導語：如何才能寫好一篇數控仿真系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】中職教育 數控發(fā)展 機械制造業(yè)

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.07.189

現如今，數控機床在機械制造業(yè)上的應用越來越廣泛，一個國家數控自動化的水平已經可以衡量國家的綜合實力。目前我國的國際地位在不斷地提升，機械制造業(yè)也起到了舉足輕重的作用。目前急需一線操作和編程人員。在培養(yǎng)這種人才的工作上，中職教育有著重要的職責和使命。這就需要中職教育學校加大師資力量和軟硬件設施的投入。那么如何才能培養(yǎng)出高素質、高水平的一線人員是個值得探究的話題。其首要難題在于數控設備昂貴。所以，隨著計算機數控仿真系統(tǒng)的出現，就很好的解決了設備昂貴，設備不足的問題。

一、數控仿真系統(tǒng)

數控仿真系統(tǒng)是在計算機技術的基礎上與虛擬實現技術相結合，形成一套新的仿真模擬系統(tǒng)。這套系統(tǒng)件可以讓學生得到數控設備加工操作技能實際練習的機會，是全新的應用系統(tǒng)。該機通具備先進的仿真功能，可以達到實現模擬實際的機床工作狀態(tài)等其他功能?？梢灾v解演示數控操作編程。這樣就可以幫助操作人員在實踐中進行學習，掌握更多的相關技術。也可以幫助學生對數控的程序進行檢測。目前國內數控仿真系統(tǒng)正在逐步的被應用于機械制造業(yè)和各個中職教育部門的數控教學的使用中，特別是在中職教育學校的使用更為全面。

二、中職數控教學中數控仿真系統(tǒng)的應用

中職教育在數控仿真系統(tǒng)的應用上實現了教學工作的多元化。數控機床是一項高科技產物。因此，中職學校對于數控的教學要是按照實際操作去進行，成本很高，而且具有一定的危險性。使用數控仿真系統(tǒng)就可以控制成本，而且增加W校的師資力量。這樣就有了更高效的教學效率，并且保證了教學的安全性，減少教學事故的發(fā)生，也有助于中職學校對機床數控專業(yè)的教學。

利用數控仿真軟件同時也有助于學生學習數控設備機床的系統(tǒng)操作。但是實際的數控設備包含很多種型號，而且在日常的數控教學中，學生可以接觸到的機床種類有限，所以實際操作的時間和次數也很少。使用了數控仿真系統(tǒng)就能夠徹底解決這個弊端，數控仿真系統(tǒng)可以全面的模擬數控機床的操作流程。并且可以模擬仿真各種型號的機床，幫助同學們學習和解決在實際操作中有可能出現的危險和問題，加深同學對于所學知識的印象。更為有益的是，可以加強同學們對數控機床數據的了解，從而更能提高學生對于數控機床設備的操作技能。

數控仿真軟件也可以提高學校對于數控理論的教學效果。數控教學不僅僅是關注實踐，理論知識也同樣重要。只有懂得理論，才能在此基礎上做到創(chuàng)新，有其獨到的見解。并且如果只依靠傳統(tǒng)的教學方式，一味的口頭講解理論知識，難免讓同學們覺得乏味，教學的效果也就不理想。而數控仿真系統(tǒng)則可以讓實際與理論相互結合，在學生們的頭腦中留下深刻的印象，并且可以強化學生對程序中各個指令的理解。如此一來，老師也可以通過學生的實際操作情況與進度來進行有針對性的調整。有助于提升教學理論的效果和學生的數控編程能力，為日后實際工作中的操作打下堅實的基礎。

不光要有合理科學的教學方式方法，還要注重培養(yǎng)學生的學習興趣。中職學校的學生相對普通學校的學生相比，基礎較差，底子相對要薄弱，對學習的積極性也并不高，而且數控教學的內容十分抽象。對于這種情況，學生會比較容易對數控教學感到厭煩，喪失興趣，就會導致教學效果差，學生學習情況不理想。所以使用數控仿真系統(tǒng)，同學們可以在電腦屏幕上看到教師所演示的教學內容，并可以在老師的講解下進行模仿操作，老師也可以實時關注學生的學習進度，對學生的錯誤進行有效的指導。這樣的教學模式與傳統(tǒng)的教學方法相比，既能提高學生與教師之間的互動性，也可以給學生創(chuàng)造了實際動手操作的時機，使同學們養(yǎng)成學習興趣，使學生有較高的學習熱情。

數控仿真軟件也能對學生的數控程序進行自動檢測，檢索出數控程序中的漏洞，并可以對程序中的漏洞進行分析，查找原因。這樣一來，學生也就可以通過數控仿真軟件來進行數控操作的調整，同時練習程序的編寫，進行測試。教師還可以通過訪問學生的操作記錄來了解學生的學習情況，對學生所掌握的知識情況有一個全方位的了解，有教學方法也就可以因人而異，做到靈活自如。中職學校還可以通過學生的操作記錄對老師的教學成果有一個合理科學的評價和檢測，從而可以為學校的教學評估制度制定一個新的標準，豐富學校對老師教學成果評估的內容，更加具有說服性和公正性。

三、數控仿真系統(tǒng)應用的不足和解決措施

數控仿真系統(tǒng)的完善。當今情況，很多的中職學校都將數控仿真系統(tǒng)投入到了數控教學的應用當中。但是，有些數控仿真系統(tǒng)的功能并不完善，存在著漏洞和不足，與實際情況不能完全相符。在實際的操作過程中，還會出現個別指令無法執(zhí)行的情況，這種情況的出現對學生的學習過程十分不利，容易給學生造成誤導和迷惑，影響到教學效果。所以，會影響到學校的教學質量。因此，我們必須對學校所使用的數控仿真系統(tǒng)進行不斷的完善和更新，逐漸地改善存在的不足，為中職學校的教學和學生的發(fā)展做出更大的貢獻。

教師和學生對數控仿真系統(tǒng)產生了依賴性。再加上學校為延長機床設備的壽命和使用年限，就會完全依托數控仿真系統(tǒng)來進行教學。要知道，數控仿真系統(tǒng)與實際的機床設備的操作還是有所偏差的。很容易導致學生不重視對設備的實際操作，使得學生的實際數控技能水平的提高受到阻礙。所以在中職學校對于學生技能水平的教學工作中，在注重數控仿真系統(tǒng)的使用同時，不能忽略對機床設備的實際操作，這樣更可以加深學生對知識水平的掌握尺度，動手能力也得到了很大的提升。

數控仿真系統(tǒng)和實際操作畢竟還是存在著一定的差異的。因此數控仿真軟件不能成為機床設備的替身。盡管數控仿真系統(tǒng)可以在一定程度上提高學生的操作水平。但可是我們要知道仿真系統(tǒng)仍然與實際操作具有一定的差異性，依然無法讓學生有真切的領悟和感受。其主要在于數控仿真系統(tǒng)的精確程度不足，暫時還不能完整的體現切削過程中的細節(jié)問題，對產品質量無法進行精確的預測。因此在使用數控仿真系統(tǒng)的同時，對實際機床設備的操作教學也要重視。

篇2

關鍵詞：數控機床；仿真系統(tǒng)；三維建模

0 引言

所謂數控，是數字控制的簡稱，其指的是就是建立在數字化信息技術的基礎上，完成對機械運動設備以及加工設備的數字控制，實現自動化操作和管理。而數控仿真系統(tǒng)，其就是通過在數控技術的基礎上，完成對真實數控機床的作業(yè)的流程和操作環(huán)節(jié)進行模擬，并結合編程技術實現對數控機床實現全自動化操作，并在構建數控仿真系統(tǒng)的基礎上提高操作人員或者編程人員的工作效率。

1 建模思路

在三維建模的過程中，其具體對象為數控機床，通過利用幾何原理、空間點離散原理以及數控仿真系統(tǒng)的構建原理，來整理出如下建模思路：

第一，數控機床的本體建立三維模型。以基本硬件設備為基礎，從宏觀構建到微觀零部件的角度完成建模思路的規(guī)劃，并結合旋轉模型對數控機床的真實操作狀態(tài)進行規(guī)則化比對，從而能夠更加清晰和直觀地描述出數控機床的本體。第二，數控機床加工過程中的動態(tài)建模。利用NC碼進行實施監(jiān)控與描寫，提取每個時間點的運動軌跡和幾何定位點[1]。

2 建模過程

2.1 數控機床本體的三維建模

在數控機床仿真系統(tǒng)的構建過程中，通過利用三維建模中的CSG建模理念，使數控機床仿真系統(tǒng)的總體構建趨于多層次化和多結構化。并在三維建模的基礎上將復雜、繁瑣建模過程轉化為更加清晰、更加明了的簡易結構，從而在簡易結構的基礎上完成簡單形體的建模組合，實現數控機床仿真系統(tǒng)的模型構建。在數控機床本文的三維建模中，其具體的建模方法為[3]：

