数控加工仿真系统精选(九篇)
第1篇：数控加工仿真系统范文
【关键词】数控加工；仿真系统；应用
随着我围经济的飞速发展，我国制造业装备的自动化水平在不断提高，数控机床的拥有量及在机床中所占的比重大幅度地增加。如何有效地发挥数控机床的使用效率、提高加工质量一直是人们追求的目标。在进行零件数控加工过程中，零件本身的可加工性和数控程序的质量是影响零件加工质量的关键因素。数控程序投人实际加工之前，都必须进行有效的检验。检验数控程序的方法主要有手工检验、试切检验、轨迹显示和计算机仿真等。其中计算机仿真是近年来发展较快，也足最行之有效的方法。我们在综合分析国内外研究现状的基础，对数控加工仿真的若干关键技术进行了研究，以此为基础建立了数控加工仿真系统并应用到教学中。学生利用此系统可以在计算机上模拟加工环境和数控加工的过程，完成NC程序的校验，发现干涉（主要是刀具与工件之间）和过切现象，修改NC程序，通过实际参与，弥补课堂教学的不足。另外，此系统也可用予生产实际。减少加工失误、返工，缩短研制周期，节约资金，提高产品质量和生产效率。
其优点在于：（1）系统完全模拟真实机床的控制面板和屏幕显现可轻松操作。（2）在虚拟环境下对代码的切削状态进行检验操作安全。（3）用户可看到真实的三维加工仿真过程仔细检查加工后的工件可以更迅速的掌握机床的操作过程，过程逼真。（4）采用虚拟机床替代真实机床进行培训在降低费用的同时获得更佳的培训效果，使用更经济。
数控加工仿真系统具有FUNUC、SIEMENS等众多数控系统功能，学生通过在电脑上操作该软件，能在很短时间内就能掌握数控车、铣及加工中心的操作。可手动编程和加工，教师通过网络教学，监看窗口滚动控制，可随时获得学生信息。在教学中还具有多媒体教学的特点。
首先，由于计算机辅助控制系统是以计算机为媒体开发的，所以它的通用性较强。在屏幕上能够显示和机床操作面板一模一样的界面；以动态的模拟显示代替机床实际运行并且还能够提示操作信息，如编程错误信息和操作失误机床碰撞报警信息等。使数控机床的编程操作易于课堂化教学，从而即节省了机床设备和实习消耗、又大大提高了教学效率。
其次，计算机辅助机床控制系统依据计算机强大的显示功能和全中文的结构设计，并配以丰富多彩、自然友好界面显示，使学生一进入本系统就被深深的吸引，从而能够激发学生学习兴趣和动力。模拟演示功能更为真实可靠，图形大小、颜色、观察视角以及刀具的形状等都可由操作者自行设计以满足不同监控要求。当程序执行时，程序段、坐标值、出错信息以及工件与刀具的相对移动的切削过程同时显示在同一窗口内，使操作者能够一目了然，随时监控机床运行的状态体验真实的加工过程。该系统具有机床规格大小设置，可定义刀具形状、切削用量，如数控铣床上钻头、镗刀、球头刀、圆角刀，数控车床上的外圆刀、镗刀、切刀、螺纹刀，可以实时监控刀具加工轨迹及图形缩放控制。机床外形也可显示并具有关门保护、零件加工后的测量和保存视窗作业的功能。
数控加工仿真系统功能较为完善、适于教学的使用。其中语法诊断和模拟示教功能可以使学生进行人机交互式学习。即由学生输入程序，在模拟运行过程中，系统能及时提供错误信息以及刀具相对移动轨迹的显示以及最终加工的立体效果，再由学生经过简单判断就能很容易的发现和修改程序的错误，从而避免教师直接面对学生的指责伤害学生的自尊，也大大减轻了教师批改学生程序作业时的繁重负担。使教师能够集中精力以帮助学生解决实际问题，保证了教学质量使教学效果得到显著提高。
在操作方面，由于数控加工仿真系统采用了与数控机床操作系统相同的面板和按键功能，并且使用数控加工仿真系统在操作中即使出现人为的编程或操作失误也不会危及机床和人身安全，反而学生还可以从中吸取大量的经验和教训。所以说它是初学者理想的实验、实践工具，只要经过短期的专门训练，学生很快就能够适应数控系统的实际操作方法，从而为以后的技能的进一步深造打下了坚实的基础。由于我们注意到了它在这一方面具有的优越特点，而且根据学校教学改革的要求，我们尽力把它运用到我校无断层教学模式中。比如，我们在数控机床实操训练之前开发了编程模拟操作课程，并且专门编著了《数控机床编程与模拟操作》，在内容上突出了理论和实践的关系，为我校填补了在这一方面的空白。至此，我们将理论与实践有机的结合在一起边讲授边练习，使讲过的知识及时应用于实践中，不但加深了学生对理论知识的理解而且在模拟操作的同时对数控机床的操作方法上也具备了相当水平的实践基础。在教学中边教边学、边学边做、在学中做、在做中学，学生的积极性被调动起来，老师也在繁锁教学活中得到解放和学生一样都感到非常轻松，大大提高了教学效果。学生的编程与操作能力也有了非常明显的效果，在数控等级工考试中合格率达到，学生成绩相当优秀，得到相关老师及校领导一至好评。
随着仿真软件的较快发展，只有在教学当中合理、科学、有效、有选择地利用仿真软件才能使之为教学服务。我们不能把软件仿真作为理想的、真实的模型来认识，而只能将其作为认识事物的中介与桥梁，在教学中必须与实践操作相结合，才能发挥它的最佳教学效果。
参考文献
[1] FUNUC数控车说明书
第2篇：数控加工仿真系统范文
[关键词]工程训练数控加工仿真系统CAXA
中图分类号:TB4文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120107-01
一、引言
随着我国数控技术的高速发展,数控人才十分短缺,许多大学和专科院校都开设了数控技术专业,为学生提供了理论学习的条件,而工程训练中的数控实习则为学生提供了很好的实践学习空间。
数控机床品种多(操作系统多,如:FANUC、PA、SIEMENS等)、价格高(一般几十万元)。数控机床操作人员的培训若完全在真实的数控机床上进行,投入的成本会很高,也会造成很大的浪费。即使是实力雄厚的培训院校和企业,也难以承受。因此探索一种新的数控加工技术教学模式来达到投入少、见效快,培养的学生适应性强、受企业欢迎,势在必行。计算机技术可以说是无孔不入,近些年出现了计算机仿真技术,可以模拟实际环境变化。在数控方面,出现了数控加工仿真系统,用计算机仿真数控机床的加工环境及工作状态。这样就可以用计算机仿真系统对学员进行数控机床的培训,还可以检验程序的正确与否,还可以在计算机上进行仿真模拟加工,让试加工在计算机上进行,使得正式加工安全可靠。
