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

著名的普渡大学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工具,以帮助学生 开发新的加工技术。”

机械工程实验室对其 CNC 设备进行了 广泛的升级。NUM 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 使用的附加仿真器加密狗。 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,每个通道 最多 9 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。所有的 CNC 伺服驱动 器、I/O 和 PLC 设置及编程均通过一个 统一的软件工具完成,从而有助于缩短 学习曲线,提高生产效率和工作满意度, 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 代码零件加工程序,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 了我们的新设施之所以成为如此重要的 教学工具的原因所在。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。