首先，以數控機床的操作規(guī)則為基本原則，以實際具體的工作狀態(tài)進行真實模擬。在理想狀態(tài)的環(huán)境中忽略數控機床內部的傳動裝置與后備服務裝置，從而在最大程度的簡化內部要素的結構，實現三維模型構建的程序化。其次，利用三維理念對數控機床的幾何結構與物理結構進行區(qū)分和劃分，對每種結構的內部構造層層細分，在宏觀環(huán)境下對微觀因素按照相似性規(guī)則進行詳細區(qū)分，并利用三維維度進行簡化處理，降低數控機床仿真系統(tǒng)構建的難度和復雜度。最后，通過利用三維建模數據庫中的幾何實體進行模型構建，將具體的立方體、圓柱體以及圓環(huán)體等做種幾何立體模型與數據庫中的具體數據進行比對和配對，在數控技術的基礎上實現最優(yōu)化組合。與此同時，采用方差計算的方式使組合的計算結果更加精確，立足于OpenGL軟件內部強大的三維圖型庫，找到最符合數控機床本體的最佳三維模型，從而完成機床本體的三維建模工作。

2.2 加工過程的動態(tài)仿真三維建模

在數控機床的加工過程中，為了使數控仿真系統(tǒng)的動態(tài)性能實現最優(yōu)化發(fā)展，通過利用三維建模中的空間離散法，來促使數控機床在加工過程中的數控仿真系統(tǒng)構建的更為精確和高效。在空間離散法的運用下，要將數控機床內部的空間物體轉換為不同三維位置的“空間點”，并對這些“點”進行均勻布陣，按照這些“點”分布的具體線條關系連結成三角片矩陣，從而形成了初步的三維建模。當程序處于運行的過程中，要不斷按照真實的路徑進行重新描寫，并對這些“點”的真實屬性進行程序化渲染，從而保證數控仿真系統(tǒng)運作狀態(tài)的自身“分析”能力更加準確無誤[4]。

在空間離散法的應用下，對數控機床的車削和三軸銑削進行三維建模并做出進一步加工。首先，數控機床的車削毛坯呈現為圓柱形的狀態(tài)，且其多利用在打磨和加工機床的回轉表面。其次，三軸銑削的毛坯多呈現出長方體的形狀，其只有在毛坯體的表面進行加工，因此只具備了獨立的加工面。通過在數控機床的毛坯體上進行離散化和三維建模，來構建屬于數據機床的仿真系統(tǒng)。下圖為數控機床中車削和三軸銑削毛坯的三維立體離散圖：

在該圖中，以獨立面為中心構建三維函數軸，即X軸、Y軸與Z軸，那么在該三維函數軸基礎上對車削進行空間點離散化，使其形成三點共面的狀態(tài)，作為三維建模的基本模型。與此同時，針對數控機床中的三軸銑削設立A、B、C、D四個點，以四個點形成的不同三維空間模型進行細細劃分，比如ABD之間的三角網格、BCD之間的三角網格等，從而以網格為單位進行三維建模。當前使用的數控仿真系統(tǒng)多是建立在windows系統(tǒng)基礎上，那么在windows的環(huán)境下通過利用Visual、OpenGL以及C++6.0技術軟件，使數控機床的毛坯體離散化過程得到細節(jié)分析，結合數據結構和各個節(jié)點的具體數據構建三維模型，實現數控機床仿真系統(tǒng)的多元化建設。

2.3 粒子系統(tǒng)的建模

為了更加真實的模擬數控機床在冷卻液噴出狀態(tài)下的具體工作細節(jié)，需要立足于粒子系統(tǒng)，完成細致環(huán)節(jié)的三維建模，體現液體粒子的冷卻狀態(tài)與運動狀態(tài)。在粒子三維建模的過程中，要周而復始的完成以下四個環(huán)節(jié)的工作：母粒子源產生新粒子；準確計算、復核并實時性更新新粒子的基本屬性；定位刪除死亡（淘汰）粒子；繪制粒子的具體運動線路，從而構成源源不斷、持續(xù)運作的粒子流。在以上四個環(huán)節(jié)的循環(huán)運動下，完成了更加具體的三維建模工作，這樣在粒子系統(tǒng)的基礎上，構建了更為清晰、細致化和高度仿真性的數控機床仿真系統(tǒng)。

結論：

綜上所述，本文以上通過圍繞三維建模的過程進行分析，并結合三維建模技術進行展開探討。通過結合三維建模技術對數控仿真系統(tǒng)進行真實還原與模擬，形成的三維圖示更加具有真實感，并且形成的三維立體Flash實時性與可視性都很強，實現了數控仿真系統(tǒng)研發(fā)與運用的高效化與集約化發(fā)展。

參考文獻：

[1]陸寶春，徐開蕓，等人.數控仿真教學系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].中國制造業(yè)信息化，2013，19：30-33+37.

[2]張?zhí)炱?，于忠海，等?數控機床三維建模與加工仿真技術研究[J].機械工程師，2014，01：62-63.

[3]邢吉利，李翔龍，等人.數控銑削仿真系統(tǒng)關鍵技術的研究[J].機械設計與制造，2015，06：170-172.

[4]唐宇鴻，高麗娜，等人.仿真系統(tǒng)中三維建模技術的研究[J].電子制作，2014，19：48-49.

篇3

【關鍵詞】網絡數控；Java語言；逐點比較法插補；仿真

網絡數控系統(tǒng)（Network Numerical Control， NNC） 是以通訊和資源共享為手段， 以車間乃至企業(yè)內的制造設備的有機集成為目標， 支持 ISO-OSI 網絡互聯規(guī)范的自主數控系統(tǒng)。Java 語言是一種跨平臺的面向對象語言， 它簡單、可移植、與平臺無關， 具有很強的安全性， 并可提供分布性、動態(tài)性的支持。同時， Java 還有豐富的類庫， 使程序設計者可以很方便地建立自己的系統(tǒng)。為此， 本文采用了具有平立性的 Java 語言， 設計開發(fā)了網絡數控加工仿真系統(tǒng)， 對數控加工過程進行仿真。

1 Java簡介

Java平臺由Java虛擬機（Java Virtual Machine，簡稱JVM）和Java 應用編程接口（Application Programming Interface，簡稱API）構成。Java 應用編程接口為Java應用提供了一個獨立于操作系統(tǒng)的標準接口，可分為基本部分和擴展部分。在硬件或操作系統(tǒng)平臺上安裝一個Java平臺之后，Java應用程序就可運行?，F在Java平臺已經嵌入了幾乎所有的操作系統(tǒng)。這樣Java程序可以只編譯一次，就可以在各種系統(tǒng)中運行。

2 Java五大特點

（1）靈活簡單。Java沒有太高的語法和編程技術上的要求，且Java語言在集成功能程序方面也有著其他編程語言不可比擬的優(yōu)勢，因此常常被作為WEB開發(fā)的首選。

（2）Java具有面向對象編程語言的四種基本特征：封裝性、多態(tài)性、繼承性和動態(tài)聯編。

（3）更好的可靠性和網絡安全性。Java語言可以利用自帶的機制，阻止其他惡意程序代碼的攻擊，并利用自帶的安全預防機制對網絡下載的包、類進行分析得以實現程序的運行。

（4）Java語言可并行操作。在Java的操作環(huán)境下，Thread類和Runnable接口的對象通過獨特的編寫方式和相關的類庫等程序操作來創(chuàng)建一種特別的對象——線程。基于這樣的編寫方式和操作流程，Java語言具有更高的效率，能夠多線程一同或者并行工作且互不影響。

（5）動態(tài)性。Java語言不僅可以在不影響操作程序的前提下，通過動態(tài)的編輯操作將類和包調入到運行的系統(tǒng)環(huán)境當中，還可以實時的對包和類進行調用和下載。

3 開發(fā)平臺

（1）操作系統(tǒng)。系統(tǒng)選WindowsXP 為軟件開發(fā)和運行的操作系統(tǒng)， 但采用 Java 語言開發(fā)， 具有平立性， 可以在任一操作系統(tǒng)下運行。

（2）開發(fā)工具。系統(tǒng)采用Borland公司開發(fā)的集成開發(fā)工具 Jbuilder9.0，該工具支持可視化編程和面向對象技術?？蛻敉ㄟ^builder的相關操作，可以得到所需的數據庫表的Java類；實現各種各樣電子商務平臺的開發(fā)；結合運用Java語言開發(fā)動態(tài)WEB，實現圖形模式窗口和線程并行操作。

4 關鍵技術的實現

4.1 仿真實時性的實現

仿真實時性要求仿真系統(tǒng)的運行滿足一定的時間約束條件， 使控制仿真時間與機器時間滿足規(guī)定的約束關系。為了實現加工過程的仿真實時性， 系統(tǒng)采用了多線程技術。多線程的支持是Java 的一大特點， 利用它實現了多個任務的并發(fā)執(zhí)行， 提高了插補的運算速度， 有效地控制仿真時間， 解決了加工過程仿真的實時性問題。

4.2 動態(tài)仿真的實現

動畫制作中最常用的是載入多幅圖像， 按一定順序依次顯示， 形成動畫。本文采用Java 語言自行繪制圖形實現動畫。

（1）調用sleep（） 方法

為了使連續(xù)顯示的圖像之間的時間間隔保持穩(wěn)定， 調用sleep（） 方法實現延遲。在方法中， 可以設置延遲的時間。

（2）解決動畫演示的過程中的閃爍問題

動畫演示的過程， 就是屏幕不斷刷新的過程， 但會產生令人煩惱的閃爍問題。為了解決閃爍問題， 本文采用的方法是在動畫顯示過程中， 首先定義構成動畫的圖像大小相同、位置相同， 然后利用缺省的paint模式， 使得圖像連續(xù)顯示過程中， 后面的圖像完全覆蓋前面的圖像， 從而不必要清屏， 最后通過刪除update（）方法中的清屏語句， 消除了動畫閃爍。