二、数控加工仿真软件简介
让没有数控基础的学生直接进行实操,容易对机床造成伤害,更容易危及到学生的人身安全。利用数控加工仿真系统,就可以避免。数控仿真系统包括FANUC、PA、SIEMENS、华中数控、广州数控、大森数控和MITSUBISH在内的多个数控系统,其中每个系统又分车、铣、卧式加工中心和立式加工中心。学生可以根据具体情况,选择与实际相同的数控系统进行操作练习、仿真加工。
操作过程如有不当,仿真系统会以文字对话框的形式提示操作者错误之处。
三、自动编程软件简介
数控机床一般执行的程序是G代码,这种程序代码可以通过两种方式得到,即手动编程和自动编程。手动编程需要熟知G代码,还要对所加工的工件各个特殊点的坐标值(在工件坐标系下的坐标值)计算精确,这样,手动编程即费力又不精确。北京CAXA公司研发的CAXA制造工程师软件(针对于数控铣床),很好的解决了手动编程所遇到的问题。
CAXA制造工程师软件可以自动生成零件的加工代码,即G代码。生成过程如下:
1.绘图。按照图纸尺寸要求,绘制图形。见图1。
2.生成加工轨迹。生成粗加工/精加工轨迹,用轨迹仿真功能仿真加工。见图2(a,b)。
3.生成加工代码。生成G代码,加入程序头(不同系统程序头有所不同)。见图3。
上文提及CAXA制造工程师可以对铣床零件进行自动编程,对于数控车床有CAXA数控车自动编程软件,而数控电火花线切割机有CAXA数控线切割自动编程软件(自动生成的是3B代码)。
四、仿真系统在工程训练中的应用
数控加工仿真系统在数控实习中已得到应用,通过几年的实际应用得到了较为宝贵的经验,为进一步提高工程训练的质量打下了坚实的基础。
1.讲解数控机床。指导教师讲解数控机床操作步骤及注意事项。2. 熟悉仿真系统。学生按照数控车/铣仿真指导书熟悉数控加工仿真系统。3.学习CAXA。学生在制造工程师指导书指导下学习CAXA制造工程师2006。4.创新加工。学生根据前面学习到的相关知识和软件,进行自主创新设计,并在教师的指导下在机床上加工出具体实物,见图4。
五、缺点与不足
数控加工仿真软件在工程训练数控实习中的应用,虽然在一定程度上解决了如设备不足等问题,但是还要清醒的意识到它所带来的弊端。
1.过于依赖计算机。所有的操作,包括图纸绘制、G代码生成和仿真加工,都可在计算机上完成。
2.忽略加工工艺。仿真系统的仿真加工过程速度一般为5倍(调节范围:1～100),使得操作人员忽略进给速度、刀具转速和加工质量等。
3.无法保证加工质量。由于仿真软件只能仿真加工过程,对于零件的表面粗糙度和尺寸精度等无法保证。
参考文献:
[1]李海涛等,“CAXA制造工程师”在数控加工中的应用[J].潍坊高等职业教育,2006,3.
[2]孙克强,浅谈数控机床仿真在实践教学中的应用[J].网络科技时代,2007,10.
[3]闫杰,数控加工仿真系统在专业教学中的应用[J].辽宁经济职业技术学院学报,2007.
[4]张红英,数控仿真系统在数控机床教学实践中的应用[J].交通职业教育,2006.
[5]黄赛茹等,工程训练中心建设与发展探究[J].高校实验室工作研究,2006,12.
[6]万召等,数控车床加工仿真的改进方法[J].制造技术与机床,2007.
[7]傅贵武、刘军,数控技术在金工实习教学中的实践[J].中山大学学报论丛,2007.
第3篇：数控加工仿真系统范文
关键词： 数控仿真系统；数控机床编程与操作；理论及实践；教学效果
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0270-02
0 引言
目前在机械制造行业中越来越多的应用到了数控加工，自然对此类人才的需求也就与日俱增了。但因为数控设备的价格很昂贵，很难做到每个学生都有足够的操作数控机床的时间，并且如果学生操作失误，很容易造成数控设备的损坏，既占用了设备加工时间，又增大了风险。因此，如何增加学生的实践操作机会，提高学生的实践动手能力，培养出更多的相关专业人才，就成为摆在广大职业院校的一道难题。各高职院校必须重视这一问题，探索出一套适合自己现状的教学方法和教学模式。数控仿真系统的应用可以有效的解决学生缺乏实践操作机会的问题，因为该系统可以通过进行数控加工全过程的演示，比如数控加工程序的编制、虚拟仿真数控机床的操作、工件加工和测量等，让学生了解和掌握到数控机床的各项程序指令和基本操作方法，为今后的实际操作打下良好的基础。
分析数控仿真系统在数控机床编程与操作实训教学中的应用可以发现，它作为前期的辅助教学手段已经成为了一种最安全有效的教学方法和教学途径。
1 数控仿真系统在数控机床编程与操作实训教学中的应用
1.1 利用数控仿真系统，可以提高教学效率、节约成本。数控设备价格昂贵，数量有限。数控仿真系统通过计算机大量配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题。同时数控仿真系统不存在安全问题，若操作失误，系统会及时报警，并不会出现安全事故。不仅巩固了学生的操作能力，让学生有更多的实践学习机会，也在很大程度上节约了教学成本，是数控机床编程与操作实训教学前期良好的辅助教学手段。
1.2 利用数控仿真系统，可以减少教师的工作量，提高教学质量。传统教学中，数控程序批阅的工作量非常大而且繁琐。应用数控仿真系统，学生程序出现小的失误，数控仿真系统会及时报警，帮助学生改正编程过程中的错误。数控仿真系统自带的考试功能能够自动记录学生操作过程的失误，自动评分，极大的减少了教师工作量，提高教学质量。
