計算機數值控制工具機的操作模擬教練機的製作方法

2023-06-07 23:05:16

專利名稱：計算機數值控制工具機的操作模擬教練機的製作方法
技術領域：
本發明涉及工具機操作訓練仿真裝置，且特別涉及一種適用於計算機數值控 制工具機的操作訓練仿真裝置。
背景技術：
由於工具機零件加工的複雜度，隨著信息科技產業的進步，發展出眾多計算
機輔助設計與製造(Computer Aid Design and Computer Aid Manufacturing; CAD/CAM)軟體,例如"Pro-E" 、 " UG"或"Gibbs CAM"等CAD/CAM程序製作加工 仿真軟體。由於加工仿真軟體可預先仿真加工過程，預先仿真材料或結構進行加工 的操作以便除錯與改善，進而防止實際加工作業中的錯誤產生，避免造成機臺與工 件的損害，因此目前廣為應用於製造業。
現今的加工仿真軟體功能完善強大，但是程序指令操作複雜，仿真人員需先 熟悉軟體操作後，才能熟悉模擬加工情況。目前多應用於產品設計初期的材料與結 構分析。由於仿真加工軟體的操作具有一定程度的複雜性，且其著重於產生CNC 程序代碼，加上此種加工仿真軟體成本相當高，因此比較不適合於訓練第一線的 CNC工具機現場操作人員，避免耗費過多人員訓練時間而增加人事成本。
使用加工仿真軟體來訓練初學者雖然可以降低訓練操作的危險性以及成本， 同時無需實際的加工刀具與工件來作操作練習。然而，這種使用一般加工仿真軟體 對新進人員(或學員)進行訓練的方式，雖然可避免實際操作設備的損害風險與成本 (如，實際加工用的材料或人員操作失當對設備產生的損害等等)，而仿真加工軟體 的皆為圖形化指令操作接口，對無經驗的新進人員(或是學生)來說，不僅沒有接觸 到實際的CNC工具機的操作接口 ，同時必須記憶複雜的輸入指令。
因此在新進人員(或學生)實際上機加工作業前，往往仍需再另外安排時間施 以銜接教育，直接操作實際的CNC工具機操作面盤以熟悉適應CNC工具機操作，以 降低加工操作疏失。然而，這樣一來，不但拉長訓練時間，也提高了人事訓練成本。
一般教育訓練單位(如技職學校或職訓中心)，受限於經費不足，為節省設備
成本，在進行CNC工具機教學時，常常可以看到多位學員擠在一臺CNC工具機旁邊 進行加工教學，輪流練習。這種方式雖然可使學員直接熟悉CNC工具機，但是由於 多人共機，在時間的限制下，要使學員對CNC工具機達到一定的加工操作熟悉度的 效果仍然有限。
另一種現有的訓練方式，是將工具機的控制盒由機臺上拆下，可以保留實際 的操作感覺。受訓學員可以於實體控制盒上輸入加工條件指令，然而，機臺並不會 產生任何實際的加工操作。以這種方式來訓練操作，還是缺乏臨場感，因而學習效 果大打折扣。
還有一種現有的訓練方式即是採用工作中學習(on-job-training; 0JT)的方 式。目前製造業為縮短訓練新進CNC工具機操作人員的時間，多半採用工作中學習 的方式。0JT的學習方式雖然可使新進操作人員在最短的時間內熟悉操作CNC工具 機，並具備實際加工作業能力，但是這種方式的風險與成本相當高。
為求縮短訓練時間，業者除了需承擔新進操作人員訓練消耗的加工材料成本 (如刀具磨損、工件損耗等)之外，更要面對新進操作人員因操作失當而造成設備損 害的風險，如撞機與刀具損壞，或是新進操作人員因熟悉度不足而產生危險並造成 人員的傷害。
此外，現有的軟體仿真加工設備，是在單機(如個人計算機)上執行軟體仿真 操作與加工，亦即，在同一個顯示屏幕上，同時顯示仿真操作接口以及仿真加工過
程，對受訓學員而言，除了前述缺乏真實感外，軟體仿真加工設備(一般為計算機 單機或是類似造型)也無法提供受訓學員 一種操作機臺的臨場感。
因此，目前需要一種工具機的操作訓練仿真裝置，並使新進操作人員(或受訓 學員)能在安全無虞的操作下直接且快速的熟悉CNC工具機操作接口 。

發明內容
本發明的目的在提供一種結合擬真的工具機操作面盤以及仿真顯示裝置的 CNC工具機操作訓練仿真裝置，以提供一擬真的操作接口使受訓練的學員可直接由 操作接口來熟悉工具機的操作面盤，並同時訓練操作工具機的切削加工過程，使受