5 數控插補（Interpolation）

所謂插補（Interpolation） 就是根據給定進給速度和給定輪廓線性的要求， 在輪廓的已知點之間， 確定一些中間點的算法。

本系統(tǒng)采用逐點比較法進行數控插補。

5.1逐點比較法直線插補

（1）偏差函數的構造。第一象限的直線插補原理圖如圖1所示，編程時給出要加工直線的起點和終點，若以直線的起點為原點，則終點坐標為E（Xe，Ye），點P（Xi，Yi）表示刀具的位置。

若點P恰好在直線上，則下式成立

Yi/Xi=Ye/Xe ，即Xi Ye-Yi Xe = 0

若點P恰好在直線上方，則

Yi/Xi>Ye/Xe ，即Xi Ye-Yi Xe >0

若點P恰好在直線下方，則

Yi/Xi

由上所述，可以取函數F=Xi Ye-Yi Xe作為偏差判別的一個函數，此函數稱為偏差函數。由偏差函數F（Xi，Yi）的數值就可以判別當前點與直線的相對位置，即

當F（Xi，Yi）=0時，刀具在直線上；

當F（Xi，Yi）>0時，刀具在直線上方；

當F（Xi，Yi）

（2）偏差函數的遞推計算。采用偏差函數的遞推式，即由前一點計算后一點。若Fi≥0，沿+X方向走一步，則新的坐標和偏差為

Xi+1=Xi+1， Y i+1=Yi

F i+1=Xe Yi-（Xi+1）Ye=XeY-XiYe-Ye=Fi-Ye

若Fi≤0，沿+Y方向走一步，則新的坐標和偏差為

Xi+1=Xi， Y i+1=Yi+1

F i+1=Xe （Yi +1）-XiYe=Xe+XeYi-XiYe=Fi+Xe

（3）終點判別。刀具每進給一步，都要進行一次終點判別，若已經達到終點，插補運算停止，并發(fā)出停機或轉換新程序段的信號，否則繼續(xù)進行插補循環(huán)。

6 加工實例的仿真演示

采用中星數控機床廠的型號為CK6150的數控車床， 進行實例驗證。利用開發(fā)的仿真系統(tǒng)， 對第一象限內的直線加工過程進行仿真， 仿真結果如圖2 所示。

圖2 直線加工仿真實例

7 結語

本文采用具有平立性的 Java 編程語言， 以Java Applet 應用程序為載體， 解決了仿真過程中的圖像閃爍、聲音載入等問題， 實現了仿真過程的實時性動態(tài)仿真， 完成了網絡數控的二維加工仿真系統(tǒng)的開發(fā)。并在CK6150數控車床上， 對直線、圓弧加工過程進行試驗驗證， 仿真結果表明系統(tǒng)具有界面友好、計算速度快和平臺可移植等優(yōu)點， 具有一定的實用性和應用價值。

參考文獻：

篇4

【關鍵詞】 VERICUT仿真 創(chuàng)建模型 模擬加工

VERICUT是美國CGTECH公司開發(fā)的一種運行于Windows或UNIX系統(tǒng)的計算機上先進的專用數控加工仿真軟件，用于制造業(yè)CNC數控機床加工仿真和優(yōu)化。該軟件取代了傳統(tǒng)的切削實驗部件方式，通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準確性，來幫助用戶清除編程錯誤和改進切削效率[1]。VERICT的如下6個模塊能滿足工廠目前各項要求：

（1）驗證模塊

驗證模塊具有仿真和驗證三軸銑床和兩軸車床所需的所有功能。可以再VERICUT中定義毛坯模型或者從CAD系統(tǒng)輸入毛坯模型，還可以仿真多個同步運動的刀具。

（2）優(yōu)化模塊

優(yōu)化模塊基于切削條件和需切削材料量自動修正進給率。優(yōu)化模塊可以讀入刀具路徑文件，可以根據每部分切削材料量的不同，選中符合切削條件的指定最佳進給率。

（3）機床仿真模塊

機床仿真模塊可幫助用戶完成整個CNC機床的真實三維仿真，就如同實際生產一樣，同時它還具有最精準的碰撞檢測功能。該軟件會檢測所有機床零件，并模擬運動得出零件間的碰撞和接近碰撞的情況。

（4）多軸模塊

隨著零件和機加工操作變得越來越復雜，出現錯誤的機會也會隨之增加。設計加工工序時，用戶不會拿刀具路徑的精度、零件質量和機床及機械工人的安全去冒險。多軸模塊可以仿真和驗證4軸和5軸銑和磨削加工的過程。

（5）自動比較模塊

而自動比較模塊可以把一個表面、一組表面或一個實體模型的外殼與仿真加工后的零件進行比較，通過指定兩實體模型的重合比較，可以容易地辨別出擦傷、碰撞或殘余的材料，這是檢驗仿真加工件是否符合設計的一種新的手段。

（6）接口模塊

該軟件可以從UG、CATIA、Pro/E等所有主流三維建模軟件的加工模塊里直接調用該軟件進行仿真和優(yōu)化。

1、VERICUT軟件的應用過程

VERICUT軟件在的應用過程分為三部分。

1.1、機床基本組件的創(chuàng)建

在VERICUT上建立仿真系統(tǒng)必須構建數控機床組件的實體模型[2]。為了實現對于復雜輪廓曲線的磨削加工，該仿真過程擬創(chuàng)建三軸聯動數控磨床模型。要在VERICUT環(huán)境中創(chuàng)建磨削機構模型，首先要建立坐標系以及各軸之間的相互關系，然后將各個組件關聯到各坐標軸上。

（1）建立機床坐標系

首先打開VERICUT軟件，單擊組件樹 按鈕，彈出部件樹對話框，如圖1所示。

選擇Base并在對話框的工具欄單擊上工具菜單中的"添附"選項，可以選擇添附各運動軸，添附的組件過程如圖2所示。

通過組件樹菜單，可以確立個部件之間的運動關系。最終建立如圖3所示的組件樹結構。通過部件樹對話框可以確立各部件之間的依附和運動關系，實現、三軸聯動，完成對砂輪進給和擺動的控制。

（2）創(chuàng)建磨床的實體模型

在該系統(tǒng)中，可以通過UG、Pro/E等三維軟件建立機床幾何模型，并導出為STL格式，然后通過VERICUT提供的圖形轉換輸入接口導入到機床仿真系統(tǒng)中，如圖4所示，通過UG建立實體模型，等待調用。

圖4 創(chuàng)建組件實體模型

本文采用了滑塊來實現X、Y方向上的運動，采用了圓盤模型來實現C軸方向的轉動。然后依次將各實體模型添附到各坐標軸上，機床模型如圖5所示。分別包括了底座、夾具、X軸方向滑塊、Y方向滑塊、C軸關聯轉盤、以及一個毛坯組件等模型

（3）創(chuàng)建磨削刀具

因為創(chuàng)建的磨削機床機構類似于車削機床的模型，只是加工刀具與數控車床的車刀不同。因此只要根據砂輪的尺寸外形，做出類似于車刀的一個刀具模型，在仿真過程中，給砂輪一個角速度，砂輪模型就能旋轉生成一個圓盤狀的砂輪，并能很好的完成仿真運動。

按照按圖6所示的尺寸關系建立砂輪界面輪廓。

1.2、仿真數控代碼的加載

在VERICUT仿真軟件中，刀具軌跡文件通常劃分為兩種類型：APT-CLS刀具軌跡文件和G代碼刀具軌跡文件。APT-CLS刀具軌跡文件的后綴名為tp，通過后置處理轉化成一個包含所使用數控機床特定G代碼格式的文件。

在VERICT仿真環(huán)境中添加我們所生成的控制刀具軌跡的G代碼文件，在菜單中選擇"數控程序"選項，彈出如圖7所示對話框，在對話框中，首先選定數控程序類型為"G-代碼數據"類型，再單擊添加，選擇通過區(qū)間均勻接觸磨削軟件所生成的G代碼文件，文件格式為mcd。

1.3、機床控制系統(tǒng)的設置

設置好數控機床的組成、結構以及數控代碼后，還需給給機床配置數字控制系統(tǒng)，使機床具有解讀數控代碼、插補運算等功能。VERICUT軟件提供自帶FANUC、SIEMENS、PHILIPS等多種控制文件的控制系統(tǒng)庫，文件擴展名為ctl。本設計選用軟件自帶的三軸聯動的數控系統(tǒng)進行仿真實現，如圖8所示。

2、結論

根據上文建立的VERICUT仿真系統(tǒng)，進入仿真磨削環(huán)境，調入相應的刀具文件、毛坯模型、數控代碼，創(chuàng)建仿真環(huán)境如圖9所示。設置好各種加工參數后，輸入加工G代碼，單擊開始，即可開始磨削加工的仿真。磨削后的毛坯形狀如圖10所示。