1.3 利用数控仿真系统，可以提高学生的学习积极性。数控机床编程与操作实训是理论和实践相结合的课程，按照传统的方法在课堂上讲授编程指令，学生很难理解这些指令的内涵以及与实际应用之间的关系，学生会感觉空洞、枯燥、提不起兴趣，而利用数控仿真系统进行多媒体教学，直观地向学生展示编程指令的实际加工应用，学生可以将所学的指令在数控仿真系统上进行模拟加工，发现编程过程中出现的错误，教师针对学生的错误及时进行讲解，让编程指令变得具体、形象，增强了学生的学习积极性。
1.4 利用数控仿真系统，可以增强学生动手操作能力。教师把数控机床操作的课程安排在实训车间来讲授，其一受数控机床数量的限制，学生自己动手操作的时间不足；其二学生操作一旦出现失误，轻则造成刀具或者机床的损坏，重则造成安全事故的发生。因此在进行数控机床实际操作之前，应先利用数控仿真系统，增强学生的动手操作能力。数控仿真系统采用的操作面板和按键功能与实际的数控机床完全相同，学生可以在数控仿真系统上自己动手操作机床来加深理解。即使操作过程中有失误的地方，仿真系统也只是及时出现报警提示，而不会造成安全事故的发生，这样学生就可以放心大胆地进行各种操作练习，从而增强了学生的动手操作能力。经过了大量的数控仿真系统的操作练习，再到数控机床进行实际操作，就会避免安全事故的发生。
1.5 利用数控仿真系统，可以培养学生严谨的工作作风。学生在学习数控编程时，如果不利用数控仿真系统进行验证，很难发现编程过程中出现的小的失误。利用数控仿真系统，即使再小的错误，如数字0输成字母O，坐标值掉了小数点，字母Z输成数字2等等，数控系统都会及时报警，程序无法运行。因此要在数控仿真系统上正确的运行程序，必须保证输入的程序是正确无误，这就培养了学生严谨的工作作风。数控程序没有60分、90分，只有0分和100分。
1.6 利用数控仿真系统，可以实现网络教学和远程培训。随着社会对技能人才的大量需求，职业院校还应担负起社会劳动力的培训任务，利用数控仿真系统和网络搭建的平台，进行远程教育将成为一种新的教育教学模式，它打破了地域和时间的限制，扩大培训人员的数量，缩短了培训的周期。
2 数控仿真系统应用中的注意事项
2.1 数控仿真系统只能检查程序的对错，无法检查程序的好坏。数控仿真系统对数控程序编写技巧、加工工艺安排无法检查。教师应在课堂上重点讲解这些问题，学生应结合所掌握的加工方法，进行加工工艺安排，然后在数控仿真系统上进行模拟练习。
2.2 数控仿真系统只能完成加工过程，不能检查加工质量。数控仿真系统在切削速度、进给量、吃刀量等对加工质量的影响无法体现，实际加工中的刀具磨损在数控仿真系统里也不存在。在数控仿真系统里，只要程序是正确的，加工完成后的尺寸就是丝毫不差的。但是在实际操作中，刀具磨损、各种加工参数的设置都会影响最终的加工结果。数控仿真系统的使用，会在一定程度上让学生放松对产品质量和生产安全的认识。因此数控仿真系统只能用于数控机床编程与操作实训教学前期辅助教学，不能完全抛开实际机床的实习内容，后期还要安排适当的实习时间，通过实际操作来纠正以上不足。
综上所述，数控仿真系统尽管毕竟和实际机床还是有很多区别，无法真正替代实际机床，但是数控仿真系统减少了资金投入，充分利用有限资源，提高了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性，减轻了老师的工作量，对于学生动手操作机床的能力培养，也起到了提高和增强的
作用。
参考文献：
[1]吴长有.数控仿真应用软件实训[M].北京：机械工业出版社，2008.
第4篇：数控加工仿真系统范文
关键词：数控加工；仿真加工
前言
随着现代企业数控仿真技术体系的不断建设，在数控加工中的应用从简单的检查表面过切、残留，加工过程中的碰撞，切削参数设置等内容，逐步向全面通过仿真流程来自动检查数控程序质量的方向发展，摆脱对人能力的依赖，从而使整个企业的数控加工质量保证体系更加稳定、可靠。这种体系的建立，需要企业管理人员，技术人员对仿真环境基础建设高度重视，从各个方面解决仿真中遇到的问题。
1.加工仿真环境数据库建设
企业要保证所有新编数控程序仿真结果的正确与稳定性，在建立规范、合理的仿真审批流程的同时，还须建立与所有数控机床完全匹配的仿真环境库（由机床、控制系统、刀具库组成），实现仿真加工效果和实际机床加工效果保持一致，不仅能最大程度的保证了程序的质量，同时也保证通过仿真审批的数控程序能直接被机床利用，减少加工过程的调整。
2.仿真环境机床防错设定
在仿真机床整体设计中，机床的部件尺寸，基本加工行程，初始位置设置几个部分较为重要。
2.1仿真机床的部件及行程设定
在仿真机床构建中，有两点较为重要，需要特别重视，否则无法仿真检查出程序中的错误。
（1） 机床主要硬件的几何模型尺寸要与实际机床保持一致，尤其是机床的工作台，主轴等部位的尺寸，这对检查过程碰撞具有较大作用。
（2）机床的行程设计，需要保持和实际机床一致。在进行机床数控仿真，才能准确发现数控程序是否超过机床加工加工范围，尤其是一些在机床加工行程边缘的零件的数控程序，需要精确确定零件的进对刀位置，
2.2机床主轴及换刀位置
在仿真机床设置过程中，机床主轴位置一般默认放置，不作特殊处理，在对一般程序仿真过程中，这样的设置都能准确检查出程序的正确与否，保持和现场不会出现任何问题，但在一些特殊情况下会检查不出程序的错误，如主轴默认放置在工作台中心的位置，如果前一个程序加工后主轴停止在偏离工作台中心的位置，当前程序加工环形零件过中心线的孔时， 程序中未出现XO，由于程序仿真时继承了仿真环境中主轴的默认设置位置，仿真结果正确，但实际机床加工时，主轴并不会自动回到中心位置，就会出现加工错误。对这些潜在性的错误，检查难度很大，很难保证这些手编程序中出现的错误被完全发现。
通过将机床初始位置设置在偏离工作台中心，端面的位置，如设置在机床实际换刀位置，可消除程序不完善仿真无法发现的问题。在调整机床的默认初始位置后，如果程序中出现缺少X0，YO，以及Z轴初始位置时，能及时通过仿真发现，无需编程校对人员花时间去检查此项错误，提高了系统防错能力。
3.控制系统防错设置
3.1 主轴转速