訓練學員不需記憶複雜的軟體程序指令，而可透過直接操作擬真的操作接口來仿真 操控工具機。
本發明的另一目的在提供一種具有與真實工具機相同外形的CNC工具機操作 訓練仿真裝置，以增加仿真操作訓練時的真實感與臨場感。
根據本發明的一種計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，包含機體裝置、 控制面盤裝置、軟體仿真器以及仿真顯示裝置。
機體裝置包含本體。控制面盤裝置設於機體裝置上並具有控制面盤接口裝置， 控制面盤接口裝置包含顯示區域，顯示區域包含功能面板接口以及執行操作面盤接 口 ，其中功能面板接口以及執行操作面盤接口藉由軟體仿真的使用者可視計算機顯 示接口 。
軟體仿真器連結於控制面盤裝置，並根據經由執行操作面盤接口所輸入的執 行操作動作命令產生執行操作動作模擬。仿真顯示裝置設於本體上並連結於軟體仿
真器以顯示軟體仿真器所產生的執行操作動作模擬。
在一較佳的實施例中，機體裝置更包含控制箱。控制箱設於本體上與仿真顯 示裝置的同側，其中控制面盤接口裝置設於控制箱上。
根據本發明的另 一種計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，包含機體裝 置、控制面盤裝置、軟體仿真器、仿真顯示裝置。
機體裝置包含本體。控制面盤裝置設於機體裝置上並具有控制面盤接口裝置。 軟體仿真器連結於控制面盤裝置以產生執行操作動作模擬。仿真顯示裝置設於本體 上並連結於該軟體仿真器以顯示該軟體仿真器所產生的執行操作動作模擬。
在一較佳的實施例中，控制面盤接口裝置包含功能面板接口以及執行操作面 盤接口 ，功能面板接口以及執行操作面盤接口可為軟體仿真的使用者可視計算機顯 示接口或是真實的機臺操作接口 。
藉由觸控式的控制面盤接口裝置與仿真顯示裝置讓受訓者獲得擬真的操作 感。可節省因訓練操作所產生的消耗性材料，如刀具與工件的成本，並可提供受訓 者在一個安全的環境下訓練，防止因訓練時的誤動作所產生對於人員或機臺的潛在 危險因子，同時可以提高學習的效果。
同時，也讓受訓者熟悉控制面盤的操作。提高受訓學員(新進操作人員)對於 控制面盤的操作熟練度。由於觸控式的控制面盤接口裝置具有擬真的功能面板接口 以及執行操作面盤接口，受訓學員可直接操作來完成模擬加工的動作，使學員更容
易了解加工過程中機臺與控制面盤加工指令的關係，可增加學員操作CNC工具機臺
的熟練度，可節省訓練成本，更可節省訓練時間。
此外，本發明提供一種真實且具臨場感的操作模擬教練機，不僅操作接口與 被仿真的真實加工機相同，整體機體裝置也與被仿真的真實加工機外形相同，更能 增加真實且具臨場感的模擬操作感覺。


為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，附圖的 詳細il明力口下
圖1繪示依照本發明第一較佳實施例的一操作仿真教練機的系統方塊示意圖。 圖2繪示依照本發明第一較佳實施例的操作模擬教練機的立體圖。 圖3繪示圖2中操作模擬教練機的一控制面盤接口裝置的一顯示區域的示意 圖，用以說明顯示區域具有一功能面板接口以及一執行操作面盤接口 。 圖4繪示依照本發明第二較佳實施例的操作模擬教練機的立體圖。 圖5繪示圖4中的操作模擬教練機於另一種使用狀態的立體圖。
主要組件符號說明
100操作模擬教練機121控制面盤接口裝置
110機體裝置122功能面扭j妄口
m本體123執行操作面盤接口
控制箱124手輪裝置
113支撐架125顯示區域
114滾輪裝置130仿真顯示裝置
115凹部140軟體仿真器
120控制面盤裝置
具體實施例方式
請參照圖1與圖2所示，圖1繪示依照本發明第一較佳實施例的系統方塊示 意圖。圖2繪示依照本發明第一較佳實施例的立體圖。本發明第一較佳實施例的一 操作模擬教練機100，系供訓練模擬CNC工具機的操作。其包括有一機體裝置110、 一控制面盤裝置120、 一仿真顯示裝置130以及一軟體仿真器140。