在磨削加工完成以上實例中的毛坯后，利用VERICUT軟件自帶的測量工具，測量仿真加工后的工件的實際尺寸，并且與理論數據相對比，結果如表1所示。

由以上表格中數據可以看到按照實例加工出的模型其最大誤差為0.0024mm，基本滿足了設計需求，通過VERICUT軟件，建立了相應的機床實體模型、刀具模型，并加載了工件加工數控代碼，通過磨削仿真試驗可以驗證數控加工代碼的正確性，為節(jié)約了大量的時間和資金，這對實際生產具有重要意義。

參考文獻

篇5

關鍵詞：數控加工；仿真系統(tǒng)；虛擬現實；教學效果

中圖分類號：G423.0

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)03-0208-02

數控加工技術在機械制造業(yè)中的應用廣泛，傳統(tǒng)的機床操作教學方法效率低、教師工作量大，需要用更新的方法來取代。數控加工仿真系統(tǒng)是理論與實驗結合、廠家實際加工制造經驗與高校教學訓練一體所研發(fā)的一種機床控制仿真系統(tǒng)軟件，可以滿足大批量學生教學需求。數控仿真系統(tǒng)軟件還能彌補了教學投入大、消耗多、成本高的缺陷，它可以在微機平臺上運行，解決了教學時學生多機床設備少的問題、并為學校節(jié)省了大量設備購置經費。數控仿真系統(tǒng)軟件可以在微機平臺上運行，學生可利用此軟件進行仿真操作，會起到真實設備的教學效果。數控加工仿真系統(tǒng)安全、經濟實用。能夠集中精力幫助學生分析、解決實際問題，保證了教學質量使教學效果得到顯著提高。能利用此軟件對數控裝置進行仿真操作，使學生達到實際操作訓練的目的，動態(tài)的仿真操作使教學過程易教易學、教學效果顯著。

一、數控加工仿真系統(tǒng)的特點

隨著虛擬現實技術及計算機技術的發(fā)展，出現了可以模擬實際機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真加工系統(tǒng)，它是一個應用虛擬現實技術于數控加工操作技能培訓的仿真軟件。各種數控加工仿真教學系統(tǒng)如上海宇龍、北京斐克、南京宇航、廣州超軟、武漢金銀花等不同的數控加工仿真軟件，既能單機系統(tǒng)獨立運行。又能實現在線運行。采取數控加工仿真教學方法能進一步提高操作者的實際操作技能。實踐證明，用這種方式進行教學是非常經濟有效的。

1．虛擬數控機床具有以下的功能和特點：(1)虛擬數控機床具有與真實機床完全相同的結構。虛擬數控機床能模仿真實機床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導致某種結構和信息的失真或丟失，并與真實機床有完全相同的界面風格和對應功能，如動態(tài)旋轉、縮放、移動等功能的實時交互操作，從而為學員的學習和培訓提供保證。(2)機床操作全過程仿真。仿真機床操作的整個過程：毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準對刀，安裝刀具，機床手動操作。(3)豐富多樣的刀具庫。系統(tǒng)采用數據庫統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數庫，含數百種不同材料、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特性參數。(4)全面的碰撞檢測。手動、自動加工等模式下的實時碰撞檢測，包括刀炳刀具與夾具、壓板、刀具，機床行程越界，主軸不轉時刀柄刀具與工件等的碰撞。出錯時會有報警或提示，從而防止了誤操作的發(fā)生。強大的測量功能。可實現基于刀具切削參數零件粗糙度的測量，能夠對仿真軟件上加工完成后的工件進行完全自動的、智能化的測量。(5)具有完善的圖形和標準數據接口。用戶既能在真實的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種運行參數，并能將其他CAD/CAM軟件。(6)實用靈活的考試系統(tǒng)?？捎糜谶h程網絡學習、作業(yè)、考試等功能，并實現答卷保存、自動評分、成績查詢和分析等功能，輕松實現無紙化的考核與測評。

2．數控加工仿真系統(tǒng)在教學應用中的意義，數控技術是一門實踐性很強的課程，在以往的教學中，由于缺乏必要的設備支持，只能采取課堂教學來“紙上談兵”單一的課堂教學，單向的信息流動很難讓學生有系統(tǒng)，全面的認識。將此仿真軟件應用到教學中，具有如下意義：(1)將傳統(tǒng)的被動教學變學生參與的主功教學，培養(yǎng)學生的實際動手能力；(2)利用虛擬機床代替實際機床，可消除實際機床加工的危險因素；(3)在計算機上模擬加工過程代替試切，可不消耗材料，降低成本；(4)可有效解決設備不足的問題，使每個學生都可參與其中，極大提高學生的學習興趣，取得更好的教學效果；(5)滿足網絡教學和遠程培訓的需要。

3．數控加工仿真系統(tǒng)特點。通過該軟件可以使學生達到實物操作訓練的目的，并且安全可靠。通過動態(tài)的仿真操作使教學過程易教易學、教學效果顯著提高：(1)系統(tǒng)完全模擬真實數控機床的控制面板和屏幕顯現，易教、易學，可輕松操作；(2)學生和培訓學員可根據自己熟悉的機床任意選擇機床設備進行操作；(3)在虛擬環(huán)境下對NC代碼的切削狀態(tài)進行檢驗，操作安全；(4)學生可看到各種機床真實的三維加工仿真過程，并能檢查和測量加工后的工件，可以更迅速的掌握數控機床的實操過程；(5)采用虛擬機床替代真實機床進行教學與培訓，在降低費用的同時獲得更佳的教學和培訓效果，使用更經濟。其優(yōu)點在于系統(tǒng)完全模擬真實CNC機床的控制面板和屏幕顯現，可輕松操作。在虛擬環(huán)境下對NC代碼的切削狀態(tài)進行檢驗，操作安全。用戶可看到真實的三維加工仿真過程，仔細檢查加工后的工件，可以更迅速的掌握CNC機床的操作過程，過程逼真。

二、虛擬數控機床平臺的構建

數控仿真系統(tǒng)的核心是虛擬數控機床，而虛擬數控機床又是虛擬制造技術中的一個重要的執(zhí)行單元。數控仿真系統(tǒng)完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數控指令是否正確，能提供與真實機床完全相同的操作面板，其調試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應俱全，數控加工仿真系統(tǒng)實際上是虛擬環(huán)境中數控機床的模型。虛擬數控機床一般是通過以下的構建平臺來實現上述功能：

1．NC解釋平臺。NC解釋平臺包括NC解釋器和NC驗證器。任務分配數據庫從任務調度中接受數控代碼并將其翻譯為虛擬機床的部件、刀具等運動的信息，并將其通過計算模塊來模擬機床的響應，NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數控機床的CNC控制器。

2．NC驗證器。能夠驗證NC代碼的語法是否正確。

3．刀具庫。刀具庫應包括一臺數控機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控機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)計分析，仿真平臺是虛擬數控機床的核心技術。操作者可以在虛擬的環(huán)境中進行機床運動和切削過程等的仿真，從中獲得相關的加工數據。如進給軸的位移量、換刀狀態(tài)、主軸轉速、加速度、進給量、加工時間等。通過加工過程的仿真，了解所設計工件的可加工性，驗證NC代碼的正確性以及評價和優(yōu)化加工過程，并通過在線修改NC代碼來將其優(yōu)化。

5．計算平臺。計算平臺用來完成虛擬數控機床中各種計算，如根據NC代碼計算加工零件新的幾何形狀，根據刀具的材料、運行時間、零件的材料性質和介質的性質計算刀具的補償量和熱補償量。這些計算結果是虛擬數控機床在應用于虛擬制造過程中的加工方案評價以及可制造性分析所 必須的。

6．設計開發(fā)平臺。虛擬數控機床的設計平臺是一個面向對象的數控軟件庫及其開發(fā)環(huán)境。通過對數控軟件的標準化、規(guī)范化研究和其它CAD／CAM軟件的數據交換，并對典型的零件進行封裝，設計成具有穩(wěn)定、通用接口的可重復使用的軟件。

7．操作運行平臺和監(jiān)控平臺。在虛擬環(huán)境中完全實現真實機床的操作，讓使用者完全感受到真實機床的運行特性。在這些基礎上的監(jiān)控硬件和軟件，用來控制簡易機床，增加虛擬數控機床的真實感，并且可以進行典型零件的實驗性試切加工，讓使用者有一種身臨其盡的感覺。尤其是在數控教學和培訓過程中，初學數控編程者需要大量的編程練習，并進行實際調試。用試切法來檢驗數控加工程序顯然不合理，而且也難于實現。如果利用仿真技術，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廢。

三、數控加工仿真系統(tǒng)在教學中的應用

虛擬數控機床強大的網絡功能，可實現遠程教育，不僅在局域網上具有雙向互動的教學功能，還具有基于互聯網進行雙向互動的遠程教學功能，使用數控加工仿真系統(tǒng)軟件進行輔助教學，主要從以下幾個方面進行探索與實踐：

1．課堂教學中采用靈活教學手段，變學生被動學習為主動學習，恰當運用數控加工仿真系統(tǒng)，充分發(fā)揮其課堂教學中的作用。教師應十分重視數控加工仿真系統(tǒng)的在教學中的應用方法，擺正數控加工仿真系統(tǒng)在教學中的位置，既不能完全依賴數控加工仿真系統(tǒng)放棄教師在教學中的引導作用，也不能在教學中教師唱獨角戲，采用常規(guī)的教學模式而忽視數控加工仿真系統(tǒng)的應用，應該科學地、充分地發(fā)揮數控加工仿真系統(tǒng)在教學中的作用。

