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開放式網(wǎng)上機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件

《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》是大學(xué)機(jī)械類相關(guān)專業(yè)的一門重要的核心課程、綜合技術(shù)基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。

該套軟件針對(duì)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程開發(fā)，主要圍繞最常見的CA6140車床展開實(shí)驗(yàn)，課程涵蓋了較為系統(tǒng)和全面的知識(shí)點(diǎn)，從基礎(chǔ)的車削基礎(chǔ)知識(shí)、車床操作認(rèn)知練習(xí)，到較為深入的車床拆裝及工作原理、車刀相關(guān)認(rèn)知及刃磨，到更具有探究性質(zhì)的機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

通過該套軟件的使用學(xué)習(xí)，期望使學(xué)生習(xí)得多層次的知識(shí)點(diǎn)，整體提高學(xué)生在機(jī)械制造基礎(chǔ)方面的認(rèn)知。

軟件的目的意義：

目前，現(xiàn)實(shí)中的機(jī)械制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)存在以下局限性：

1、硬件依存性較強(qiáng)，只能在特定實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行；

2、儀器設(shè)備數(shù)量有限，無法滿足學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求；

3、部分實(shí)驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性，如CA6140車床操作等實(shí)驗(yàn)；

4、部分實(shí)驗(yàn)無法滿足學(xué)生透過設(shè)備外殼觀察內(nèi)部機(jī)構(gòu)工作原理的需求，如三爪卡盤的工作原理、刀架的換刀原理、尾座的鎖緊原理等；

隨著招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，教學(xué)改革的不斷深入，機(jī)械制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)越來越重，儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)教師數(shù)量相對(duì)不足等問題愈加突出。為了以最少的經(jīng)費(fèi)投入解決以上問題，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，我們開發(fā)了開放式網(wǎng)上機(jī)械制造基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件。

系統(tǒng)提供了多種常用機(jī)械設(shè)備和模型：

1、 CA6140車床

進(jìn)給箱、主軸箱、三爪卡盤、溜板箱、刀架、掛輪箱、光杠、絲杠、尾座、床身、底座、其他附件等；

2、車刀

90°車刀、75°車刀、45°車刀、切斷刀、內(nèi)孔車刀、圓頭車刀、螺紋車刀等；

3、全液壓模鍛錘

4、機(jī)械工具箱

包括方榫、活扳手、呆扳手、一字螺絲刀、四方扳手、內(nèi)六角扳手、角度尺等；

使用現(xiàn)有器材模型，系統(tǒng)可開展如下5個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練：

• CA6140車床認(rèn)知

• CA6140車床部分拆裝及工作原理

• 車刀認(rèn)知

• 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿鍛造

• 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

（1）CA6140車床認(rèn)知實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)CA6140車床的結(jié)構(gòu)組成、練習(xí)各部件的操作及調(diào)整方法。內(nèi)容涵蓋主軸箱、掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾座、床身主體、車床附件8大主要模塊，每個(gè)大模塊下還涵蓋子部件的詳細(xì)認(rèn)知。

實(shí)驗(yàn)過程中穿插有小練習(xí)，系統(tǒng)隨機(jī)出題，如果學(xué)生的操作錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)指出錯(cuò)誤并給出正確答案，以這樣的方式考察和鞏固學(xué)生對(duì)車床的認(rèn)知。

軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)危險(xiǎn)事故的預(yù)演及預(yù)防，通過預(yù)演不及時(shí)停止進(jìn)刀而導(dǎo)致的撞壞車刀事故、不慎操作導(dǎo)致的尾座墜落砸傷人員事故等，引起學(xué)生的高度關(guān)注，從而在實(shí)物實(shí)驗(yàn)中避免此類事故的發(fā)生。

車床八大主要模塊認(rèn)知

透過外殼觀察內(nèi)部零件的配合運(yùn)動(dòng)

不當(dāng)操作導(dǎo)致車刀被撞壞

（2）車刀認(rèn)知實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)圍繞車刀展開，內(nèi)容涵蓋車削基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)知、車刀的分類、影響車刀性能的參數(shù)認(rèn)知、車刀的刃磨等環(huán)節(jié)。

在車刀角度環(huán)節(jié)，同樣設(shè)置有小練習(xí)，通過小練習(xí)考察和鞏固學(xué)生對(duì)車刀幾何角度的認(rèn)知。

在車刀刃磨環(huán)節(jié)，以人物動(dòng)畫的形式示范車刀刃磨的動(dòng)作要領(lǐng)和方法。

車刀刀頭組成

刃磨車刀

（3）CA6140車床部分拆裝及工作原理實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)旨在通過動(dòng)手拆裝練習(xí)，使學(xué)生熟悉各部件的結(jié)構(gòu)組成，通過三維動(dòng)畫的演示，使學(xué)生了解其工作原理，拓寬學(xué)生的思路，豐富學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備。內(nèi)容涵蓋三爪卡盤、溜板刀架、尾座三大部件。

三大拆裝部件示意圖

針對(duì)以上三大部件，分別設(shè)有拆卸模式、工作原理、組裝模式三種模式，可自由選擇模式進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

模式選擇示意圖

軟件配備豐富的機(jī)械工具箱，學(xué)生需要選擇正確的工具進(jìn)行相關(guān)拆裝操作，針對(duì)主要部件，拆裝細(xì)節(jié)要求到每一個(gè)螺栓均可拆卸。實(shí)驗(yàn)過程中，用戶可以對(duì)各零件進(jìn)行360°自由觀察。

拆卸完成之后，組件以爆炸圖的形式顯示，旋轉(zhuǎn)視角和距離仔細(xì)觀察各零件細(xì)節(jié)，鼠標(biāo)放到某個(gè)零件上面之后，屏幕中會(huì)顯示其名稱;

三爪卡盤拆卸示意圖

針對(duì)三爪卡盤的工作原理、刀架的工作原理、尾座鎖緊原理、套筒移動(dòng)原理、套筒鎖緊原理等進(jìn)行動(dòng)畫演示，并清晰展現(xiàn)內(nèi)部構(gòu)造的工作原理。

刀架工作原理示意圖

拆卸模式完成之后，可以立即進(jìn)入組裝模式，也可以在返回到主場(chǎng)景中之后再次點(diǎn)擊組件，從彈出的選項(xiàng)中選擇進(jìn)入組裝模式。

尾座組裝示意圖

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿鍛造實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)包含連桿結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、曲軸連桿的工作原理、連桿材料的選取、模鍛過程四個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

在連桿結(jié)構(gòu)認(rèn)知環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將連桿分為三部分，對(duì)每一部分還輔以簡短的介紹以加深認(rèn)知。

在模鍛過程環(huán)節(jié)，軟件模擬連桿分級(jí)鍛壓的過程，每次鍛壓之后，用戶都可以仔細(xì)觀察模具型腔的形狀及鍛件的形狀變化。

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿鍛造

曲軸連桿的工作過程

（5）機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)?zāi)M了一套完整的機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)過程：工藝性分析——確定毛坯——擬定工藝過程——選擇機(jī)床——選擇夾具——選擇刀具——計(jì)算工序尺寸——確定切削用量。通過該實(shí)驗(yàn)，使用戶熟悉工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的過程及要點(diǎn)。

工藝性分析環(huán)節(jié)，軟件隨機(jī)給出一張正確/錯(cuò)誤的圖紙供用戶分析，從而很好地避免抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。