对每个机床，主轴的转数都有一个最大最小值，同时在实际应用过程中，主轴的转数在一个更小的范围内进行应用。针对具体情况，可在具体仿真环境里对主轴的上限和下限设置一个具体的数值，当进行数控程序仿真时，如果主轴的转数不在这个范围内，仿真自动报警，提示编程人员进行修正。
3.2 进给速度
对于进给速度，同样可以和主轴转数一样设置进给速度的范围，这样可以在仿真过程中及时发现一些异常的进给速度，如F0，F0.001等，不必人为的去检查数控程序中的这类错误。
3.3特殊机床刀补控制
刀补仿真在仿真软件中一般都能实现，但对一些特殊情况，仿真结果不一定能保证正确如在一些立卧转换数控机床加直角度头后，采用轮廓刀补方式加工环形零件内腔部位尺寸，需要根据弯头的刀具方向用G17、G18、G19指令指定刀补所在的平面，才能保证刀补程序加工的正确性，但在实际编程中，部分编程人员容易忘掉这个需求，同时仿真结果也显示没有问题，造成仿真结果与实际情况不符合，数控程序校对人员对这类情况没有进行专门关注，容易发生漏审的情况，对此此类特殊机床刀补问题在购买机床时可要求机床厂家提供解决办法。
该问题如果由用户自己解决，方法较为复杂，需要对刀补指令进行重新定义，并结合系统全局变量进行全程序检测是否由G17、G18、G19指令指定了刀补平面，VERICUT软件目前只能进行单段程序语法检测，实现的难度较大。一般解决方法是通过将机床加直角头后的几种状态的仿真环境进行针对性地设置，对每种状态在进行刀补加工时，都由仿真环境自动检查是否指定对应的刀补平面，没有，报警提示，并使仿真结果错误。
3.4系统指令的正确性配置
Vericut软件自身提供的仿真控制系统，是针对通用性的机床，有部分指令设置甚至包括了多种数控系统的功能，和实际机床功能不一致，需要进行具体的调整。以西门子840D 仿真控制系统中的部分指令为例进行介绍。
（1）暂停指令G04，这个G指令西门子、法纳克等数控系统都支持，但在具体的编程用法方面，存在差异。西门子的编程格式为G4 F_ 或 G4 S_， 法纳克系统编程格式为G04 X_；或G04 P_；但在仿真环境西门子840D控制系统中，该系统默认支持G4 F_ ，G4 S_，G04 X_三种编程模式，这容易造成，当编程人员在进行西门子系统编程时，错误的采用法纳克系统编程格式G04 X_时，系统仍认为程序正确，无法及时的检查出程序错误，对于此类问题，一是采取直接删除定义格式，另一种是在各种设置中增加错误提示。
（2）换刀指令，西门子和法纳克数控系统的默认换刀指令都为M6，在四轴和五轴数控机床上，基本都不直接采用此指令进行换刀，用一个包涵此指令的多功能子程序代替，对待这种指令，可此需要针对各个数控机床设置专门的换刀指令，替代M6。
4.仿真刀具库建设
企业整个仿真体系的创建离不了仿真刀具库的规范性建设，仿真刀具库只有实现与编程刀具、现场加工刀具数据库在命名规则上的统一，才能保证企业数控程序编制、仿真、加工过程顺利衔接无干预执行。同时仿真刀具库中的刀具承载不同加工材料的切削参数，也需要对仿真刀具库进行长远合理的规划，不断积累和优化刀具数据。因此仿真刀具库建设看似简单，其实非常关键，既影响仿真效率，又影响数控程序的加工效率，在仿真体系建设中需要高度重视。
第5篇：数控加工仿真系统范文
关键词：数控加工 数控仿真系统 功能 应用
据尚普咨询的《2011―2016年中国数控机床行业调研及投资前景预测报告》指出，随着国家将装备制造业作为战略性产业培育，“十二五”期间我国将持续加大该重大专项的投入。另据全国工业普查资料显示，2011年底，我国数控机床拥有量约378万台。制造装备的大规模数控化和数控加工技术的发展，使得掌握数控机床编程知识和数控机床操作技能的技工成为劳动力市场急需的人才。中等职业学校数控加工专业普遍面临数控实训设备数量不足这一教学瓶颈，数控仿真系统这种虚拟设备为我们提供了可行性选择。如何有效利用数控仿真系统，培养出符合企业需求的技术人才，值得我们中职教师认真探讨和商榷。
1 数控加工仿真系统的功能、特点
1.1 数控加工仿真系统分为三种运行状态：练习、授课、考试。其中授课功能使得教师可以以广播教学的形式将自己的操作过程演示在每一个同学的面前，就好像教师在同一时间手把手教每一位同学，这在一定程度上充分利用教师的资源优势，提高单位时间内课堂教学效率。考试功能可实现自动评分、成绩查询、分析。推动了考试方式的改革，更加注重学生实际操作能力培养，实现了无纸化的考核与测评。
1.2 数控仿真系统集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机实现的高技术模拟系统，可直接观察、操作、触摸、检测，并能与之 “交互”，给人一种身临其境的感觉。虚拟数控机床具有与真实数控机床相同的外形结构，并具有与真实数控机床完全相同的界面风格和对应功能，机床操作全过程仿真。用虚拟的设备，增强了学生对数控机床操作熟练程度。
1.3 数控仿真系统可供选择的数控系统全、可供选择的数控机床种类多。可选择FANUC、PA、SIMEMENS、华中数控、广州数控、大森数控等多种数控系统；可实现对数控车床、数控铣床、加工中心等数控机床的操作。
2 数控仿真系统在教学中的作用
2.1 应用数控仿真系统，消除学生的学习心理障碍。数控编程与加工课程是数控加工专业核心课程，理论性较强。学生应具有观察能力、实验能力、理解能力、综合分析和判断能力及数、形、图转化能力。没有良好的学习心理状态，学习过程中就会出现消极、放弃等不良现象。中职学生入学时成绩不很理想，基础薄弱，因而很多学生在经历了这样或那样的挫折后，往往认为自己天生就不适合学习，对自己能力进行否认，在没有“调查取证”前就对自己的潜能宣判了死刑。进入中职学校的学生在学习心理上普遍存在这方面或那方面的学习障碍，大部分学生认为学习数控课程难。为了消除学生的这种心理偏差，在数控课程教学中，我利用数控加工仿真系统，采用“先教后学”的教学方法，达到消除学生的学习心理障碍。如在讲授加工指令的应用时，我把本次课需要完成的简单轴类零件加工教学任务预先写在黑板上，然后一步一步教授学生如何做，而不探讨为什么这样做。经过90分钟的“苦”战，学生大部分能在数控仿真系统中做出样品。在学生信息反馈中可以看出，达到了消除学生学习的畏惧情绪，初步消除的学习心理障碍，为后续学习奠定的基础。
