适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装置的制作方法

专利名称：适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明有关工具机操作训练模拟装置，且特别是有关一种适用于电脑数值控 制工具机的操作训练模拟装置。
背景技术：
由于工具机零件加工的复杂度，随着信息科技产业的进步，发展出众多电脑
辅助设计与制造(computer aid design and computer aid manufacturing; CAD/CAM) 软件，例如〃Pro-E〃、 〃1-DEAS〃或〃Gibbs CAM〃等等CAD/CAM程序制作加工模拟软 件。由于加工模拟软件可预先模拟加工过程，预先模拟材料或结构进行加工的操 作以便除错与改善，进而防止实际加工作业中的错误产生，避免造成机台与工件 的损害，因此目前广为应用于制造业。
现今的加工模拟软件功能完善强大，但是程序指令操作复杂，模拟人员需先 熟悉软件操作后，才能熟悉模拟加工情况。目前多应用于产品设计初期的材料与 结构分析。由于模拟加工软件的操作具有一定程度的复杂性，且其着重于产生电 脑数值控制(CNC)程序码，加上此种加工模拟软件成本相当高，因此比较不适合于 训练第一线的CNC工具机现场操作人员，避免耗费过多人员训练时间而增加人事 成本。
使用加工模拟软件来训练初学者虽然可以降低训练操作的危险性以及成本， 同时无需实际的加工刀具与工件来作操作练习，对于学习的人员来说是安全的。
然而，这种使用一般加工模拟软件对新进人员(或学员)进行训练的方式，虽 然可避免实际操作设备的损害风险与成本(如，实际加工用的材料或人员操作失当 对设备产生的损害等等)，而模拟加工软件的皆为图形化操作界面，对无经验的新 进人员(或是学生)来说，由于没有接触到实际的CNC工具机的操作界面，因此在 实际加工作业前，为使新进人员(或学生)能实际熟悉CNC工具机的操作界面以降
低加工操作疏失，往往仍需再另外安排时间施以衔接教育，直接操作实际的CNC 工具机操作面盘以熟悉适应CNC工具机操作。然而，这样一来，不但拉长训练时 间，也提高了人事训练成本。 一般教育训练单位(如技职学校或职训中心)，受限 于经费不足，为节省设备成本，在进行CNC工具机教学时，常常可以看到多位学 员挤在一台CNC工具机旁边进行加工教学，轮流练习。这种方式虽然可使学员直 接熟悉CNC工具机，但是由于多人共机，在时间的限制下，要使学员对CNC工具 机达到一定的加工操作熟悉度的效果仍然有限。
另一种现有的训练方式，是将工具机的控制盒由机台上拆下，可以保留实际 的操作感觉。受训学员可以于实体控制盒上输入加工条件指令，然而，机台并不 会产生任何实际的加工操作。以这种方式来训练操作，还是缺乏临场感，因而学 习效果大打折扣。
还有一种现有的训练方式即是采用工作中学习(on-job-training; 0JT)的方 式。目前制造业为縮短训练新进CNC工具机操作人员的时间，多半采用工作中学 习的方式。0JT的学习方式虽然可使新进操作人员在最短的时间内熟悉操作CNC 工具机，并具备实际加工作业能力，但是这种方式的风险与成本相当高。
为求縮短训练时间，业者除了需承担新进操作人员训练消耗的加工材料成本 (如刀具磨损、工件损耗等)之外，更要面对新进操作人员因操作失当而造成设备 损害的风险，如撞机与刀具损坏，或是新进操作人员因熟悉度不足而产生危险并 造成人员的伤害。
因此，目前需要一种工具机的操作训练模拟装置，并使新进操作人员(或受 训学员)能在安全无虞的操作下直接且快速的熟悉CNC工具机操作界面。

发明内容
本发明的目的是提供一种具有实际工具机操作面盘的CNC工具机操作训 练模拟装置，利用一实体控制装置与一软件模拟器，提供一真实的操作界面 以使受训练的学员可直接由实体控制装置来训练操作工具机的切削加工过 程。
本发明的另一目的是提供一种操作简单的工具机的操作训练模拟装置， 受训练学员不需记忆复杂的软件程序指令，而可通过直接操作实体控制装置
来模拟操控工具机。
本发明的又一目的是提供一种工具机操作训练模拟装置，可提高受训学 员(新进操作人员)的操作熟练度，由于具有实体控制装置，且可直接操作该实 体控制装置来完成模拟加工的动作，使学员更容易了解加工过程中机台与加
工指令的关系外，还可增加学员操作CNC工具机台的熟练度。