2．科學安排教學內容，循序漸近，掌握數控編程與操作技巧，在教學過程中教學內容的安排可分模塊化教學。(1)基礎模塊，主要講解與訓練最常用的FANUC數控系統(tǒng)中的數控車床、數控銑床、數控加工中心的編程方法、操作及應用，這一模塊是教學重點，必須使學生熟練掌握，靈活應用；(2)提高模塊。主要講解與訓練SIEMENS數控系統(tǒng)的三種機床的編程與操作，以幫助學生進一步加強在不同數控系統(tǒng)下對不同數控機床的編程方法的理解與應用能力；(3)拓展模塊，如講解國產數控系統(tǒng)中的華中數控系統(tǒng)和廣州數控系統(tǒng)中的數控車床的編程與操作方法，擴大學生的知識面，提高學生對不同操作系統(tǒng)、不同操作面板的編程與操作能力，正確進行教學評價，提高學生的學習意識和自覺性。利用數控加工仿真系統(tǒng)的教學方法、教學手段來提高學生的學習興趣顯得尤為重要。

3．恰當運用數控加工仿真系統(tǒng)，充分發(fā)揮其課堂教學中的作用，數控加工仿真系統(tǒng)主要應用于數控編程與操作這一理論教學課程，還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。在操作方面，由于數控加工仿真系統(tǒng)采用了與數控機床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，并且使用數控加工仿真系統(tǒng)在操作中即使出現人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學生還可以從中吸取大量的經驗和數訓。將理論與實踐有機地結合在一起邊講授邊練習，使講過的知識及時應用于實踐中，不但可加深學生對理論知識的理解，而且在模擬操作的同時對數控機床的操作方法上也將具備相當水平的實踐基礎。

篇6

關鍵詞 編程；軟件；matlab；仿真技術；測控系統(tǒng)

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-092-01

現在全世界范圍內都在大力發(fā)展工業(yè)、服務業(yè)、航天航空及計算機產業(yè)，這些產業(yè)和領域也在不斷的發(fā)展和壯大，但是檢測和控制也就顯得越來越困難，需要有更加先進的測控系統(tǒng)和測控系統(tǒng)設計。測控系統(tǒng)的設計通常是一個模擬和仿真的過程，通過電子計算機技術及軟件編程，提供一個模擬和仿真測控系統(tǒng)工作的平臺。20世紀80年代以來，我國測控系統(tǒng)設計開始走上正軌，并且不斷學習和吸收國外先進的測控技術，但是隨著電子技術和數字信息技術的發(fā)展以前的測控系統(tǒng)逐漸不能夠適應時代的需求。在測控系統(tǒng)設計過程中需要不斷的對系統(tǒng)工作過程進行仿真模擬，不斷的進行各種參數的修改和運算，以前測控系統(tǒng)模擬和仿真技術不能夠很好的適應設計需求，所以需要有更加先進的仿真平臺。

1 matlab及matlab仿真技術

Matlab是一個起源于美國的數學軟件，它能夠完成各種復雜的運算，還能夠用于數據的開發(fā)、數據的可視化、數據分析等，這款軟件一經開發(fā)就迅速被人們所關注并且投入使用，尤其是在測控系統(tǒng)中。Matlab有兩個重要部分所組成即，matlab與Simulink，其中matlab主要用于數據的運算和開發(fā)等方面，它的原理和基礎是矩陣，用矩陣解決各種復雜的數學計算問題，matlab要比C語言和fortran簡單和快捷的多，并且吸收了C、C++、JAVA等軟件的優(yōu)點，更為普及。Simulink則為模型建造、數據分析和仿真提供一個環(huán)境，Simulink不需要進行許多步驟的書寫，使用非常簡單和快捷，而且仿真細節(jié)到位，能夠模仿真實的情況，現在許都領域已經用Simulink軟件進行系統(tǒng)仿真和模擬。

matlab仿真技術是基于matlab與Simulink的仿真技術，它能夠通過對復雜數據的運算、處理和分析，對模擬對象的工作和工作環(huán)境進行仿真，這種技術能夠非常精致的模擬每一個細節(jié)。matlab仿真技術操作簡單、工作效率高，除了有同類別軟件一些功能（運算符號），還有矩陣和向量運算方法進行數據處理和分析。matlab仿真技術的可視化功能也是非常強大的，在仿真過程中還能夠對圖像進行處理，進行動畫制作等高級指令。matlab仿真技術的可操作性也非常強，它軟件的數據源是可以根據用戶自身需要而改變的，對源文件進行替換和修改，在仿真過程中能夠更加靈活和便捷。

2 matlab仿真技術在測控系統(tǒng)中的應用

測控系統(tǒng)可以是單一的檢測系統(tǒng)或者是控制系統(tǒng)，但是一般情況下檢測與控制是相互聯系，緊密不分的兩部分，文章所指的測控系統(tǒng)包括檢測與控制兩方面。測控系統(tǒng)自產生以來大致有集中測控系統(tǒng)、DCS測控系統(tǒng)和網絡分布式測控系統(tǒng)，無論每一種測控系統(tǒng)，都是為了適應時代的需求而產生與完善的，測控系統(tǒng)在設計過程中需要不斷的對各種參數和設備進行調控和更改，這就需要對測控系統(tǒng)進行模擬運轉和仿真。

現在的測控系統(tǒng)工作量較大，而且運算復雜、困難，在設計和投入使用前期需要有嚴格的仿真過程，在計算機技術和軟件編程技術快速發(fā)展的今天，仿真技術也在不斷的創(chuàng)新和突破。matlab仿真技術就是用matlab軟件對測控系統(tǒng)的運作進行建模，對其現實中的工作進行仿真，把各方面的數據和設備調配到最佳的工作狀態(tài)，使整個測控系統(tǒng)的工作效率達到最高，然后系統(tǒng)才能夠投入使用。

matlab仿真技術能夠通過Simulink預定義庫模塊即，建造測控系統(tǒng)的庫模塊，然后通過交互式的圖形編輯器組合和管理較為直觀的模塊視圖，再通過軟件的一些功能進行代碼和程序的生成，就能夠達到模型建立的效果。在Simulink測控系統(tǒng)仿真模型庫中整個測控系統(tǒng)仿真的流程是：信號的產生與輸出、編碼、解碼、調試、解調，而且可以通過仿真模式對整個測控系統(tǒng)的運轉進行仿真。在matlab仿真技術中能夠使測控系統(tǒng)在虛擬的工作環(huán)境中運轉，并且能夠對系統(tǒng)各項數據和配置進行無限次的修改，直到滿足測控要求之后。matlab仿真技術是基于matlab與Simulink的，通過一些代碼和數據的處理、運算，發(fā)出一定的指令進行建模，而且它的可視性非常強，能夠很直觀的進行仿真過程，為測控系統(tǒng)的設計打下堅實的基礎。

matlab仿真技術在測控系統(tǒng)中的應用，能夠為測控系統(tǒng)的設計提供較為真實的模型和運作環(huán)境，并且不斷的進行各種數據的調控，為測控系統(tǒng)投入使用高效運作提供依據。

3 結束語

測控系統(tǒng)的發(fā)展從簡單到復雜，從低效到高效已經有了一定的發(fā)展歷史和基礎，matlab仿真技術在測控系統(tǒng)中的應用更加豐富了仿真系統(tǒng)的設計方案。matlab仿真技術能夠為測控系統(tǒng)提供一定的依據，在matlab仿真系統(tǒng)的輔助下，測控系統(tǒng)能夠進行不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，使其能夠更加實用復雜的工作和工作環(huán)境。

參考文獻

[1]張德豐，楊文茵.matlab仿真技術與應用[M].清華大學出版社，2012.

[2]孫傳友.測控系統(tǒng)原理與設計（第2版）[M].北京航空航天大學出版社，2007.

[3]鐘麟，王峰.MATLAB仿真技術與應用教程[M].國防工業(yè)出版社，2004.

篇7

關鍵詞：計算機仿真；模糊PID；綜述

中圖分類號：TP113

為了更好地研究模糊PID控制在電機速度控制中的應用，利用MATLAB仿真軟件建立了一個仿真模型。并通過分別執(zhí)行P控制、PI控制、PID控制和模糊PID控制，對四種控制下的電機運行狀態(tài)進行仿真。希望通過對四種仿真結果比較和分析進一步掌握不同控制模式在電機速度控制中的應用和計算機仿真的建立與研究方法。

1 相關控制理論的簡述

比例、積分、微分控制器基本控制過程就是根據實際運行時出現的誤差，并和標準值之間進行比例、微分、積分運算，最后用計算得到的結果控制系統(tǒng)狀態(tài)。模糊控制是建立在模糊數學基礎上的一種過程控制方式，與傳統(tǒng)的控制方式的不同之處在于不需要為控制對象建立精確的數學模型。

在傳統(tǒng)的PID控制中當系統(tǒng)的誤差較大和較小時或者誤差的變化率較大或較小時其實對于比例、積分和微分三個參數的要求是略有不同的。比例的系數在系統(tǒng)變化的初期可以大一點，因為可以加快系統(tǒng)的響應速度，但是在后期時就不適宜太大，如果太大就會增加超調量。積分的系數相反，在初期時不適宜設置太大，而在接近穩(wěn)態(tài)的時候可以適當地增大一點。微分的系數由于反映了系統(tǒng)誤差的變化情況，所以對于較好的系統(tǒng)其大小也需要適當的調節(jié)。為了很好地解決這一問題我們可以將三個參數的大小采用模糊控制的方式進行調節(jié)從而得到了模糊自整定PID控制器。

2 在MATLAB中建立模型

在設計的仿真模型中，隨機選取了MATLAB的SIMULINK庫中的第4種交流永磁同步電機作為模型中的控制對象。先期的PID的基本參數是通過試湊法做的，最終選取的比例系數為5，積分系數為30，微分系數為0.0006。對三個參數進行整定的方法是在基礎數值的基礎上按照一定的比例進行調節(jié)，調節(jié)量的大小根據設置的模糊規(guī)則進行推理。

3 系統(tǒng)仿真結果

在對系統(tǒng)進行仿真時共對四種控制方式分別進行仿真，即P控制、PI控制、PID控制和模糊PID控制。以便比較不同控制效果。根據實際運行情況，最終選取0～0.9s作為仿真的記錄時間。為了能更好地反映系統(tǒng)的性能，在系統(tǒng)運行的初始時設置的負載轉矩為0.1N?m，在0.4s的時候將系統(tǒng)的負載專業(yè)改變?yōu)?0N?m。電機的設定轉速為300轉/分。

3.1 首先對P控制下的系統(tǒng)進行仿真（圖略）

通過仿真結果可以得到：主要的缺點在于起始階段系統(tǒng)出現了比較大的超調最大為每分鐘318轉，穩(wěn)定前有多次振蕩。負載轉矩后，電機的轉速一直沒能達到設定的每分鐘300轉，僅為每分鐘296轉。

3.2 對PI控制進行仿真（圖略）

在PI控制的下，最大超調量達到了每分鐘320轉。不過在增加負載轉矩后電機的轉速最終穩(wěn)定在設定轉速每分鐘300轉上下。

3.3 PID控制下的系統(tǒng)仿真結果

通過仿真結果可以看到，在PID控制下電機轉速的超調量明顯降低，降為約每分鐘312.6轉，而且沒有了振蕩現象。不過在負載轉矩增加后僅僅是最低轉速變?yōu)槊糠昼?91轉略微好點。

3.4 模糊參數自整定PID仿真結果

將模糊PID的仿真結果和之前的仿真結果比較可以得到：在初始階段，電機轉速的超調量較低不少，將為約每分鐘304轉明顯改善，第1次到達穩(wěn)態(tài)時的時間提高到0.05s左右。增加負載轉矩后最低的轉速為每分鐘292.2轉，比之前有所提高，第2次到達穩(wěn)態(tài)的時間有所提前，在0.6s左右。而電機到達最終的穩(wěn)態(tài)后，4個系統(tǒng)中電機的轉速都有一定的波動，按順序分別為每分鐘1.2轉、1.2轉、1轉和0.5轉?？梢娔：齈ID在這方面的控制效果也是最好的。

4 總結

通過仿真模型的建立，熟悉了借助計算機仿真軟件建立工程模型研究實際問題的方法。通過對4個仿真結果的比較，進一步了解了控制器中各個控制參數的作用：P參數的作用是使系統(tǒng)總體上到達設定狀態(tài)，I參數的作用是消除系統(tǒng)在到達穩(wěn)態(tài)時的誤差，D參數的作用主要表現在有效減小系統(tǒng)的超調量。而在引入模糊控制之后通過對3個參數的實時整定，使得系統(tǒng)的性能進一步得到提高。

參考文獻：

[1]耿瑞.基于MATLAB的自適應模糊PID控制系統(tǒng)計算機仿真[J].信息技術，2007，1：43-46.

[2]王述彥.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].機械科學與技術，2011，1，30（1）：165-172.

[3]唐聞新.基于模糊控制的永磁同步電機速度控制系統(tǒng)設計[D].合肥工業(yè)大學，2011.

作者簡介：唐聞新，男，安徽合肥人，實驗師，碩士學位。

篇8

【關鍵詞】故障診斷；數控機床；華中世紀星；機床維修

一、引言

數控機床是一種高效自動化機床，它綜合了計算機技術、自動化技術、伺服驅動、精密測量和精密機械等各個領域的新的技術成果，是將現代技術和高科技知識集于一體的機、電、液、控技術設備，具有技術密集和知識密集的特點，有較高自動化水平和生產效率。在眾多國內數控系統(tǒng)中，武漢華中數控有限公司研發(fā)的數控裝置以其高性能、低價位并具有自主知識產權的特點，贏得了國家的認可，在機加行業(yè)得到廣泛應用。

數控機床作為機電一體化高度復雜設備，在使用過程中難免會出現故障，而數控技術的綜合性和復雜性使其在發(fā)生故障后維修的難度遠大于普通設備，如果不能及時地定位排除故障，將制約數控機床的使用率，直接影響正常生產。資料表明，當維修數控機床時，大約80%的時間用于查找數控機床故障，而只有20%的時間用于故障的排除。當企業(yè)數控機床品牌、型號選定后，減少故障修理時間是提高數控機床的開動率、給企業(yè)創(chuàng)造更多經濟效益的有力保證措施。

二、數控機床故障診斷基礎

1.數控機床故障診斷原則

（1）先外部后內部

要求數控機床維修人員從外部向內部逐一進行檢查排除。

（2）先機械后電氣

要求數控機床維修人員在進行電氣檢查之前，應首先檢查數控機床機械是否處于正常狀態(tài)，如行程開關是否壓上超程擋塊、氣動液壓部分是否正常等。

（3）先靜后動

要求數控機床維修人員在到達維修現場后，不應急于查找和排除故障，而應先詢問操作人員故障發(fā)生時的情況，并查閱相關資料。

2.數控機床故障排除的思路

數控系統(tǒng)的型號頗多，產生的故障原因往往比較復雜，但無論哪種系統(tǒng)，它們的構成和控制原理基本相同。因此在數據機床出現故障時，要求維修人員必須有清晰的故障排除思路：

（1）調查故障現場，確認故障現象、故障性質，應充分掌握故障信息，做到“多動腦、慎動手”，避免故障的擴大化。

（2）根據所掌握故障信息明確故障的復雜程度，并列出故障部位的全部疑點。

（3）依據技術資料分析所有可能的故障原因，要求思路開闊，不應將故障局限于數控機床的某一部分，在深入分析的基礎上，擬定檢查的內容和方法，制訂故障排除的方案。

（4）在確定故障排除方案后，利用萬用表、示波器、轉速表等測量工具，用試驗的方法驗證并檢測故障，逐級定位故障部位，確認出故障的類型。為了準確、快速地定位故障，應遵循故障排除的原則。

（5）故障的排除，通常找到故障原因后，問題會迎刃而解。

（6）養(yǎng)成良好的工作習慣，解決故障后應做好相關資料的整理記錄工作，為該機床建立故障檔案，以便提高自身的業(yè)務水平，方便機床的后續(xù)維護和維修。

數控機床在使用中不可避免地要產生各種故障，維修不到位將嚴重影響數控機床開動率，造成設備閑置和經濟損失，這使得掌握數控機床故障診斷技術變得越來越重要。下面以華中世紀星數控系統(tǒng)為例介紹一些機床故障的排除方法。

三、華中世紀星數控機床常見故障診斷與排除實例

世紀星HNC-21系列數控裝置采用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè)PC機、高性能32位中央處理器配置，7.5寸彩色液晶顯示屏和標準機床工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC接口、遠程I/O板接口于一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲方式以及軟驅、DNC以太網等程序交換功能，主要適用于數控車銑床和加工中心的控制。華中世紀星數控機床數控機床故障分類有多種方法，按故障發(fā)生與需要維修的位置主要有數控系統(tǒng)不能正常開機故障、急停故障、自動換刀系統(tǒng)故障、主軸系統(tǒng)故障、手持單元故障、進給系統(tǒng)故障等，本文只對幾種故障現象做詳細介紹。

1.數控系統(tǒng)不能正常開機故障診斷與排除

數控機床要開動起來，首先要保證數控系統(tǒng)能夠正常上電，這也是數控機床調試過程中首先要做的。

（1）數控系統(tǒng)電源接口

圖1所示為HNC-21數控裝置與其它裝置單元連接的總體框圖，其中XS1為數控系統(tǒng)電源接口，采用DC24V或AC24V作為輸入電源。

圖2所示為NC通電控制線路圖，數控機床進線電源采用三相AC380V電源，經過變壓器變?yōu)锳C220V，再經過開關電源轉變?yōu)镈C24V后，作為數控系統(tǒng)的電源輸入電壓，SB1為數控機床控制面板上的NC電源關按鈕，SB2為NC電源開按鈕。

