开放式网上机械制造技术基础虚拟实验室软件

《机械制造技术基础》是大学机械类相关专业的一门重要的核心课程、综合技术基础课,其理论性和实践性都很强,该课程的实验教学是机械制造基础课程教学中的一个重要实践环节。

该套软件针对《机械制造技术基础》课程开发,主要围绕最常见的CA6140车床展开实验,课程涵盖了较为系统和全面的知识点,从基础的车削基础知识、车床操作认知练习,到较为深入的车床拆装及工作原理、车刀相关认知及刃磨,到更具有探究性质的机械加工工艺规程的设计实验。

通过该套软件的使用学习,期望使学生习得多层次的知识点,整体提高学生在机械制造基础方面的认知。

软件的目的意义:

目前,现实中的机械制造基础实验存在以下局限性:

1、硬件依存性较强,只能在特定实验室中进行;    

2、仪器设备数量有限,无法满足学生独立进行实验的需求;

3、部分实验具有一定危险性,如CA6140车床操作等实验;

4、部分实验无法满足学生透过设备外壳观察内部机构工作原理的需求,如三爪卡盘的工作原理、刀架的换刀原理、尾座的锁紧原理等;

随着招生规模的逐年扩大,教学改革的不断深入,机械制造基础实验的教学任务越来越重,仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题,并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量,我们开发了开放式网上机械制造基础虚拟实验室软件。

系统提供了多种常用机械设备和模型:

1、    CA6140车床

进给箱、主轴箱、三爪卡盘、溜板箱、刀架、挂轮箱、光杠、丝杠、尾座、床身、底座、其他附件等;

2、    车刀

90°车刀、75°车刀、45°车刀、切断刀、内孔车刀、圆头车刀、螺纹车刀等;

3、    全液压模锻锤

4、    机械工具箱

包括方榫、活扳手、呆扳手、一字螺丝刀、四方扳手、内六角扳手、角度尺等;

使用现有器材模型,系统可开展如下5个虚拟实验的训练:

•    CA6140车床认知

•    CA6140车床部分拆装及工作原理

•    车刀认知

•    发动机曲轴连杆锻造

•    机械加工工艺规程设计

(1)CA6140车床认知实验

该实验旨在帮助学生认识CA6140车床的结构组成、练习各部件的操作及调整方法。内容涵盖主轴箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座、床身主体、车床附件8大主要模块,每个大模块下还涵盖子部件的详细认知。

实验过程中穿插有小练习,系统随机出题,如果学生的操作错误,系统会指出错误并给出正确答案,以这样的方式考察和巩固学生对车床的认知。

软件实现了对危险事故的预演及预防,通过预演不及时停止进刀而导致的撞坏车刀事故、不慎操作导致的尾座坠落砸伤人员事故等,引起学生的高度关注,从而在实物实验中避免此类事故的发生。

车床八大主要模块认知

透过外壳观察内部零件的配合运动

不当操作导致车刀被撞坏

(2)车刀认知实验

该实验围绕车刀展开,内容涵盖车削基础知识的认知、车刀的分类、影响车刀性能的参数认知、车刀的刃磨等环节。

在车刀角度环节,同样设置有小练习,通过小练习考察和巩固学生对车刀几何角度的认知。

在车刀刃磨环节,以人物动画的形式示范车刀刃磨的动作要领和方法。

车刀刀头组成

刃磨车刀

(3)CA6140车床部分拆装及工作原理实验

该实验旨在通过动手拆装练习,使学生熟悉各部件的结构组成,通过三维动画的演示,使学生了解其工作原理,拓宽学生的思路,丰富学生的知识储备。内容涵盖三爪卡盘、溜板刀架、尾座三大部件。

三大拆装部件示意图

针对以上三大部件,分别设有拆卸模式、工作原理、组装模式三种模式,可自由选择模式进入相应的实验。

模式选择示意图

软件配备丰富的机械工具箱,学生需要选择正确的工具进行相关拆装操作,针对主要部件,拆装细节要求到每一个螺栓均可拆卸。实验过程中,用户可以对各零件进行360°自由观察。

拆卸完成之后,组件以爆炸图的形式显示,旋转视角和距离仔细观察各零件细节,鼠标放到某个零件上面之后,屏幕中会显示其名称;

三爪卡盘拆卸示意图

针对三爪卡盘的工作原理、刀架的工作原理、尾座锁紧原理、套筒移动原理、套筒锁紧原理等进行动画演示,并清晰展现内部构造的工作原理。

刀架工作原理示意图

拆卸模式完成之后,可以立即进入组装模式,也可以在返回到主场景中之后再次点击组件,从弹出的选项中选择进入组装模式。

尾座组装示意图

(4)发动机曲轴连杆锻造实验

该实验包含连杆结构的认知、曲轴连杆的工作原理、连杆材料的选取、模锻过程四个实验环节。

在连杆结构认知环节,系统将连杆分为三部分,对每一部分还辅以简短的介绍以加深认知。

在模锻过程环节,软件模拟连杆分级锻压的过程,每次锻压之后,用户都可以仔细观察模具型腔的形状及锻件的形状变化。

发动机曲轴连杆锻造

曲轴连杆的工作过程

(5)机械加工工艺规程设计实验

该实验模拟了一套完整的机械加工工艺规程设计过程:工艺性分析——确定毛坯——拟定工艺过程——选择机床——选择夹具——选择刀具——计算工序尺寸——确定切削用量。通过该实验,使用户熟悉工艺规程设计的过程及要点。

工艺性分析环节,软件随机给出一张正确/错误的图纸供用户分析,从而很好地避免抄袭现象的发生。

工艺性分析环节示意图

确定毛坯环节,提供毛泽选择原则、毛坯零件图、毛坯模型,可自由查看。

确定毛坯环节示意图

拟定工艺过程环节,软件自动判断用户设定的工艺过程是否正确,并智能给出正确的工序顺序。

拟定工艺卡示意图

机床选择环节,用户需根据工序安排,选择正确的机床,提供选择错误会有提示,并重新选择。

机床选择示意图

选择夹具、刀具环节,针对每个工艺过程,选择相应的夹具、刀具。

选择夹具示意图

“工序尺寸”,填写对应的工序尺寸

工序尺寸设计示意图

根据切削用量原则,填写对应的切削用量。

切削用量示意图

夹具、被加工件与刀具相互配合的形式,以三维动画的形式展现零件从毛坯到加工成最终零件的整个过程,期间用户可以360°自由观察。

加工过程演示

系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色,不同角色拥有不同权限。

学生:选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。

教师:典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。

教务管理员:课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。

系统管理员:用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。

性能指标

支持同时在线用户数1万人以上,经测试,系统运行稳定,不限终端用户数,

完全能满足日常教学使用。

服务器运行环境

操作系统:WindowsServer,Linux/UnixServer

Web服务器:Tomcat6.0,JDK6.0

数据库:MySQL

客户端运行环境

操作系统:AllWindows系列

相关信息:

研制单位:北京邮电大学北京润尼尔网络科技有限公司

通讯地址:北京市海淀区北三环中路44号院文教产业园1号楼邮政编码:100876

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