機體裝置110包含本體111、控制箱112、支撐架113以及滾輪裝置114。本 體lll與被模擬的工具機臺具有相同的外形，並具有一凹部115。控制箱112設於 凹部115中。在本實施例中，控制箱112樞設於本體111上，並可收合入凹部115 中或由凹部115中展開。
支撐架113結合於本體111,用以支撐本體111成直立或站立狀態。滾輪裝置
8
114設於本體111底部，並包含多個滾輪，當收合支撐架113後，滾輪裝置114可 提供方便移動本體111。
請進一步參照圖3所示，該控制面盤裝置120設於機體裝置110上以提供一 種擬真的工具機操作面盤，在本實施例中，控制面盤裝置120包含一控制面盤接口 裝置121以及一手輪裝置124。控制面盤接口裝置121設於控制箱112中，在本實 施例中，為一觸控式顯示裝置，如觸控式液晶屏幕。手輪裝置124可藉由導線連設 於機體裝置110，或是直接嵌設於本體lll上。手輪裝置124可提供仿真操作的微 調與增加真實感。
控制面盤接口裝置121具有一顯示區域125,顯示區域125包含一功能面板接 口 122以及一執行操作面盤接口 123。功能面板接口 122以及執行操作面盤接口 123 由軟體仿真成的操作接口，該操作接口具有與實際工具機的控制接口相同，因而， 控制面盤裝置120於訓練過程中，可以提供一種真正且實際的操控感覺。此外，控 制面盤接口裝置121也可使用與實際機臺相同的操控接口 ，亦即如，功能面板接口 122使用由軟體仿真成的操作接口，而執行操作面盤界面123使用與實際機臺相同 的真實執行操作面盤(即包含真實的按鈕、旋鈕等)；或是功能面板接口 122使用與 實際機臺相同的真實功能面板(即包含真實的按鈕、顯示屏幕等)，而執行操作面盤 接口 123使用使用由軟體仿真成的操作接口 ；或是功能面板接口 122與執行操作面 盤界面123皆使用與實際機臺相同的真實執行操作接口。功能面板接口 122用於進 行加工程序的各種操作、輸入，程序代碼的顯示等。執行操作面盤接口 123用於切 換各種操作模式、控制不同切削加工條件及控制執行程序的動作等，並具有操作工 具機所需的按鈕、開關、句柄輸入與編輯的操作接口等，可供直接輸入工具機動作 指令的操作碼(operation code)或執行操作動作命令，例如數值控制(NC; numerical control)碼，設定/控制衝莫擬工具才幾動作的條件。
該仿真顯示裝置130為一屏幕，並設於本體111上與控制面盤裝置120相同 的一側。該仿真顯示裝置130可使用大尺寸的液晶、等離子體顯示器或是立體顯示 裝置。
藉此，使用者透過控制面盤顯示裝置120輸入各種加工的程序、數控碼、加 工參數、加工條件等，該軟體仿真器140根據控制面盤裝置120的輸入數據，來產 生對應且實時的執行操作動作，模擬進行加工的情況。並透過該仿真顯示裝置130 來顯示該些執行操作動作模擬。
例如，當受訓學員透過執行操作面盤接口 123輸入進刀指令，該軟體仿真器
140可對應該進刀指令實時仿真出刀具進刀的操作。因而，本發明的操作模擬教練
機IOO，可提供受訓學員一種真實且實際的操作感，同時透過觀察該仿真顯示裝置 130，受訓學員可以立即了解動作情形，並可實時修正加工參數。受訓學員可免處 於潛在危險的練習環境中，同時，更沒有相關耗材費用的問題。
控制面盤裝置120上所顯示的按鍵、開關、調整鈕、指示燈等輸入接口的配 置，可以依照實際被仿真的加工機操作接口配置作調整。例如，當被模擬的加工機 為車床時，該控制面盤裝置120的顯示區域125的接口配置可與實際車床的控制接 口相同；當被模擬的加工機為銑床或切削加工中心機時，該控制面盤裝置120的顯 示區域125的接口配置可與實際銑床的控制接口相同。圖3中所示的配置狀況，僅 為方便說明，該控制面盤裝置120的顯示區域125的接口配置並不受限於圖中所示 狀況。
