浅谈数控维修教学中虚拟数控机床的运用

张志娟

（河南经济贸易技师学院，河南 新乡 453000）

在现在高新技术不断发展的现在，数控技术作为工业重要的一项技术，得到了充足的发展，数控机床的结构越来越复杂，构造越来越紧密，导致在数控维修的教学方面也越来越艰难，不能深入地剖析数控机床的内部构造，故障原因。虚拟现实技术是依托于计算机技术的模拟性的技术，有着很强的逼真性，因此在教学方面，尤其是实训教学方面有着非常好的实用性虚拟数控机床就是在这种情况下，诞生的一项专门解决数控维修教学难题的一门技术。

1 虚拟现实技术和虚拟数控机床的概念

严格说来，虚拟技术就是计算机的高级技术，与其他计算机技术不同的是，虚拟现实技术不仅包括计算机仿真技术，也几乎囊括了现实中所有的环境以及对环境的感知能力，包括最基本的视觉感知和运动感知，还包括听觉感知和触觉感知，实现对预想的环境进行现实化的模拟。虚拟现实技术的目的就是身临其境，达到人们的大脑无法区分现实和虚拟的地步，但以现阶段而言，这几乎是不可能完成的任务。目前所使用的虚拟现实技术设备主要分为两大类，一类是借助于外部的硬件进行辅助计算，另一类是通过内置的硬件独立完成工作。借助外部的硬件进行运算和工作的虚拟现实技术，需要连接超高频率和超高运算能力的计算机才能进行工作，比较常用的是Oculus Rift 和HTC Vive。相对来说，依托内部硬件进行运算的虚拟现实技术，拥有较强的独立性，不需要其他外在硬件或者软件的辅助运行，有着很多的便利性。但是此类的设备涉及到三维计算机图形和广角立体现实技术，也涉及计算机视觉技术和仿真技术，追踪技术和网络、语音的传输技术，是多种领域的结合。虚拟数控机床就是在虚拟现实技术的基础上建立的一个仿真模拟性的一个环境，并通过计算机的界面的完美的呈现数控机床在生产、加工、制造等方面的过程。虚拟数控还能够轻易的检测到在数控生产中的故障或者是违规的操作，也能够检测出数控机床出现故障的位置和零件部位，帮助工作人员快速找到维修的位置。可想而知，虚拟数控机床在数控维修教学中有着怎样的便捷性，不仅成本低廉，还能够针对各式各样的故障，模拟真实的环境，分析故障的原因，解析维修的方法。

2 数控机床维修教学的问题

（1）教学的设备跟不上。数控机床作为超大型的设备，每次的运行都需要多种设备共同作用，尤其是模具的更换，需要塔吊配合和人员的安排。虽然在数控机床的维修教学中不存在配合上的问题，但是现阶段工业中所使用的机床都是非常先进的，而在教学中的使用的数控机床一般都非常的简陋。要么年代久远，要么是属于低端的一个设备，并且各类机床的种类也非常的少，不能够满足教学的使用。尤其数控机床的成本较高且运输也比较困难，因此，导致在数控维修教学的工程中，各类数控设备赶不上维修教学的进度。除此之外，在数控机床维修教学的实训方面，教学所需要的实训设备或者工具存在着缺失，大部分使用的都是因为设备或零件故障拆卸下来的，然后直接运用教学中。导致维修教学所能够使用的零件非常的少，种类也非常的奇缺，如主轴箱和刀架，机械手和液压站，还有传动系统等，都存在着一定程度的缺失。再加上税控技术发展的日新月异，很多的部件和设备，都想多元化和复合化方面发展，不管是在精度还是在结构上，都有着非常明显的变化，与教学所使用的有着很大的出入。在这种情况的发展下，导致数控机床维修教学的效果并不好。

（2）电气连接的问题。数控机场中的电气连接种类复杂，元件繁多，造成传统的数控机床的电气连接以及不在适合机床维修教学的要求。虽然现在很多学校在数控维修的教学课程中，都有电气连接的课程，但是由于电气连接系统复杂，数控系统也需要多次更换电缆，伺服系统也是需要进行多次电缆的更换，整体的维修工作量非常大，也限制了学生上手操作的次数。除此之外，由于科技的发展，迫于成本，数控维修教学不可能一直进行设备的更新，使得在教学设施上除了维修设备不达标之外，在场地、设备多样性及设备组合性方面也存在着很大的不足，与高效率的教学理念形成严重的冲突。