本发明的再一目的是提供一种工具机操作训练模拟装置，其可节省训练 成本与降低操作风险。
根据本发明的上述目的，提出一种CNC工具机操作训练模拟装置，主要
包含有一实体控制装置与一软件模拟器，所以可以借助该实体控制装置让受 训者获得真实的操作感。同时，也可节省因训练操作所产生的消耗性材料，
如刀具与工件的成本，并防止因训练时的误动作所产生对于人员或机台的潜
在危险因子。与现有使用实际机台进行操作训练的方式相比较，本装置可提
供受训者在一个安全的环境下训练，不仅可以除去潜在危险因子，同时可以
提高学习的效果。
该操作训练模拟装置包含有一实体控制装置、 一软件模拟器、 一传输装 置以及一模拟显示装置；其中，该实体控制装置包含有一控制面盘，该控制 面盘包含有一执行操作面板以供输入工具机的执行操作动作命令；该软件模 拟器连结于该实体控制装置，并根据经由该实体控制装置所输入的执行操作 动作命令产生工具机的执行操作动作模拟；该传输装置连结该实体控制装置 与该软件模拟器；该模拟显示装置，其连结于该软件模拟器并显示该该软件 模拟器所产生的执行操作动作模拟。
因此，该操作训练模拟装置是一种安全、经济且方便使用的训练装置。 受训者可以直接且实际操作该实体控制装置并同时经由该模拟显示装置观察 即时的模拟加工动作。因此，使用该操作训练模拟装置不仅可以减少操作者 于实际操作机台时，因经验不足或是对指令的不熟悉所造成的误动作，同时 也防止了因误动作所产生对人员或机台的潜在危险因子。此外，该操作训练 模拟装置使用于操作训练时并不会有材料的消耗，如刀具的损耗、练习工件 的损耗，因而，受训员在重复练习时无须考虑任何前述耗材的成本，同时本 装置还可节省训练时间。
本装置在受训学员在学习过程中，不仅提供了安全的受训环境，也同时 减少的耗材成本的支出，更能增加学习训练的效果。若受训学员对工具机的 动作步骤不明了，可经由反复练习、观察模拟动作，使受训学员能确实了解 工具机动作后，再实际操作工具机，有效将新进操作人员或学生因操作失当 而造成设备损害以及熟悉度不足造成人员伤害的情况降到最低。


为让本发明的上述和其他目的、特点、优点与实施例能更明显易懂，下面将 结合附图对本发明较佳实施例进行详细说明，其中
图1是依照本发明较佳实施例的系统方块示意图。 图2是依照本发明较佳实施例的组合示意图。
图3是依照本发明另一较佳实施例的一实体控制装置的示意图。
图4是图3中实体控制装置的一执行操作面板的另一较佳实施例的示意图。
图5是依照本发明的实体控制装置的另一较佳实施例的组合示意图。
图6是依照本发明使用状态示意图。
具体实施例方式
请参照图1与图2所示，图1是依照本发明较佳实施例的系统方块示意 图。图2是依照本发明较佳实施例的组合示意图。本发明较佳实施例的一操 作训练模拟系统100，供训练模拟CNC工具机的操作。其包括有一实体控制装 置150、 一传输装置120、 一软件模拟器160以及一模拟显示装置170。
该实体控制装置150并包含有一控制面盘110以及一面盘显示装置117。 该实体控制装置150提供一操作界面，该操作界面是与实际工具机的控制界 面相同，因而，该实体控制装置150于训练过程中，可以提供一种真正且实 际的操控感觉。
该控制面盘110可包含一执行操作面板，该执行操作面板用于切换各种 操作模式、控制不同切削加工条件及控制执行程序的动作等，并具有操作工 具机所需的按钮、开关、控制码输入与编辑的操作界面等，可供直接输入工 具机动作指令的操作码(operation code)或执行操作动作命令，例如数值控
制(NC; numerical control)码，设定/控制模拟工具机动作的条件。
在图2中，该执行操作面板可包含有 一程序选择装置111、 一操作模式 选择装置112、 一刀具进给调整装置113、 一刀具选择装置114、 一刀具位移 装置115以及一数值控制(numerical control; NC)码输入装置116。
程序选择装置lll，可选择输入模拟CNC工具机状态的加工执行程序，并 可选择此加工执行程序的状态，例如保护状态(不可编辑NC码的状态)或编辑 状态(可编辑NC码的状态)。操作模式选择装置112，如分次输入动作指令的 手动操作模式(分步骤模拟加工过程)或一次输入全部动作指令的自动操作模 式(连续模拟加工过程)。
刀具进给调整装置113可选择模拟工具机动作的刀具的切削速度。刀具 选择装置114可提供模拟加工过程所使用的刀具种类，如车削刀具、铣削刀 具或钻孔刀具等等。刀具位移装置115，可直接移动模拟CNC工具机动作的刀 具。NC码输入装置116，可利用NC码对模拟CNC工具机的刀具动作方式进行 模拟控制。