2.2 应用数控加工仿真系统，激发学生的学习兴趣。我国古代著名的教育家、思想家孔子曾经说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。只有“好之”“乐之”才能有高涨的学习热情和强烈的求知欲望，才能以学为乐，学有所成。数控课程教学要在导人、呈现、操作、巩固和应用这五个环节活化教材。数控仿真系统将声音、图像和文字融于一体应用于数控教学中，从各个侧面生动展示了数控机床特有的加工特点和功能，如自动进刀、退刀、换刀，复合循环加工等，使教学内容更具有艺术表现力和强烈的感染力，促进学生对知识的理解和掌握，能有效突破教学难点，还可以活跃课堂气氛，吸引学生注意力。通过仿真操作，学生从选择机床、系统、刀具、编制程序、输入、检验、模拟显示，独立完成整个零件加工过程，感受到了自身加工的成就感。学生在这个过程中，更多锻炼了自身能力，激发了学习兴趣，大大提高了学习积极性，促进了自信心的进一步提高，也培养了学生创新能力。
2.3 应用数控加工仿真系统，实现分层教学。中职学生生源差异较大，尽管学生在校阶段经历了共同的教育，但学生在接受知识、动手操作能力等方面存着个体差异，这些差异直接影响了学生的学习风格和学习策略，这就为分层教学提出了客观要求。应用数控加工仿真系统，较好地实现了对不同学习要求的学生实行专业技能的普及与提高相结合，教师根据学生现有知识、能力水平和潜力倾向，科学地把学生划分为水平层次不同的学习群体并区别对待，配发难易不同加工零件图纸，使得这些群体在教师恰当的教学策略和师生互动中得到最好的发展和提高。
在这个过程，教师要时刻关注学生的学习成绩，学习能力的动态变化情况，及时作出反应，不能从一而终。数控加工仿真系统的应用，使得教师分身有术，有效实现了分层教学，达到预期的教学效果。数控仿真系统应用为中职专业教师转变教学理念，实施真正意义上的因材施教，创设了良好的环境和条件。
3 数控加工仿真系统应用评价及策略
数控仿真系统应用为教学开辟了新途径，但它只是一种虚拟技术，不能也不可能完全代替技能训练，一定防止由于时间长久把虚拟等同于现实的错误倾向，区别仿真与实际操作的差异。
3.1 数控仿真系统只是对数控机床加工过程的模拟仿真，而并非真实加工，因此它无法完全代替学生在实际数控机床上加工的真实感受。要科学安排，使仿真加工与实际操作有效地结合，让数控仿真加工真正起到辅助于技能训练的教学目标。
3.2 在仿真加工中，对被吃刀量、主轴转速、进给量切削参数选择，对刀具选择，对走刀路线安排等没有智能化评价功能。如果操作有错误或程序错误，系统只会给出提示，但在生产实际加工中将可能造成无法估计的经济损失甚至危害人身生命安全。在数控加工仿真教学中，也得让警钟长鸣，做好《车工工艺与技能训练》课程理论教学与实训，克服仿真加工中的不足。
3.3 无论在数控机床加工还是仿真加工，要保证加工零件满足要求，对刀是至关重要的。以FANUC 0I系统数控车床为例，在数控车床上和仿真系统可采用试切法对刀（将工件坐标系原点建立在工件的右端面中心上），过程如下：试切工件右端面后沿端面将刀具退出，然后打开机床的刀具偏置表，输入Z轴试切长度值，试切长度值为“0”，按菜单软键[测量]；移动刀具，进行外径试车，使刀具沿Z轴的正方向退出，然后用量具测量试车部分的直径，在刀具偏置表中，将光标移动到X轴位置，输入试车直径，按菜单软键[测量]，对刀完成，如图1。采用多把刀具对刀，只要重复上述操作即可。
在仿真系统中试切法对刀还可这样操作（将工件坐标系原点设置在工件右端面中心点上）：在工件某一合理位置试车，停止主轴转动，测量试车位置的直径及距右端面的距离分别为21.865mm12.305mm，如图2和图3。在刀具偏置表分别输入X21.865和Z-12.305，再按菜单软键[测量]，也能达到对刀的目的，而且精度很高，尤其工件长度尺寸得到充分保证，但在实际加工中是不可行的。教师在教学中一定要把理论与实践相结合，对问题进行剖析，以免学生产生误解，影响到实际操作与编程加工。
4 结束语
我国数控机床起源于上世纪80年代，起步较晚。在中职学校教学中可供学生实际操作的数控机床相对于学生人数甚少，数控仿真系统投入使用为数控技术人才的培养起到了功不可没的作用。同时我们还应清醒地认识到数控加工仿真软件的开发还有一定的不足，数控仿真系统在教学中的应用还处于起步和探究阶段。认真总结数控仿真系统在教学中的应用，给予科学合理的评价，积极应对其存在的不足，使其发挥在数控技能培训中的特殊作用，促进数控教学更快、更好的发展，为我国“十二五”规划的实施起到职业教育应有的作用。
参考文献
[1] 上海宇龙数控仿真系统说明书
[2] 日本FANUC数控车床使用说明书
第6篇：数控加工仿真系统范文
【关键词】数控铣床 虚拟加工 Virtools
1 概述
数控铣床是现代制造业生产加工的重要设备之一，培养优秀的数控铣床操作工成为相关教育机构的迫切任务，但是数控铣床操作难度大，具有危险性，若操作不当可能对人身和机床造成不可逆转的伤害。数控铣床的虚拟加工系统能够有效避免真实的人身和机床伤害，尤其对于初学者来说非常适用，加之虚拟现实技术的飞速发展和广泛应用，使得此类系统的研究成为现实。浙江大学山东大学陕西科技大学等高校的学者对此都进行了一定的研究，设计开发了数控车床、加工中心的仿真系统，或是用于数控加工的教学系统。
但是上述文献所涉及的虚拟加工系统多存在仿真效果不理想，沉浸感不佳等问题，对此，本文特利用虚拟现实技术的3I（immersion， interaction， imagination）特性，基于Virtools软件平台，结合计算机、三维立体投影设备、立体眼镜、音响等硬件设施，研究开发了一个数控铣床的虚拟加工系统。该系统利用3DS Max建立数控铣床的三维模型，运用Virtools实现铣床运动的仿真，并使用其物理模块实现了刀具与工件和机床的碰撞检测。
