知名学府在机械工程课程中采用 NUM 的开放式 CNC 系统和 3D 仿真软件

将培养先进的 CNC 编程技术,助力迎接国内自动化市场的复兴

17/06/2014 – Teufen (AR), CH

普渡大学著名的工程学院已选择在其中一个主要的教学实验室配备 NUM 开放式 CNC 系统和 3D 仿真软件。该设备将通过虚拟机和物理高性能 CNC 演示系统的强大组合,为学生提供 CNC 编程实践经验,并帮助他们熟悉先进的 CNC 机床操作和控制技术。

普渡大学是美国顶尖的学术研究机构之一,并拥有全国最大的工程学院之一。其工程学院包括 14 个院系,每个院系都专攻一个特定的工程学科,并且目前正在进一步扩展其专业。作为扩展的一部分,普渡大学正致力于升级大学主校区的机械工程实验室。该实验室主要用于教授学生 CNC 控制和编程的基本知识,并介绍基于机床的制造工艺和技术。目前该实验室已配备多个基于 NUM 760 和 10xx 系列 CNC 系统及 NUM 2D 仿真器的 2 轴 CNC 演示机。

据负责监督机械工程学院所有与 CNC 相关的教育和研究活动的 Yung C. Shin 教授透露:“在 20 世纪 90 年代创建机械工程实验室时,我们对很多制造商所提供的 CNC 系统进行了考察。但是,大多数系统如同黑盒子,操作非常难以理解,对于教授 CNC 控制基础知识来说很不理想。因此我们决定基于 NUM 的 CNC 系统部署教育平台,这主要鉴于他们的开放式系统及想要使用其产品帮助我们实现教学目的的热情。NUM 的 CNC 开放性,尤其是 NC 代码和 I/O 设备,使我们能够清晰地展示 PLC、CNC 和驱动电子设备之间的数据交换,并简化了与其他实验室设备的集成。此外,我们在制造研究实验室中所使用的很多 CNC 机床均基于 NUM CNC 系统,因此编码具备较高的通用性。”

NUM 作为机械工程学院的 CNC 合作伙伴已历时约 24 年。位于伊利诺州 Naperville 的 NUM 公司总经理 Steven Schilling 指出 NUM 对教育机构这种长期支持的重要性:“普渡大学的所有教学人员在需要为新项目重新配置或重新编程 CNC 系统时,均可联系我们的技术支持人员寻求工程方面的协助。这种密切的合作确保了普渡大学的实验室 CNC 设备具备最新功能和刀具,以帮助学生开发新的加工技术。”

NUM 对机械工程实验室内的 CNC 设备进行了广泛的升级。其提供了两个专为铣削应用而配置的 Flexium 68 CNC 系统,分别配备一个 NCK(数控核心)、PLC、HMI 和 3D 仿真器硬件和软件,以及可供 4 台 PC 使用的附加仿真器 dongle。Flexium 68 为机床类型和控制方式随时间变化的此类教育和研究应用提供了非常灵活的基础。作为标配,NCK 每个通道上最多可兼容 5 个轴/主轴,并进行 4 轴联动。单 NCK 选项可将其扩展为最多 8 个通道 32 个轴/主轴,及最多 32 个插补轴 ,而多 NCK 配置可处理 200 多个轴。

为了提高工效,实验室安装了两个桌面控制台,用于人机交互。每个控制台均配备一个 NUM FS152i 操作面板和一个 MP04 机床面板,两个面板均带有 CAN 接口。操作面板配有 15 英寸的液晶屏幕和带固态硬盘的整体工业 PC,采用嵌入式 Windows,并连接到普渡大学的以太网网络。每个控制台可用于仿真或控制实验室的 CNC 演示机。

NUM 还为两个附加 2 轴演示机提供所有的电机、驱动器、电源和相关硬件。两者均结合了最新一代的双轴 NUMDrive C 伺服驱动器和 BPH 无刷伺服电机。其中一个机床采用具备高性能控制回路的 HP 驱动器,便于对涉及快速精确运动的应用进行研究。

通过使用 Flexium,普渡大学的学生和研究生研究员现在可以详细探讨 CNC 技术。所有 CNC、伺服驱动器、I/O 和 PLC 的设置及编程均通过一个统一的软件工具执行,帮助缩短学习曲线,提高生产力和工作满意度并促进协作。该系统固有的开放式体系具有多重优势。针对特定应用的 HMI(人机界面)可通过行业标准编辑器和 HTML, JavaScript, Visual Basic, Delphi, C 或 C++ 等语言轻松创建或修改,而 PLC 可通过任何一个符合 IEC 61131-3 标准、面向对象的图形或文本语言进行编程。此外,需要 NCK 低级控制 —— 例如用于实时轴转换 —— 的学生可使用代码中的动态操作功能,而实时补偿等技术可使用伺服驱动器中的嵌入式闭环控制宏进行开发。

普渡大学当前在机械工程实验室安装的 Flexium 3D 图形仿真功能将显著提高工作灵活性。此前,仿真软件需要与 CNC 系统建立物理连接,这意味着每次只能有一个学生使用,并且仅限于基本的路径线 2D 仿真。现在,实验室拥有 6 个独立的仿真器站 —— 两个位于桌面控制器上,四个位于独立 PC 上 —— 每个均可在单机模式下进行准确的 3D 工件仿真,无需连接至 CNC 系统。另有 6 个联网 PC 正在安装,使学生能够在不同位置进行仿真。

目前学生能够仿真及优化所写入的任何 ISO 代码部件加工程序,实现刀具中心点路径和工件材料去除的全面可视化,并选择机床组件、刀具和工件之间的自动碰撞检测。仿真软件目前支持 3-5 轴车削和 3 轴铣削/钻削,以及水刀和等离子轮廓切削,并且可以很容易地在各个应用之间切换。它创建了一个动态彩色图像,以 3D 模型显示工件,可随意旋转并从任意角度查看。

普渡大学计划在秋季学期向学生开放新型 CNC 设施,Shin 教授解释道:“我们需要尽快向更多学生提供 CNC 编程和可视化实践经验。由于添加剂制造新工艺的发展,国内自动化市场正在复兴,CNC 编程技术再次供不应求。当学生能够看到他们的努力成果时 —— 无论是在仿真器、CNC 演示机或机床上 —— 都会对 CNC 编程激起极大兴趣,这就解释了为什么我们的新设施是如此重要的教学工具。大约 65% 的毕业生将从事制造业 —— 很多凭借自己的实力成为专家。我觉得当他们建立自己的实验室时,将会记得我们曾教授的基础知识。