圖1 總體框圖 圖2 NC通電控制線路

（2）數控不能正常開機的原因

1）系統(tǒng)電源不正確。

2）系統(tǒng)程序丟失。

（3）故障排除思路

1）當按下數控機床操作面板上的SB2啟動按鈕時，機床不能上電，應首先觀察KA0指示燈是否得電。

2）如果得電又斷電，說明NC通電控制線路24V電源已經接入，原因應是KA0常開觸點沒有接入控制回路，沒有形成自鎖回路。

3）如果指示燈沒有點亮，則應檢查+24V電源是否正確（檢查從開關電源輸入的24V是否連接到NC通電控制線路）。

4）24V電源正確后，仍不能正常啟動且KA0指示燈仍不亮，則應檢查開關SB2按鈕是否損壞以及SB1和SB2是否接反以及數控系統(tǒng)中轉接板連線是否正確。

5）檢查XS1是否連接到數控系統(tǒng)以及電壓是否正確，如都正常CRT顯示屏仍不能正常上電，應檢查數控系統(tǒng)中熔斷器和顯示屏是否損壞。

6）若系統(tǒng)能完成上電，但進不到操作系統(tǒng)界面，則需要重新做系統(tǒng)程序。

2.自動換刀系統(tǒng)故障診斷與排除

（1）刀架控制系統(tǒng)電氣線路連接圖

該數控機床刀架采用的是四工位車床刀架，刀架電機采用三相交流380V供電，正轉時驅動電機正轉，反轉時刀架自動鎖死，為了保證刀架完全鎖死，保證刀具的定位精度，在PLC參數中設置了0.5s的反轉鎖死時間。每把刀具都各有一個霍爾位置檢測開關，圖3為四工位刀架控制線路圖。

圖3 四工位刀架控制線路圖

（2）刀架換刀故障原因

當開機后系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，手動或者自動換刀時，刀架出現不能換刀主要有以下幾種原因：

1）強電控制電路故障。

2）接觸器控制電路故障。

3）PLC輸入/輸出故障。

4）刀架機械故障。

（3）故障排除方法思路

刀架故障現象主要有“刀架不動”和“刀架正轉不?！眱煞N。

1）刀架不動故障排除思路

①按下換刀啟動按鈕后，觀察繼電器指示燈是否點亮以及觀察PLC輸出點位Y0.6、Y0.7的狀態(tài)變化，如繼電器指示燈不點亮，檢查刀架刀位控制模塊24V電源控制回路（380V經變壓器變220V后，經開關電源變?yōu)?4V）和PLC程序輸出點位（刀架正傳Y0.6、反轉Y0.7）設置是否正確；如點亮且繼電器觸點連接正確并吸合，確定繼電器沒有問題，再看接觸器吸合狀況。

②接觸器不吸合，檢查220V電壓是否輸入以及接觸器是否損壞；如吸合說明接觸器沒問題，則可能是刀架相序接反、刀架鎖死以及刀架電機損壞等原因。

③如控制線路連接連線正確，把刀架電機U、V相序互換，如還不能排除故障，說明可能電機卡死或電機損壞。

2）刀架正轉不停故障原因及排除采取措施

故障原因 排除故障采取的措施

刀架刀位信號模

塊的電源不正確 檢查模塊的電源是否正常，接線極性是否正確，通常的刀架刀位信號模塊應該為DC24V。

PLC刀位信號參數設置錯 檢查PLC參數設置是否和系統(tǒng)輸入一一對應

系統(tǒng)開關量輸入

電纜接錯或斷路 1.檢查開關量輸入電纜

2.需更換開關量輸入電纜

刀架位置檢測霍爾元件損壞 需更換刀架刀位信號模塊

無刀架反轉輸出（Y0.7） 1.檢查輸出端口

2.檢查開關量輸出電纜

3.檢查電路

刀架反轉繼電器或接觸器壞 需更換繼電器或接觸器

PMC參數設置錯 查看正轉延時時間、反轉延時時間以及換刀超時等時間參數設置是否正確；

機械松動或機械壞 1.檢查電機與刀架聯接的部分定位銷是否有松動

2.需更換刀架

3.急停故障診斷與排除

（1）急停故障原因分析

數控機床正常上電后，打開急停按鈕，發(fā)現系統(tǒng)處于急停狀態(tài)，數控系統(tǒng)處于急停狀態(tài)主要有以下幾種原因（如圖4所示）：

1）急?；芈饭收?。

2）“軟急?！陛斎攵丝诮泳€位置錯誤。

3）PLC中“軟急?！秉c位設置錯誤。

4）外部輸入線纜接錯位置。

5）其它部件報警引起的急停。

（2）故障排除方法思路

1）首先按下“超程解除按鈕”，如果系統(tǒng)能夠復位，說明故障出現在超程限位開關位置，檢查行程開關是否壓限位擋塊以及行程開關內部接線；如系統(tǒng)不能復位，說明故障可能是“急停開關故障”、“KA繼電器故障”、“外部24V電源故障”、“軟急停輸入端口位置錯誤”、“PLC軟急停點位設置錯誤”、“外部線纜連接錯誤”。

圖4 HNC-21數控裝置急停回路

2）外部24V電源故障，根據KA繼電器指示燈可判斷外部24電源是否接入急停回路。

3）KA繼電器故障，打開急停開關，如KA繼電器指示燈不亮檢查外部電源，指示燈亮檢查KA繼電器線圈以及急?；芈方泳€是否接在它的常開觸點上。

4）急停開關故障，主要檢查急停按鈕的常閉觸點，若未裝手持單元或手持單元上無急停按鈕，XS8接口中的4和17腳應短接。

5）檢查“軟急停”輸入端口接線位置是否與PLC中“軟急?！秉c位設置一致。

6）對于有報警信息的根據報警信息排除相應故障。

7）外部輸入線纜接錯位置，如將XS10和XS11對調，XS10中的第一個觸點對應位置I0.0為急?；芈分蠿向行程開關的常閉觸點；而XS11第一個觸點對應位置I2.4為“軟急停”，兩者互換接入數控系統(tǒng)，將發(fā)生急停報警，且按“超程接觸按鈕”也不能復位。

數控機床是復雜的設備，在診斷與維修時要事先消化技術資料，搜集現場相關信息，做好充足的準備。在此基礎上，要遵守故障診斷與維修的原則和步驟，切忌盲目動手；另外應嚴格按照有關資料如圖紙、說明書的規(guī)定要求去做，注意資料中的數據，因數據是指導設備維修的重要依據。最后數控機床是機電一體化的高科技產品，在遇到故障時，不能單一考慮是某一方面的故障，要學會根據故障現象，綜合分析故障原因，靈活使用自診斷法、備件更換法、機電脫離法等各種診斷方法，這樣才能更迅速、有針對性地將故障排除。

作者簡介：

篇9

關鍵詞：數字仿真；學和考試模式改革；例引導教學；元化考核方式

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0126-02

一、引言

控制系統(tǒng)計算機仿真是講授仿真的基本概念、原理、算法和計算機實現的課程，是自動化專業(yè)課程體系中重要的專業(yè)課。本課程原有教學模式是以課堂講解為主，上機實驗為輔；原有考核模式也是以卷面成績?yōu)橹?，平時成績?yōu)檩o，這讓學生形成了一種傳統(tǒng)的語言課程學習的機械式方法，且考試方式單一，理論考試多，應用測試少，很難滿足以應用為目的的學習。為此，本文結合教學實踐改革，采用教與考相結合的方式，注重學習和動手能力的培養(yǎng)。

二、教學模式改革

1.教學內容改革。（1）制定課程教學主線。在教學內容上把握一條主線、兩個應用：以自動控制系統(tǒng)仿真基礎知識、實現方法、結果分析為依據，始終貫穿控制系統(tǒng)仿真過程；以實踐應用和實例應用為目標，通過主線，將理論和實踐有機結合。具體如圖1所示。（2）調整教學內容。課程內容在Simulink基本仿真的基礎上加入一些高級編程，如Simulink和MATLAB交互編程，S函數的用法以及實用的工具，擴展學生仿真的工具和手段，為仿真實際應用做好準備。

2.教學環(huán)節(jié)改革。（1）實踐應用改革。在實踐應用中擴充了原有的實驗內容，由原來的6個實驗改為10個，細化了實驗目標，制定了新的實驗手冊。（2）實例應用改革。在實例部分由簡到繁，結合學生目前自動控制原理課程學習的進度和理解程度，選擇具有代表性和學生感興趣的控制系統(tǒng)完成以下實例仿真過程：①電力牽引電機控制；②磁盤驅動讀取系統(tǒng)；③海底隧道鉆機控制系統(tǒng)；④哈勃太空望遠鏡指向控制；⑤火星漫游車轉向控制；⑥自動平衡秤系統(tǒng)；⑦自動焊接頭控制；⑧轉子繞線機控制系統(tǒng)。

重點講解了磁盤驅動讀取系統(tǒng)，由簡化圖逐步深入具體結構，控制指標由粗到細，控制器由簡到繁，層層分解，步步深入，從常見PID控制到現代控制理論、智能控制理論。