2 虚拟加工系统的设计
该系统由计算机、BARCO Gemini立体投影系统、立体眼镜、音响等硬件设备构成，系统结构图如图1所示。该系统可完成数控铣床面板的基本操作仿真、零件的安装和拆卸仿真、铣床切削加工运动仿真等内容，具体功能框架如图2所示。数控铣床及刀具、工件的三维模型由3DS Max软件建立，导入Virtools中进行机床的运动仿真和人机交互功能的实现。
3 数控铣床的运动仿真
3.1 铣床面板操作仿真
数控机床操作者主要是通过数控机床的面板与机床进行交互并完成零件的加工的。本文所开发的虚拟加工系统是在型号为XD-40A的三轴数控铣床的基础上进行的，所用操作面板是FANUC Series 0i系列面板。用户通过鼠标和键盘与系统进行人机交互，用户点击鼠标进行按钮相关操作，也可通过键盘进行参数的输入，参数将存入相应的数组中，结果将实时显示在显示屏上。图3是某按钮操作的流程图。
3.2 工件装卸过程仿真
本系统设置了长方体和圆柱体两种毛坯形状，用户可以选择所需毛坯类型并控制毛坯的尺寸。若需要其他类型的毛坯，可通过系统预留的接口导入毛坯的三维模型。系统的夹具有平口钳和三爪卡盘两种，可通过鼠标、键盘与系统进行交互来实现工件的安装和拆卸，安装毛坯的流程图如图4所示，若需要其他专用夹具，可通过系统预留接口导入夹具的三维模型。
3.3 铣床切削运动仿真
切削运动的实质是刀具相对于工件进行运动的结果，系统根据用户输入的G代码判断刀具的运动轨迹，实现工件的切削加工。在加工的过程中，运用Virtools自带的物理模块进行碰撞检测，以防止刀具和机床的碰撞而发生损坏。
4 系统仿真
用户利用本系统进行虚拟加工时，通过鼠标键盘进行信息的输入和对系统的控制，佩戴立体眼镜通过三维投影设备观察整个加工的过程的实现。进入系统之后首先进行毛坯的设置和安装，并选择合适的加工刀具；然后通过控制面板完成对刀操作并设置刀补，利用鼠标键盘通过控制面板输入加工程序，按下启动按钮进行工件的加工；加工完毕之后进行零件的拆卸，并以全屏模式观察零件的加工结果。
5 结束语
本文利用3ds max和virtools等软件，配备计算机、三维投影设备、立体眼镜等硬件设施，开发了一个数控铣床的虚拟加工系统。依据真实机床进行相关模型的建立，并通过贴图处理和环境配置提高了系统的真实感，三维投影设备和立体眼镜的使用增加了系统的沉浸感。系统的整个仿真过程符合实际加工的顺序，能够使用户操作数控机床的能力得到很好的锻炼，同时避免了的危险的发生及机床的损坏。若想进一步提升系统的交互性和沉浸感，可加入数据手套完成人机交互过程，这也是下一步的研究方向之一。
参考文献
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作者简介
吕玉兰（1989-），女，河北省辛集市人。硕士研究生。助理讲师。主要研究方向为虚拟现实，数控加工。
第7篇：数控加工仿真系统范文
仿真在教学中的作用
在数控课程的教学中，“学做一体”是最有效的教学形式．如果仅在黑板上去讲数控机床编程与操作，学生无法真正掌握，在实训室进行数控课程教学，又受到机床数量的限制，尤其在实训初期学生对设备不熟悉，误操作会导致设备的损坏，甚至是人身伤害事故，存在较大的安全隐患．通过仿真系统辅助教学，可以起到以下作用．激发学生兴趣，增强学习主动性使用数控加工仿真系统，学生可将所编程序输入系统中，直接完成程序编写的正误检查、干涉检查等功能，并进行数控加工的过程演示;仿真系统上机床的操作和零件的加工过程，与在真实机床上的操作程序基本一致，有利于学生对实际操作的学习和掌握;学生可以通过“旋转”功能，从任意角度观察数控机床的运行，毛坯加工成为成品的过程直观形象;应用数控加工仿真系统，便于在教学中运用“任务驱动”、“项目导向”等多种教学方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，体现学生主体地位，在理论讲授时，适时结合仿真教学，激发学生学习兴趣［3］，有效提高学习主动性．提供良好运行平台，保障安全可靠性随着企业数控化率的不断提高，对数控方面人才的需求量在不断增加，对人才质量与规格要求越来越高，数控机床是一种新型的机电一体化设备，它具备“高速、高效、高精度”的特点，在实训教学时，直接让学生在数控机床上操作，可能会出现撞刀、过切等干涉现象，造成设备、人身危害．把仿真系统引入到教学中，通过对干涉现象的排查，纠正错误程序，可完全避免实际操作中出现的事故，同时随着学生人数的增多，可以通过计算机的大量配置，使每位学生有足够的仿真实训时间，彻底解决数控机床数量不足的问题，较好地达到实训效果，这样也减少了实习材料和能源的消耗，节约实习教学成本，因此，数控加工仿真系统是数控实习前一种较好的训练手段，保障实习教学的安全与低耗．理实联系实际，提高教学实效性数控加工技术系列课程的教学模式，如果以课堂理论讲授为主，不利于学生对数控程序的理解，在黑板上讲“按键”的作用与机床的操作，谈不上对数控操作技能的掌握，理论与实践教学效果都很差．如果把数控仿真教学引入教学中，学生可以将所编程序输入仿真系统中，演示零件的加工过程，如果程序编写错误，就能在教学现场及时发现，仿真软件对零件的加工操作流程与实际机床相同，使学生对程序指令及机床实际操作就更加熟悉，这不但有利于提高数控理论教学效果，更有助于学生编程能力的提高，也为以后的实际操作奠定良好的基础，学生在进行实际编程与加工时更易上手．
仿真教学的实施
