CN113299174A - 三维数控多轴模拟机及模拟加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维数控多轴模拟机及模拟加工方法，其中所述的模拟机用于作为实体多轴机床的模拟训练，包括：通信连接的实训设备和模拟机。实训设备包括：操作面板模块，用于与操作人员进行交互；数控模拟模块，用于根据对操作面板模块的交互，确定操作功能模式和加工参数，并发送控制指令。模拟机包括：加工仿真模块，用于根据控制指令在模拟场景中进行模拟加工；立体显示模块，用于展示模拟加工的过程。操作面板模块和数控模拟模块分别与实体多轴数控机床的对应部分相同。本发明通过模拟机模拟真实机床的加工场景和过程，且不需采用实体设备，减少了培训成本，保证了培训的安全性。学员所操作的模拟机与真实的机床一致，提高了培训效率。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工培训领域，特别是一种三维数控多轴模拟机及模拟加工方法。
背景技术
当前，数控机床操作人员缺口很大，目前的多轴机床操作人员远远不能满足市场的需求，由于国内加工制造业经验尚浅，产品尚不成熟，而且基本上采用全模拟仿真。
一般的职业院校、高校、企业及培训机构通常采用计算机模拟软件进行教学培训，而采用市场上存在的数控机床模拟训练软件，学习者只是利用鼠标键盘进行模拟操作，没有真实的物理设备，没有直观的操作感觉，导致与真实机床的学习差距巨大。另一方面，当前五轴数控机床的造价很高，使得缺少经费的高校、职业院校、企业及培训机构等很难有充足的资金去购置大量实体机床来组建实验室，导致无法满足学员或新员工的技能学习需求。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种三维数控多轴模拟机及模拟加工方法，主要针对职业院校、高校及培训机构的数控操作学员，可根据真实数控设备建立不同的仿真模型，培训内容灵活可配，操作面板采用真实物理设备，与实际操作无异。极大提高学员培训效率，降低加工事故的发生，减少培训成本。
本发明公开了一种三维数控多轴模拟机，用于作为实体多轴机床的模拟训练，包括：通信连接的实训设备和模拟机；
其中，所述实训设备包括：
操作面板模块，用于与操作人员进行交互；
数控模拟模块，用于根据对所述操作面板模块的交互，确定操作功能模式和加工参数，并发送控制指令；
所述模拟机包括：
加工仿真模块，用于根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工；
立体显示模块，用于展示所述模拟加工的过程；
其中，所述操作面板模块与实体多轴数控机床的对应部分具有相同的结构和布局，所述数控模拟模块与所述实体多轴数控机床具有相同的所述操作功能模式。
进一步地，所述加工仿真模块包括：
场景构建单元，用于根据加工工艺构建模拟场景，所述模拟场景包括：模拟机床、加工背景、毛坯、夹具；
加工驱动单元，用于根据所述控制指令驱动所述模拟场景进行模拟加工。
进一步地，所述加工仿真模块，还用于接收手动输入的加工代码或基于CAD/CAM编写的加工代码。
进一步地，所述仿真加工模块，还用于：
获取所述模拟加工过程反馈的反馈数据；
所述操作面板模块，包括：状态提示单元，用于根据所述反馈数据进行相应提示。
进一步地，实训设备还包括：操作交互窗口，用于展示所述数控模拟模块的操作模式对应的操作界面，以及根据所述反馈数据进行相应提示。
本发明还公开了一种模拟加工方法，用于模拟多轴数控机床的加工操作，包括：
基于操作人员与操作面板模块的交互，确定操作模式和加工参数；
基于所述操作模式和所述加工参数生成控制指令；
根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工；
展示所述模拟加工的过程；
其中，所述操作面板模块与实体多轴数控机床的对应部分具有相同的结构和布局，所述数控模拟模块与所述实体多轴数控机床具有相同的所述操作功能模式。
进一步地，所述模拟加工方法还包括：
根据加工工艺构建模拟场景，所述模拟场景包括：模拟机床、加工背景、毛坯、夹具。
进一步地，所述根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工之前，还包括：
接收手动输入的加工代码或基于CAD/CAM编写的加工代码。
进一步地，所述模拟加工方法，还包括：
获取所述模拟加工过程反馈的反馈数据；
所述操作面板模块用于根据所述反馈数据进行相应提示。
进一步地，所述基于操作人员与操作面板模块的交互，确定操作模式和加工参数，还包括：
通过操作交互窗口展示所述数控模拟模块的操作功能模式对应的操作界面，以及根据所述反馈数据进行相应提示
本发明通过模拟机模拟真实机床的加工场景和过程，使得学员具有更直观、更立体的学习体验，且不需采用实体设备，减少了培训成本，保证了培训的安全性。学员所操作的控制面板和操作功能模式与真实的机床一致，极大提高学员培训效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例公开的三维数控多种模拟机的系统框图。