面盘显示装置117可为一显示器，可显示输入的NC码。同时，面盘显示 装置117可与控制面盘110配置一起，可显示输入的数值码、加工参数、加 工条件等。
该模拟显示装置170可使用一电脑130的屏幕，同时，该传输装置120 连接该实体控制装置150与该电脑130以使该实体控制装置150的控制信号 能传送到该电脑130。该传输装置120可为有线传输装置，如RS-232、 RS_422、 RS-485传输线或是区域网络架构(LAN)，如乙太网络，该传输装置120也可为 无线传输装置。
该软件模拟器160是根据执行操作面板的输入，被实现于该电脑130并 由其执行。该软件模拟器160根据执行操作面板的输入来产生对应且即时的 执行操作动作模拟，并通过该模拟显示装置170来显示这些执行操作动作模 拟。例如，当受训学员通过执行操作面板输入进刀指令，该软件模拟器160 可对应该进刀指令即时模拟出刀具进刀的操作。因而，执行操作面板可提供 受训学员一种真实且实际的操作感，同时通过观察该模拟显示装置170，受训 学员可以立即了解动作情形，并可即时修正加工参数。受训学员可免处于潜
在危险的练习环境中，同时，更没有相关耗材费用的问题。
请参考图3与图4所示，图3是依照本发明另一较佳实施例的一实体控 制装置的示意图。图4是图3中实体控制装置的一执行操作面板的另一较佳 实施例的示意图。控制面盘110上的按键、开关、调整钮、指示灯等输入界 面的配置，可以依照实际被模拟的加工机操作界面配置作调整。例如，当被 模拟的加工机为车床时，该控制面盘110的界面配置可与实际车床的控制界 面相同；当被模拟的加工机为铣床时，该控制面盘110的界面配置可与实际 车床的控制铣面相同。所以，前述图2中所述的这些输入界面装置111、 112、 113、 114、 115以116，可以依据不同需求调整配置。图中所示的配置状况， 仅为方便说明，该控制面盘110的界面配置并不受限于图中所示状况。
请参考图5所示，其是依照本发明的实体控制装置的另一较佳实施例的 组合示意图。其中，实体控制装置150b的另一较佳实施例还包括一壳体140， 以及一键盘142，实体控制装置150b是将图2中第一较佳实施例的NC码输入 装置116实现成该键盘142。该键盘142并通过一插槽141与该壳体140连接。
请参考图6所示，图6是依照本发明使用状态示意图。操作训练模拟系 统100可安装于一工具机700上，该实体控制装置150包含该软件模拟器160， 其被安装于工具机700的适当位置。该模拟显示装置170可使用大尺寸的液 晶、等离子体显示器或是立体显示装置。
该模拟显示装置170放置于工具机700原本的加工位置(工具机700的刀 具及其相关装置皆以拆除)。所以，当受训学员通过该实体控制装置150操作 练习时，该模拟显示装置170可显示即时的动态模拟，更具有真实感。当使 用立体显示装置例如一激光投影显示装置时，可以借助三度空间的激光投影 将机台的执行操作动作模拟显像于工具机700原本的加工位置，更可达到立 体与真实的感觉。
由上可知，当使用本发明训练人员操作工具机时，由于本发明具有实体 控制装置150，且可通过软件模拟器160图形化模拟工具机机台与刀具的实际 动作情形，模拟显示加工的实际情形，包括加工时间、进刀情形、切削状况 等等，甚至平时加工时细部无法清楚显示之处，通过模拟显示装置170，皆得 以放大观察，实际感受操作CNC工具机的情境，使受训的操作人员可直接即
时或重复的观察与检视CNC工具机的加工过程，提高操作熟练度并加深对CNC 工具机动作的熟悉度，因此应用本发明对日后真正操作CNC工具机的适应有 莫大帮助。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有以下优点。
1. 由于本发明具有实体控制装置，作为模拟加工的操作界面，因此当实 际操作CNC工具机时，不会有操作界面的适应问题。
2. 由于本发明利用实体控制装置配合模拟显示装置来显示实际的加工情 形与图形，于模拟加工时可以显示加工的实际情形，包括加工时间、进刀情 形、切削状况等等，甚至平时加工时细部无法清楚显示之处皆得以放大观察， 使学员(如新进操作人员)可详细观察实际操作CNC工具机的情境，对于曰后 真正操作CNC工具机的适应有莫大帮助。
3. 由于本发明利用实体控制装置，可直接用于训练新进人员或教育学生 模拟操作CNC工具机的真实加工过程，不需再花时间学习复杂的模拟加工软 件程序指令来模拟加工过程，縮短衔接教育的训练时间。
4. 由于本发明利用实体控制装置，可直接应用于制造业训练新进人员或 技术教育单位教导学生，有效提高新进人员或学生对工具机的操作熟练度。
5. 应用本发明作为训练新进人员或教育学生之用，可有效降低设备成本 与减少训练耗材成本。
6. 应用本发明可将新进操作人员或学生因操作失当而造成设备损害以及 熟悉度不足造成人员伤害的情况降到最低。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明， 任何熟悉本技术的人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的等同 的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界 定的为准。
权利要求
1.一种适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装置，该装置包含有一实体控制装置，其包含有一控制面盘，该控制面盘包含有一执行操作面板以供输入工具机的执行操作动作命令；一软件模拟器，其连结于该实体控制装置，并根据经由该执行操作面板所输入的执行操作动作命令产生执行操作动作模拟；一传输装置，其连结该实体控制装置与该软件模拟器；以及一模拟显示装置，其连结于该软件模拟器并显示该该软件模拟器所产生的执行操作动作模拟。
2. 如权利要求1所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该执行操作面板包含有多个开关、指示灯、按键或调整钮 以供输入该些执行操作动作命令。
3. 如权利要求2所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该控制面盘进一步包含有一面盘显示装置。
4. 如权利要求1所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该传输装置为一有线传输装置。
5. 如权利要求1所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该传输装置为一无线传输装置。
6. 如权利要求1所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该模拟显示装置为一液晶显示器。
7. 如权利要求1所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该模拟显示装置为一等离子体显示器。
8. 如权利要求1所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该模拟显示装置为一立体显示装置。
9. 如权利要求8所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该立体显示装置为一激光投影显示装置。
10. 如权利要求3所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该实体控制装置进一步包含一壳体，该执行操作面板与该 面盘显示装置设于该壳体上。
11. 如权利要求10所述的适用于电脑数值控制工具机的操作训练模拟装 置，其特征在于，该实体控制装置进一步包含一键盘，该壳体包含有一插槽， 该键盘连接于该插槽。
全文摘要
一种适用于电脑数值控制(computer numerical control；CNC)工具机的操作训练模拟装置，包含有一实体控制装置、一软件模拟器、一传输装置以及一模拟显示装置；其中，该实体控制装置供输入执行操作动作命令；该软件模拟器连结于该实体控制装置，并根据经由该实体控制装置所输入的执行操作动作命令产生执行操作动作模拟；该传输装置连结该实体控制装置与该软件模拟器；该模拟显示装置，其连结于该软件模拟器并显示该该软件模拟器所产生的执行操作动作模拟。
文档编号G09B25/00GK101097661SQ20061013989
公开日2008年1月2日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年5月10日
发明者陈清安 申请人:仁安资讯科技股份有限公司