根据教学需要把理论教学与仿真、实训有机融合，让学生在学习理论知识的同时，边仿真、边操作，对数控加工有更直观认识，可以促进专业课程的学习．作为教学的一部分，与实训教学结合，在操作机床之前，学生先进行数控加工仿真教学，能对所编程序的准确性进行检查，检验加工工艺的合理性，并能提高学生对机床操作的熟悉程度等，对保证实训效果与实训安全起到良好作用．仿真教学的安排《数控加工编程与操作》是一门实践性很强的课程，在教学前应合理安排理论教学、仿真教学与实训教学的课时比例，确定教学的主要内容等，见表1．在课堂教学中应重点解决编程方法和编程中的工艺问题，这也是对以后实习所做的必要的知识铺垫．学生利用数控加工系统主要进行程序的输入、校验等训练，同时让学生了解不同系统、不同机床的操作方式等，让学生贴近真实实训环境，并培养独立解决实际问题的能力，在后续的实训教学中，能更快、更好地掌握操作技能。运用“任务驱动”教学法应用数控加工仿真系统辅助教学，目的是让学生熟悉数控机床工程面板与按键功能、验证工艺合理性和检测数控程序正误等，并为学生“生产性”实训做好前期准备，以真正提高学生的职业能力．因此在进行仿真实训时，适宜采用“任务驱动”教学法．教师在做仿真实训教学之前，从相关企业获取真实零件的图纸，根据教学内容和要达到的教学目的，首先简要做好工艺分析，布置编程与仿真加工等任务，让学生在课下通过查阅资料、相互讨论的方式，完成工艺参数的选择、数控加工程序的编制等工作，仿真实训时按工件实际加工工序完成:选择机床和数控系统、安装毛坯与刀具、对刀与校验、输入程序与仿真加工、零件检测等，最终实现一个工件或是工件中一部分工序的仿真加工．在仿真教学过程中，教师要指导学生完成纠正错误程序、简化程序结构、优化走刀路径等教学环节［4］，以进一步提升学生数控编程与加工的能力．在仿真结束后，教师应根据学生的仿真情况，针对性地作出评价，主要是指出工艺分析和编程中存在的问题和错误，增强学生分析问题和解决问题的能力．
仿真对实训教学影响
第8篇：数控加工仿真系统范文
关键词：多媒体；数控仿真系统；数控编程；数控教学
1 多媒体技术和数控仿真系统解决的问题
1.1 多媒体技术应用和解决问题
多媒体是指用计算机交互式地综合处理文本、图像、图形、动画、音频、视频等多种信息，在课堂教学中可引进投影机、幻灯机、录音机和录像机等教学媒体。在职业教育、教学过程中，运用现代的多媒体手段与传统的教育手段的结合，可以更有效地传递教学信息，达到教学目的和要求。学生在学习上更加主动体现在多媒体的交互性。信息媒体的多样性可使原本抽象、枯燥的教学内容更加生动，从而更直观的了解学习内容，增强了学生学习兴趣，在数控教学中使用多媒体，可以极大地提高教育效果和教学水平。通常使用的多媒体设备投影仪、幻灯机和录像机，电脑网络教室等教学媒体。
1.2 数控仿真系统应用
（1）数控仿真技术解决的问题。现代数字控制技术与数控机床给机械制造行业带来了巨大的变化。现在数控技术的应用非常广泛，我院已为社会输送了大批以数控机床编程操作为主的优秀人才。以往的上完《数控编程》课后续就是《数控综合技能训练》，因为本专业学生数量多，编程水平有限，往往实习时在机床上浪费大量的时间进行编程，占用了实操时间，效率低。因为初学者操作失误还会损坏刀具和设备，造成安全事故，使实训工作量增大、加工效率低，实训费用高。这些问题都成了制约教学的效果。数控编程是本专业核心课，要想达到理想的教学和实践效果，使用数控仿真作为辅助教学方法手段，能解决一次性在实训中心的学生多，工作量大、效率低，并且学生初学操作易出错的问题。
（2）数控加工仿真系统教学可实施性。为了迅速提高学生的编程理论水平和数控机床实际操作水平，仿真软件应用能实现虚拟现实技术实现数控加工操作技能培训的效果，利用它进行学习和实训，且经济实用。我院是从国内众多数控加工仿真教学系统中选用的上海宇龙公司的数控仿真正版软件。该仿真软件可以通过真正的三维加工仿真过程使同学亲身体会，并观察仿真加工后的工件，迅速掌握数控机床的操作过程，仿真过程逼真；同学可以在一个窗口观察程序执行仿真时，程序段、坐标值、出错信息及工件与刀具的相对切削过程的真实显示。为了达到的目的，我们可通过仿真软件教学使学生在联系编程是模拟实际机床编程操作加工，真实仿真模拟零件加工，即可大大减少昂贵的数控机床设备投入问题，有提高学生学习编程课的兴趣。该仿真系统具有FANUC、华中、SIEMENS等多个数控仿真系统功能，学生通过在编程理实一体化教室操作仿真软件，在较短的时间内就能学会操作FANUC、华中系统的数控铣、数控加工中心及数控车的编程与操作加工。
（3）数控加工仿真软件的优越性。使用数控加工仿真软件可以帮助更好的学习和复习《数控编程》课程、为后续课程《数控综合技能训练》提供基础。
2 多媒体技术和数控仿真系统在教学中的应用教学效果
2.1 通过项目教学，提高学生学习的兴趣和主观能动性
随着大学的扩招现阶段高职的学生学习能力大幅度下降，所以学习基础差和学习习惯不好，这样就给教师教学带来极大的困难。我院2008年评为示范院校以来，我系教师经过不断的教学改革，使用多种灵活的、先进的教学方法和手段提高学生的学习兴趣。通过多媒体技术和数控仿真系统结合的理实一体化教学，改进后的教学方法不仅激发了学生的好奇心和求知欲，而且增加了感知深度，培养起了学习兴趣，进而提高学习效率。我们职业院校培养学生要具有过硬的操作技能，才能达到岗位能力要求，找到适合的岗位工作。我们尊重教学体系建设，渗透能力训练，将理论知识和实践能力有机结合。以数控仿真软件和多媒体技术应用相结合能较为娴熟地运用行为导向教学方法，在教学过程中真正体现学生为主体突出显示学生动手动脑的能力，使学生从以往的被动学习变为主动学习。通过理实一体化教学，即可培养学生的的分析问题及解决问题的能力，也可大大提高了学习兴趣和主观能动性。
2.2 加强理实一体化教学，提高学生的自学能力
数控编程理实一体化教学过程中教师应重视应用多媒体技术和数控加工仿真系统来实施的理论和实践教学效果，为发挥教师在教学中的引导作用，在教学中实施原先的一只粉笔一块黑板的常规教学方法，改为使多媒体技术和数控仿真系统结合应用的教学手段实现互动教学。大大提高学生自学和沟通能力，发挥了多媒体和数控仿真系统在编程理实一体化教学的作用。新的教学方法使教师重点解决编程方法、简单数控加工工艺安排方面的问题，而在数控编程理实一体化教学中，可以利用仿真系统解决解决不同系统、机床程序校验及操作问题，加深理论教学中学过的机床选用、刀具选择、切削用量的选择等方面的相关知识。