图2是本发明优选实施例公开的三维数控多种模拟机的整体结构图。
图3是本发明优选实施例公开的操作面板模块的结构布局图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1和图2所示的三维数控多轴模拟机，用于作为实体多轴机床的模拟训练，包括：通信连接的实训设备和模拟机。两者可以分别生产、运输，在使用时组合安装，并通过USB接口实现通信连接。
其中，所述实训设备主要用于模拟训练时设备的人工操作部分，实训设备包括：
操作面板模块，用于与操作人员进行交互，其中，所述操作面板模块与实体多轴数控机床的对应部分具有相同的结构和布局，使得学员能够在学习过程能够更加真实、直观，在完成学习后进行实操时不会有差异感，达到了更好的学习效果。优选的，如图3所示，操作面板模块具有华中数控系统HNC848设计风格和结构构造。
数控模拟模块，用于根据对所述操作面板模块的交互，确定操作功能模式和加工参数，并发送控制指令。优选的，数控模拟模块基于MFC开发，实现对实体的数控多轴机床的各操作功能模式和界面的仿真模拟。使得学员能够真实了解掌握数控多轴机床的功能和界面，在进行实操时不会有差异感，达到了提高学员真实操作技能的目的。所述数控模拟模块与所述实体多轴数控机床具有相同的所述操作功能模式，优选的，数控模拟模块所有操作功能模式和界面均与华中数控系统实际操作方法设计相同。
优选的，数控模拟模块包括以下操作功能模式及对应的界面：
(1)自动模式功能与界面；
(2)单段模式功能与界面；
(3)手动模式功能与界面；
(4)增量模式功能与界面；
(5)回参考点模式功能与界面；
(6)偏置设置界面与功能；
(7)MDI界面与功能；
(8)刀补界面与功能。
本发明实施例所公开的模拟机包括：
加工仿真模块，用于根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工；立体显示模块，用于展示所述模拟加工的过程。优选的，模拟机基于vericut系统开发并具备上述功能。
优选的，模拟机还包括工控机模块，实训设备通过USB通信将控制指令发送到模拟机的工控机模块进行计算操作，生成与数控模拟模块匹配的数控程序，然后通过加工仿真模块驱动虚拟机床完成对应模拟动作。
优选的，模拟机用于实现以下功能：
(1)读写NC程序；
(2)读写刀具参数；
(3)读写偏置参数；
(4)加工过程状态参数读取；
(5)加载指定设备模型；
(6)加载指定零件模型；
(7)设置进给倍率；
(8)设置主轴转速；
(9)主轴正转、反转；
(10)冷却液开关；
(11)循环启动；
(12)进给保持；
(13)急停。
模拟机通过实现上述功能，可以在采用较低成本的情况下，立体、真实的模拟机床的加工作业过程，能够给学员带来更好的教学体验。
在本发明的一些实施例中，所述加工仿真模块包括：
场景构建单元，用于根据加工工艺构建模拟场景，所述模拟场景包括：模拟机床、加工背景，毛坯、夹具等，场景构建单元还能根据教学需求对毛坯、夹具的外形尺寸进行定义。所述加工工艺可在开展教学前确定并输入值场景构建单元，也可以预设好各项加工工艺对应的模拟场景，通过选择的数控模拟模块的操作功能界面确定加工工艺。
加工驱动单元，用于根据所述控制指令驱动所述模拟场景进行模拟加工。
优选的，为了更全面细致地观察模拟加工过程，加工仿真模块还能够支持对模拟场景整体/局部的缩放、旋转等视角操作。
在本发明的一些实施例中，所述加工仿真模块，还用于接收手动输入的加工代码或基于CAD/CAM编写的加工代码。其中，CAD(Computer-aided Design)通常指计算机辅助设计，CAM(Computer-aided Manufacturing)通常指计算机辅助制造。本发明通过加工代码的直接输入提供了更为丰富且真实教学模式，具有更好的教学效果。
在本发明的一些实施例中，为了提高教学效果，更真实的模拟实际操作过程，本发明还能将加工仿真的状态、问题等反馈给学员。具体的，仿真加工模块还用于：
获取所述模拟加工过程反馈的反馈数据，例如，可以包括针对刀具、零件、床身的相互碰撞做出的反馈，例如在碰撞时，碰撞部分变色。以及对欠切、过切时的反馈，还可以在模拟场景机床各轴设置有行程限制的情况下，在超出限制时发出警告反馈，代码查错反馈，等等。反馈数据对应的反馈效果可以在立体显示模块以图像形式反馈给学员。
反馈数据可以采用多种具体形式来提醒学员。本实施例中，所述操作面板模块，可以状态提示单元，用于根据所述反馈数据进行相应提示，具体的，状态提示单元可以包括三色灯，三色灯状态显示会随模拟场景的加工状态的变化而变化，且变化方式是实体的数控多种机床的三色灯方式相同，使得本发明的模拟加工更加逼近真实的加工操作；状态提示单元还可以包括音频播放装置，其能够在模拟加工过程中播放切屑、切削等声音，使得模拟效果更加逼真。
在本发明的一些实施例中，实训设备还包括：操作交互窗口，用于展示所述数控模拟模块的操作模式对应的操作界面，使得学员从视觉上能够感受到真实加工操作的效果，有利于提高教学质量。