3.教學方式改革。（1）采用實例引導教學方法，激發(fā)學生的應用能力。學生通過學習已掌握了控制理論的基本知識和控制系統(tǒng)的基本設計及分析。為突出仿真的應用意義，在應用一節(jié)的講授環(huán)節(jié)中加入科研工程實例，利用MATLAB/SIMULINK進行仿真、分析和設計，通過多媒體向學生展示，可以激發(fā)學習的興趣，加強學習的目的性。另外，對每次實驗課的題目進行由簡到繁的系統(tǒng)性設置，引導學生獨立思考，以幫助學生在解決簡單問題之后有興趣解決復雜問題，并鍛煉分析問題的能力。（2）利用問卷調查調動學生參與教學的主動性。為及時掌握學生對于教學改革的意見和建議，本學期進行問卷調查2次，共設立20個問題，為發(fā)揮學生的主動性以開放式問卷為主，分別從課程的設置、教學目標、教學內容、團隊合作能力和溝通能力等方面進行調研，并及時分析、回饋與學生交流。問卷中有代表性的兩個問題如下。

①你對這門課教學內容的感興趣程度，在下表適當的選項中選擇（劃√，可多選）。

②如果現在需要你和其他同學合作完成研究任務，你希望承擔何工作？

A.數據計算（ ） B.理論設計（ ）

C.算法實現（ ） D.結果分析（ ）

其他（請具體寫明）

三、考試模式改革

1.考試模式構成。本學期考試成績按百分制計算，其中大作業(yè)（含答辯）（70%），實驗（20%），卷面（10%）。卷面作為閉卷考試，時間2小時，按百分制給定，實驗成績由實驗報告成績按百分制給定。大作業(yè)分為答辯和紙質作業(yè)兩部分；具體評分標準為：報告得分90分+答辯/特色加分10分。

2.大作業(yè)考核具體步驟。（1）分組。結合問卷調查結果將學生分組，每組4個學生，設組長1名；每組共同完成一道題目，同組4人可按橫向也可按縱向劃分任務，任務根據問卷調查表并結合個人情況分配，組員協(xié)商由組長統(tǒng)一意見。（2）布置大作業(yè)內容。每組一題，涉及選題自動控制系統(tǒng)的控制器設計與分析，包括：①MANUEC器人；②NASA的衛(wèi)星回收機械手；③星際探索的系統(tǒng)；④無人機；⑤天線指向控制系統(tǒng)；⑥機械臂控制系統(tǒng)；⑦熱軋機控制系統(tǒng)；⑧液壓伺服控制系統(tǒng)。（3）給出作業(yè)基本結構和例子?？紤]到學生初次完成大作業(yè)，不僅給出了大作業(yè)的要求內容，同時給出了參考格式，并給出了2份實例作業(yè)，供學生進一步參考、了解研究思路和步驟。（4）答辯。為了解學生紙質作業(yè)以外的情況，同時也為鍛煉學生的學習能力和語言表達能力，針對大作業(yè)設立了答辯環(huán)節(jié)。答辯過程中按劃分小組進行，學生制作5～8分鐘的PPT，由教師擔任答辯委員，并進行提問和現場評價。

四、改革的收獲與思考

1.答辯效果的直接回饋。在每個學生和每組答辯結束后都進行了分析和評價，讓學生及時了解個人的優(yōu)點和不足；也知道本組在分工、研究過程中的優(yōu)勢與問題。學生及時了解考試中存在的問題，教師能夠與學生進行反饋與一對一的直接交流。

2.新多元化考核模式的推廣。所采用的多元化考核方式使學習過程中始終穿插著考核的過程，明顯提高了學生對課程學習的重視程度。另外，理論考核在總成績中比例的減小，實驗考核與大作業(yè)考核、答辯在總成績中比例的增加，也明確了學習態(tài)度的重要性及實踐技能的重要性。

3.推進雙語教學。雙語教學是我校創(chuàng)建世界一流大學過程中十分重要的一項教學改革措施。通過雙語教學，能夠較好地幫助學生掌握本學科的專業(yè)英語術語以及本專業(yè)的最新國際發(fā)展動態(tài)，開闊學生視野，培養(yǎng)學生探索新知識的興趣，增強學生進行國際學術交流的能力。

篇10

論文關鍵詞：數控技術　仿真軟件　數控教學

論文摘要：初學者在數控實習教學過程中易發(fā)生安全事故，造成機床和人身傷害。數控加工仿真系統(tǒng)是基于虛擬現實的仿真軟件，是利用計算機來模擬實際的加工過程。采用數控仿真軟件教學，不僅降低了運行成本，而且給學生更多的練習機會，在各種仿真過程中熟練掌握數控機床的加工生產技術。訓練學生實習操作的技能技巧，有利于數控教學水平的提高。但數控加工仿真系統(tǒng)是一種模擬軟件，它不可能完全代替實訓。

數控技術自問世以來，給世界各國制造業(yè)帶來了革命性的變化?，F在數控技術已成為制造業(yè)，特別是先進制造業(yè)的核心，也是體現一個國家綜合國力水平的重要標志。企業(yè)的制造能力、適應市場能力和競爭能力都是建立在數控技術之上。隨著我國制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要大量掌握現代化制造技術的人才，特別對一線數控技術工人的需求量非常大，這就要求中等職業(yè)學校培養(yǎng)具有高技能的技術人才。但許多中職學校由于條件的限制，只能傳授理論知識，而缺乏實踐，學生的實際操作能力欠缺。因此，探索出一種投入小、見效快的教學模式勢在必行。

一、數控教學中應用數控仿真軟件在的優(yōu)點

要學好一門技術就要經過大量的實習實踐，而數控技術更是一門實踐性強的課程，良好實習環(huán)境是數控教學必不可少的條件。而數控實習設備屬于的高科技產品，價格高，一臺數控車或數控銑至少在10萬左右，而一臺數控加工中心要30萬左右，多則達數百萬。一般中職學校購置數量不多的幾臺設備讓學生實習。從數量上和成本安全性上考慮，都不大適合學生的普及性教學和實訓。如果數控機床的實訓完全按照實操進行，需購置大量設備來滿足學生實習，這樣投入大、消耗多、成本高，一般學校難以承受，而使用數控加工仿真系統(tǒng)是解決此不足的主要途徑。它既能解決實訓設備不足、學生實習時間少的問題，又能解決初學者由于對數控系統(tǒng)及操作面板不熟悉而造成安全問題，提高學生對數控系統(tǒng)操作及控制面板的熟悉度，讓學生大膽地通過仿真對所編程序進行驗證，使實習的安排達到多樣化，提高學生的學習興趣和編程能力，使數控技術的教學投入少、見效快，是一種經濟實用、安全可靠、功能多樣的教學輔助工具。

二、在數控教學中的應用數控加工仿真軟件方法

在學習數控加工仿真軟件前，一般是學生完成了專業(yè)基礎理論教學（如機械基礎，機械制圖等）、專業(yè)基礎實訓教學（如鉗工，普通車工等）的基礎上進行的，仿真教學的目的是充分利用現有的資源，訓練學生實習操作的技能技巧。怎樣運用好數控加工仿真系統(tǒng)，使其發(fā)揮最好效果，具體應做如下幾點：

1.在數控教學初期

在教學初期，主要以理論教學為主，學習數控編程的理論知識（如指令格式、編程方法等問題），一般安排15課時左右。但同時在教學中應穿插數控仿真系統(tǒng)的學習，仿真系統(tǒng)主要解決軟件的安裝及基本的使用問題。可先用多媒體將數控仿真軟件對學生進行集中訓練，使學生對仿真軟件的使用有全面的了解，然后讓學生上機練習仿真軟件的使用。

2.教學中期

經過初期的系統(tǒng)學習后，學生基本掌握了數控機床面板及數控仿真系統(tǒng)的操作方法，數控教學應將理論與仿真有機結合起來，理論教學以編程方法和工藝為主，而仿真訓練主要進行程序的輸入、校驗等練習，同時讓學生了解不同數控系統(tǒng)（如法那克、西門子、廣數、華中等）的操作方式，將理論與實踐結合起來。

3.教學后期

數控加工仿真軟件只是一種模擬教學軟件，是對加工過程的模擬，并非真實的加工過程，它不可能完全代替教學，尤其是數控加工實訓。在數控教學中，往往由于過分依賴仿真系統(tǒng)，而忽視了機床加工練習。因為仿真系統(tǒng)與實際機床有著本質的區(qū)別，仿真系統(tǒng)無法替代學生在機床上加工時的真實感受，特別在切削用量的選擇方面。因此，教學后期要合理安排時間，將仿真訓練與實際數控機床操作訓練有機結合，盡量讓學生在機床上進行零件的加工訓練，而仿真系統(tǒng)此時只是對程序驗證的工具，學生可先在仿真系統(tǒng)上將零件模擬加工出來，然后再上機床實際加工，這樣可以保證程序的正確性，減少在加工的過程中因程序問題而造成的安全事故。

總之，把數控仿真軟件用于數控教學中，將有利于改進教學方法，提高教學水平。但同時要正確處理仿真與實際操作的關系，不能用仿真軟件完全代替數控實習，應合理安排仿真與實際操作的時間。教育是高投入、高產出的行業(yè)，如何利用現有的資源和設備，以最少的成本，培養(yǎng)具有現代化數控技術應用和開發(fā)能力的新型機電一體化人才，是我們職業(yè)教育探索的方向。

參考文獻

1.勞動部職業(yè)技能開發(fā)司.數控車床生產實踐.北京:中國勞動保障出版社. 1997

3.勞動和保障部教材辦公室.數控加工工藝學.北京:中國勞動保障出版社. 2000