3 虚拟数控机床在数控机床维修中的应用

（1）设备的模拟和维修环境的模拟。虚拟现实技术有着强大的视觉技术和触觉反馈的技术，在使用的过程中，能够对数控机床的零件进行触觉的一个反馈。这样对学生对数控机床维修的环境进行模拟，不仅没有场地的困扰，还能够满足新手在数控维修中有真实的维修感觉和亲身参与的满足感。虚拟现实技术的应用，不仅节省了大量的练习时间，也不会受到设备老化或者跟不上时代变化的印象，只需要将数据输入即可。而虚拟现实技术就是通过界面程序指令的输入，将电信号转化成数字信号，然后进行识别，实现了虚拟现实技术和计算机技术的结合。虚拟现实技术能够对数控维修的环境进行模拟，并精准地传递给参与维修的学员，带来现实的感知力。虚拟现实技术对外界环境的模拟数控机床在维修中和维修后真实的运行状态的变化，也能模拟数控维修人员真实的维修情况，也能对数控维修大环境的情况进行模拟。并且虚拟现实技术可以通过声音传导技术与维修的设备进行连接，能够给驾驶人逼真的维修环境，非常考验驾驶员的应急处理能力。

（2）虚拟电子技术试验。虚拟电子技术，是利用计算机技术与仿真软件相结合，打造的一个能够对电路的运行和功能进行试验环境，达到所需要的实验结果。但是在实际的教学实践中，仿真软件的元件库一般是由晶体管和阻容元件，数字门电路芯片和集成电路等多种电气元件组成，而仪器库又包含示波器和数字信号发生器、逻辑分析仪和数字多用表等多种一起组成，只需接通开关即可。虚拟电子技术是对传统实验的一个结果验证的补充，相对来说，虚拟电子技术操作性强，参与性强，而且告诉快捷，带给一种全新的教学方式。

（3）虚拟数控机床在虚拟安装拆卸中的应用。安装和拆卸都是在数控机床维修的基础，也是数控维修教学的重中之重，而这也是在教学中非常困难的一个问题。由于以往的教学都是以实物为准，但是由于机床非常的沉重，面积也非常的大，导致在实际的教学中，需要协同合作，造成再教育中学生的注意力被分散，不能够达到最大的教学效果。除此之外，拆卸和安装的零件的体系不同，有大有小，不能够直观地给学生展示。而采用虚拟数控机床技术就能够完美避开以上的问题，可以直接实现功能部件的3D 安装和拆卸，而教师只需要进行简单的引导，在学生完美地进行整个安装和拆卸的过程，不仅简单省事，更加清晰直观的展示零部件的结构，加强了学生的实际动手能力。除此之外，虚拟数控机床的运用还创造了一个完美的实训环境，解决了机床数量、种类、功能等方面的运用。

（4）虚拟数控机床在虚拟电气连接中的应用。虚拟数控机床能够设置虚拟的示波器，也能够设置虚拟的万能表，这些设置可以在完成电气连接后进行电路的测试，保证设备安全的运行。从目前来看，虚拟数控机床能够解决大部分的数控电气连接中的问题，足以应对数控机床维修教学的全部要求，大大地提升了教学的效果。虚拟数控机床，可以利用计算机技术与仿真软件相结合，打造一个能够对电路的运行和功能进行试验环境，达到所需要的实验结果。但是在实际的教学实践中，仿真软件的元件库一般是由晶体管和阻容元件，数字门电路芯片和集成电路等多种电气元件组成，而仪器库有包含示波器和数字信号发生器，逻辑分析仪和数字多用表等多种一起组成，只需接通开关即可。虚拟电子技术是对传统实验的一个结果验证的补充，相对来说，虚拟数控机床操作性强，参与性强，而且告诉快捷，带给一种全新的教学方式。

4 结语

数控机床随着时代的发展和科技的进步，已经向多个领域渗透，在多个领域都扮演着非常重要的角色。但由于数控机床设备精密程度高，传统的数控维修教学难以促使学生直观的观察内部结构，造成教学质量较差且此效果。虚拟数控机床的运用则有效地解决了上述问题，在课堂辅助教学、虚拟装拆、虚拟电气连接、故障诊断中均取得了理想的效果，为数控维修教学取得理想效果、提高教学效率，具有重要的推广使用价值。