所述操作交互窗口还能够根据所述反馈数据进行相应提示，同样高质量地模仿了真实加工操作的过程。
本发明还公开了一种模拟加工方法，用于模拟多轴数控机床的加工操作，该方法能够应用于上述各实施例公开的三维数控多轴模拟机，该方法具体包括：
基于操作人员与操作面板模块的交互，确定操作模式和加工参数；
基于所述操作模式和所述加工参数生成控制指令；
根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工；
展示所述模拟加工的过程。
其中，所述操作面板模块与实体多轴数控机床的对应部分具有相同的结构和布局，所述数控模拟模块与所述实体多轴数控机床具有相同的所述操作功能模式。
在本发明的一些实施例中，所述模拟加工方法还包括：
根据加工工艺构建模拟场景，所述模拟场景包括：模拟机床、加工背景、毛坯、夹具。
在本发明的一些实施例中，所述根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工之前，还包括：
接收手动输入的加工代码或基于CAD/CAM编写的加工代码。
在本发明的一些实施例中，所述模拟加工方法，还包括：
获取所述模拟加工过程反馈的反馈数据；
所述操作面板模块用于根据所述反馈数据进行相应提示。
在本发明的一些实施例中，所述基于操作人员与操作面板模块的交互，确定操作模式和加工参数，还包括：
通过操作交互窗口展示所述数控模拟模块的操作功能模式对应的操作界面，以及根据所述反馈数据进行相应提示
本发明实施例所公开的模拟加工方法，具有与上述各实施例公开的三维数控多轴模拟机相同的有益效果，本文不再赘述。
值得一提的是，本发明实施例中提到的机床，同样广泛代指车床、铣床等同类加工装置/设备/系统。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三维数控多轴模拟机，用于作为实体多轴机床的模拟训练，其特征在于，包括：通信连接的实训设备和模拟机；
其中，所述实训设备包括：
操作面板模块，用于与操作人员进行交互；
数控模拟模块，用于根据对所述操作面板模块的交互，确定操作功能模式和加工参数，并发送控制指令；
所述模拟机包括：
加工仿真模块，用于根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工；
立体显示模块，用于展示所述模拟加工的过程；
其中，所述操作面板模块与实体多轴数控机床的对应部分具有相同的结构和布局，所述数控模拟模块与所述实体多轴数控机床具有相同的所述操作功能模式。
2.根据权利要求1所述的三维数控多轴模拟机，其特征在于，所述加工仿真模块包括：
场景构建单元，用于根据加工工艺构建模拟场景，所述模拟场景包括：模拟机床、加工背景、毛坯、夹具；
加工驱动单元，用于根据所述控制指令驱动所述模拟场景进行模拟加工。
3.根据权利要求1或2所述的三维数控多轴模拟机，其特征在于，所述加工仿真模块，还用于接收手动输入的加工代码或基于CAD/CAM编写的加工代码。
4.根据权利要求1所述的三维数控多轴模拟机，其特征在于，所述仿真加工模块，还用于：
获取所述模拟加工过程反馈的反馈数据；
所述操作面板模块，包括：状态提示单元，用于根据所述反馈数据进行相应提示。
5.根据权利要求4所述的三维数控多轴模拟机，其特征在于，实训设备还包括：操作交互窗口，用于展示所述数控模拟模块的操作模式对应的操作界面，以及根据所述反馈数据进行相应提示。
6.一种模拟加工方法，用于模拟多轴数控机床的加工操作，其特征在于，包括：
基于操作人员与操作面板模块的交互，确定操作模式和加工参数；
基于所述操作模式和所述加工参数生成控制指令；
根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工；
展示所述模拟加工的过程；
其中，所述操作面板模块与实体多轴数控机床的对应部分具有相同的结构和布局，所述数控模拟模块与所述实体多轴数控机床具有相同的所述操作功能模式。
7.根据权利要求6所述的模拟加工方法，其特征在于，所述模拟加工方法还包括：
根据加工工艺构建模拟场景，所述模拟场景包括：模拟机床、加工背景、毛坯、夹具。
8.根据权利要求6或7所述的模拟加工方法，其特征在于，所述根据所述控制指令在模拟场景中进行模拟加工之前，还包括：
接收手动输入的加工代码或基于CAD/CAM编写的加工代码。
9.根据权利要求6所述的模拟加工方法，其特征在于，所述模拟加工方法，还包括：
获取所述模拟加工过程反馈的反馈数据；
所述操作面板模块用于根据所述反馈数据进行相应提示。
10.根据权利要求9所述的模拟加工方法，其特征在于，所述基于操作人员与操作面板模块的交互，确定操作模式和加工参数，还包括：
通过操作交互窗口展示所述数控模拟模块的操作功能模式对应的操作界面，以及根据所述反馈数据进行相应提示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210824 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |