参数调试等多项功能,满足了机床电气 课程的基本要求。其中电器元件布局、电器元件连接、 系统参数调试、变频器参数调试、伺服驱动器参数调试 模拟了实际参数设置的过程和效果。 下面以普通电器元件布局实验为例介绍电气模块 的应用方法。 普通电器元件布局实验是机床电气控制过程中的 基本实现,但由于数控机床设备较为昂贵,连线复杂, 在实际过程中通常没有学生的操作环节, 多以教师的 演示为主,因此难以达到满意的实验效果。而电气模 块的电器元件布局实验, 可以通过软件实现电器的布 局、连线以及电机运转的过程。 软件主要包括放置元件、连线、通电三个过程,放 置的元件包括多种型号的继电器、断路器、熔断器、接 触器、电源、伺服驱动、变频器等, 元件种类齐全,可以 满足教学的需求。 � � 连线为模拟连线,根据已知电气原理图,可以通过 不同的颜色表现实验中的各个模块。 (见图 3)通电过 程与实际数控机床上电步骤保持一致, 软件展示了数 控系统的连接过程,通过模拟连接可以掌握真实的连 接过程。 图 3� 元器件选择 � � 3�电器模块使用实例 下面以冷却实验为例介绍电器模块的使用及功 能。 ( 1)电路图设计。 图 4� 主电路 ( 2 )实验元器件。实验元器件主要包括 SIE� MENS802C铣床系统、交流接触器 T1C10901、冷却电 机 DB- 12A、变压器 GA85、端子排 L1、S1、低压断路器 DZ108- 20- D0�4、DZ47- 63- C6、DZ47- 63- C1、总 电源开关 HR - 31、开关电源 S - 201 - 24、灭弧器 3TX1- 31A03、继电器模块 XA - 350、接地端子。 ( 3)接线。首先要熟悉电气原理图, 找到和主轴 实验相关联的接线部分。接线步骤主要如下: 1)总电源开关三相 380V到端子排 L1 (上端进, 下端出,端子位置参照电气图 ), 从端子排到低压断路 器 DZ108- 20- D0�4(上端进, 下端出, 电气图里代号 QF3) , 从低压断路器到交流接触器的 1L1、3L2、5L3 (上端进, 下端出 ) ,从交流接触器的 2T1、4T2、6T3到 端子排 S1(上端进,下端出,端子位置参照电气图 ) ,从 端子排到冷却电机。 第 3期 肖 � 楠,等: 斯沃数控机床仿真操作软件在数控技术教学中的应用 � 415�� � 2)总电源开关三相 380V到端子排 L1 (上端进, 下端出 ), 端子排到变压器变压到 220V (非控制元器 件的电压为 220V ) ,两相 220V (任意两相, 取 U、W两 相 )到端子排 S1(位置根据电气原理图 ) , 端子排上 U 相到断路器 DZ47- 63 - C6(上端进, 下端出, 电气图 里代号为 FU1) ,从断路器到开关电源的 L端子, 端子 排上W相直接到开关电源的 N端子,两个开关电源并 联, 其中一个开关电源只给系统供电源。 3)系统供电:一个开关电源的 24V端子到系统的 电源输入端子 P24, 开关电源的 COM端子到系统的电 源输入端子 M。 4)另外一个开关电源的 24V端子到端子排 S1(位 置参照电气图 ) , 端子排到继电器模块的电源端子 24V,开关电源的 COM端子排 S1(位置参照电气图 ) , 端子排到继电器模块的电源端子 0V。 5)系统的 X100和继电器模块的 SO1信号端子相 连接,系统的 X101和继电器模块的 SO2信号端子相 连接, X200和继电器模块的 SI信号端子相连接。 ( 4)参数设置。参数设置主要包括, 系统开机调 试时,主要参数的零位置;接口定义, 输出为低电平有 效设置;冷却有效和主轴有效设置;开机进给倍率设置 和开机主轴倍率设置; 此外还包括单极性模拟主轴和 配备倍率开关等基本设置。 通过本实验不仅可以识别元器件, 同时可以了解 接线方式及系统参数总调。 � 三、斯沃仿真操作软件的特点及不足 � � 1�产品的特点 ( 1)系统展示了数控机床的面板操作, 在真实操 作之前通过计算机模拟操作数控系统面板, 可以节省 实训的时间和成本,提高实训效率。 ( 2)系统采用二维与三维结合的方式展示了数控铣 床各零部件的结构和工作原理、电气原理、数控系统操 作,既提高了教学效率,又可节省购买实物模型的费用。 ( 3)系统数据通过实验测试取得结果, 并经过理 论,确保系统的准确性和真实性。 � � 2�产品的不足之处 ( 1)在数控机床模块缺少车床结构及传动原理, 导致整个系统在教学中存在一定的缺陷。 ( 2)数控系统较为单一,对于较为流行的 FANAC 系统以及国内较著名的广数 ( GSK )、华中世纪星 (HNC)等系统没有进行开发和仿真。 参考文献 [ 1] 金初云, 姚建飞.仿真软件在数控教学中的应用 [ J] .浙江 交通职业技术学院学报 , 2006( 3): 41- 44. 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O n electrical appliance o f num eri� cal contro lm ach ine and o ther courses teach ing, app ly ing Sw an numer ical contro l simu la tion so ftw are is benef ic ia l to im prove the phenom ena tha t practice link ef fect o f this course teach ing is no t satisfacto ry, and ineff icien ,t is benef ic ial to streng then students understanding fo r num erica l contro l structure, and advance operat ion ab ility o f num erica l con tro l mach ine. Key words: num erica l con tro ;l simu lat ion; teach ing (责任编辑 � 祁 � 刚 )