請參照圖4與圖5所示，本發明第二較佳實施例的一操作模擬教練機IOO,其 與前述第一較佳實施例不同的是，因應模擬不同加工機的需求，在控制面盤接口裝 置121中，將手輪裝置予以省略以增加操作模擬教練機IOO的應用層面。其它特徵 與功效，皆如第一較佳實施例的揭露中所述，因此不再作贅述。
所以，當受訓學員透過該功能面板接口 122以及執行操作面盤接口 123操作 練習時，該仿真顯示裝置130可顯示實時的動態仿真，更具有真實感。當使用立體 顯示裝置例如一雷射投影顯示裝置時，可以藉由三度空間的雷射投影將機臺的執行 操作動作;漠擬顯像，更可達到立體與真實的感覺。
由上可知，當使用本發明訓練人員操作工具機時，由於本發明具有擬真或真 實的控制面盤裝置120,其包含觸控式的功能面板接口 122以及觸控式的執行操作 面盤接口 123，且可透過軟體仿真器140圖形化仿真工具機機臺與刀具的實際動作 情形，仿真顯示加工的實際情形，包括加工時間、進刀情形、切削狀況…等等，甚 至平時加工時細部無法清楚顯示之處，透過仿真顯示裝置130皆得以放大觀察，實 際感受操作CNC工具機的情境，使受訓的操:作人員可直接實時或重複的觀察與檯r視 CNC工具機的加工過程，提高操作熟練度並加深對CNC工具機動作的熟悉度，因此 應用本發明對日後真正操作CNC工具機的適應有莫大幫助。
由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有優點。
由於本發明具有擬真的功能面板接口以及執行操作面盤接口 ，作為仿真加工 的操作接口 ，因此當實際操作CNC工具機時，不會有操作接口的適應問題。
由於本發明利用擬真的功能面板接口以及執行操作面盤接口配合仿真顯示裝
置來顯示實際的加工情形與圖形，於仿真加工時可以顯示加工的實際情形，包括加 工時間、進刀情形、切削狀況…等等，甚至平時加工時細部無法清楚顯示之處皆得
以放大觀察，使學員(如新進操作人員)可詳細觀察實際操作CNC工具機的情境，對 於日後真正操作CNC工具機的適應有莫大幫助。
由於本發明利用擬真的功能面板接口以及執行操作面盤接口 ，可直接用於訓 練新進人員或教育學生模擬操作CNC工具機的真實加工過程，不需再花時間學習復 雜的仿真加工軟體程序指令來仿真加工過程，縮短銜接教育的訓練時間。
由於本發明利用擬真的功能面板接口以及執行操作面盤接口 ，可直接應用於 製造業訓練新進人員或技術教育單位教導學生，有效提高新進人員或學生對工具機 的操作熟練度。
應用本發明作為訓練新進人員或教育學生之用，可有效降低設備成本與減少 訓練耗材成本。
應用本發明可將新進操作人員或學生因操作失當而造成設備損害以及熟悉度 不足造成人員傷害的情況降到最低。
本發明提供一種真實且具臨場感的操作模擬教練機，不僅操作接口與被仿真 的真實加工機相同，機體裝置也與被仿真的真實加工機外形相同，更能增加真實且 具臨場感的模擬操作感覺。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此 本發明的保護範圍當視後附的權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，包含一機體裝置，包含一本體；一控制面盤裝置，設於該機體裝置上並具有一控制面盤接口裝置，該控制面盤接口裝置具有一顯示區域，該顯示區域包含一功能面板接口以及一執行操作面盤接口；一軟體仿真器，連結於該控制面盤接口裝置，並根據經由該執行操作面盤接口所輸入的執行操作動作命令產生執行操作動作模擬；以及一仿真顯示裝置，設於該本體上並連結於該軟體仿真器以顯示該軟體仿真器所產生的執行操作動作模擬。
2. 如權利要求1所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該機體裝置更包含一控制箱，該控制箱設於該本體上與該仿真顯示裝置的同側， 該控制面盤接口裝置設於該控制箱上，該本體包含一凹部，該控制箱樞設於該凹部 中。
3. 如權利要求1所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該仿真顯示裝置為一液晶顯示器。
4. 如權利要求1所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該仿真顯示裝置為一等離子體顯示器。
5. 如權利要求1所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該仿真顯示裝置為一立體顯示裝置。
6. 如權利要求1所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該控制面盤接口裝置為一觸控式顯示裝置。
7. 如權利要求1所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該控制面盤裝置更包含一手輪裝置。
8. 如權利要求l所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在 於，該機體裝置更包含一支撐架以及一滾輪裝置，該支撐架結合於該本體異於該仿 真顯示裝置的另側，該滾輪裝置包含多個滾輪，該些滾輪設於該本體底部。
9. 一種計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，包含 一機體裝置，包含一本體；一控制面盤裝置，設於該機體裝置上並具有一控制面盤接口裝置； 一軟體仿真器，連結於該控制面盤裝置以產生執行操作動作模擬；以及 一仿真顯示裝置，設於該本體上並連結於該軟體仿真器以顯示該軟體仿真器 所產生的執行操作動作模擬。
10. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵 在於，該機體裝置更包含一控制箱，該控制箱設於該本體上與該仿真顯示裝置的同 側，該控制面盤接口裝置設於該控制箱上，該本體包含一凹部，該控制箱樞設於該 凹部中。
11. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵 在於，該仿真顯示裝置為一液晶顯示器。
12. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵 在於，該仿真顯示裝置為一等離子體顯示器。
13. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵 在於，該仿真顯示裝置為一立體顯示裝置。
14. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵 在於，該控制面盤接口裝置包含一功能面板接口以及一執行操作面盤接口，該功能 面板接口以及該執行操作面盤接口的其中至少一個為軟體仿真的使用者可視計算 才幾顯示4妄口 。
15. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵在於，該控制面盤裝置更包含一手輪裝置。
16. 如權利要求9所述的計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，其特徵 在於，該機體裝置更包含一支撐架以及一滾輪裝置，該支撐架結合於該本體異於該 仿真顯示裝置的另側，該滾輪裝置包含多個滾輪，該些滾輪設於該本體底部。
全文摘要
一種計算機數值控制工具機的操作模擬教練機，包含機體裝置、控制面盤裝置、軟體仿真器以及仿真顯示裝置。機體裝置包含本體。控制面盤裝置設於機體裝置上並具有控制面盤接口裝置，控制面盤接口裝置包含功能面板接口以及執行操作面盤接口。軟體仿真器連結於控制面盤接口裝置以產生執行操作動作模擬。仿真顯示裝置設於本體上並連結於軟體仿真器以顯示軟體仿真器所產生的執行操作動作模擬。
文檔編號G05B19/42GK101373384SQ200710140778
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月21日 優先權日2007年8月21日
發明者陳清安 申請人:仁安資訊科技股份有限公司