2.3 运用多媒体技术和数控仿真系统，增大数控编程教学中知识的信息、容量，具有省时、省力的优势
在数控编程课堂教学中进行知识总结和巩固训练等活动，传统的教学因学时短复笼统，总结的知识不全面，学生掌握的不好。通常我们把学习的课程内容和训练的知识通过课件的体现，在投影上播放，即加强了训练密度，提高效率，又能减轻师生教学负担。多媒体教学还能适应学生知识程度高低不平的问题，便于为基础差的学生课下复习本次课程知识，进度快的同学更快的掌握本次课程知识或预习下一个学习内容，达到本课程的教学目的和要求。
2.4 科学合理安排教学内容，提高学生的就业能力
（下转第188页）
（上接第181页）
在数控编程课教学过程中，我们主要教授的编程指令是企业上最常用并易学习的FANUC、华中系统的编程方法知识和数控操作加工应用，学生能很快熟练掌握、并灵活应用；等学生初步掌握编程知识后讲解SIEMENS系统的常用的一些编程与操作方法，数控仿真软件上讲解不同操作面板在加工中的功能键使用方法。提升学生的基本编程知识，并提高学生对不同操作系统、面板的编程与数控操作能力。2.5实时考核反馈，提高学生的学习意识和自觉性。
每一次课程安排一次训练课题，比使用理实一体的教学方法实现教学内容，使每次项目都有一个考核，具有较强的目的性。通过对学生考核评价击破各个知识点，掌握全面编程知识，通过考核评价还可以提高学生的学习意识、学习热情、学习自觉性和自信心；通过考核评价结果的反馈也能使教师适时的调整教学，有针对性地讲解共性问题和个别问题，做到有的放矢。
2.6 提高教学效率，节约教学成本
使用多媒体技术和数控加工仿真系统结合教学法运用到数控编程教学中，即可解决授课班级多，又可解决机床少问题。教学中把引入仿真系统可避免因初学者误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，增加学生在教学过程中感受仿真数控机床操作过程中如临现场的真实感。当授课学生增多时，为了每位同学有足够的仿真实践机会，只需通配置大量计算机终端，可彻底解决了数控机床数量不足的难题。同学们在学习过程中即掌握数控编程课中各种编程指令知识，又能够让很快的熟悉和了解数控操作加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法，为后续课程数控综合技能训练做好准备。这种理实一体的教学方法和手段使学生独立地对数控编程知识进行学习、练习和复习，这样在后续数控综合技能训练在实际机床上操作时，节约工件材料和刀具的消耗，节约了教学成本，提高了教学质量。
2.7 提高教师的教学质量和教学效果
传统的编程课是上课时教师一味的灌输编程知识，学生只是听课，但做不到及时掌握编程知识。期末终期考核时，试卷中程序的繁重批阅更是让数控教师头昏眼花，因编程针对个人的差别性，比如：每个学生掌握知识的程度不同，有的同学会使用固定循环编程，有的同学会使用用子程序编程，造成教师批改试卷工作量达的问题。应用了多媒体技术和数控仿真系统教学以后，教学变得更加生动、具体、形象，提高了学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高，并能自我评价或互相评价工零件的几何形状精度，对学生操作能力和培训起到了极大的提高和加强作用。我们采用项目考核，每次的教学项目都可通过仿真软件直观看到最终工件的形状，在屏幕观察刀具运动轨迹和坐标变化，及时发现数控编程和工艺是否存在问题，真正达到了课程考核的效果，提高了教学质量。
3 结束语
我院在2008年开始示范院校课程建设，在数控编教学中使用多媒体技术和数控仿真系统，并在学习数控编程知识时使用理实一体化的教学方法和手段，使课堂的教学由教师的满堂灌变成以学生为主体的教学后，既提高学生的自学能力和学习兴趣，又使教学效果明显得到提高。示范课程建设教学经验来看，多媒体技术和数控仿真系统已成为数控编程教学中一种不可或缺的重要方法手段。
参考文献：
[1]曾小惠，吴明华，潘铁虹.在线数控加工仿真教学系统的实现[D].1998.
[2]王晓楠，王仲海.虚拟现实技术及其应用[Z].2002.
[3]上海宇龙仿真系统操作说明书[S].
第9篇：数控加工仿真系统范文
关键词：虚拟仿真技术；数控技术专业；数控仿真软件；中职学校
中图分类号：G642
1虚拟数控仿真系统
虚拟数控技术是利用计算机来模仿真实的数控设备工作环境和工作过程的一门技术。它以计算机仿真和数控加工技术为基础，集计算机图形学、人工智能、网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术为一体，在虚拟的条件下，对数控设备的工作过程和环境进行全面的仿真。目前国内外研究人员在加工过程仿真方面做了许多工作，如美国Maryland大学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。同济大学研制的数控程序微机动画仿真系统。清华大学CIMS工程研究中心开发的“通用加工过程仿真器”等等，但目前的虚拟系统都属于几何仿真的范畴，将刀具与零件视为刚体，不考虑切削参数、切削力及其他物理因素对切削加工的影响，只是对数控程序进行翻译，产生刀具位置数据，并以此数据驱动机床运动部件和刀架运动，对工件进行虚拟切削，同时检查是否有干涉和碰撞。未来虚拟数控技术的主要发展方向是向物理仿真发展，包括加工精度分析，切削过程的热变形，切削力作用下的系统弹性变形、夹紧变形，以及机床的动态和静态分析等。
2虚拟数控仿真系统在中职数控教学中的应用
2.1传统数控实训教学中存在的问题
职业教育以岗位需求和职业能力为本位，突出实践技能的训练。目前很多学校都投入购置了数控设备，虽然数控机床的数量增加了很多，但仍不能满足实训教学的需要，教学只能“在黑板上开机床，在练习本上编工艺”；学生从理论学习转入实际操作缺少中间过渡环节，实训的危险性增加；实训教师在现场指导多名学生同时操作时，环境嘈杂，且很多学生围着一台机床，教学效果不好；数控机床结构复杂紧凑，学生在学习过程中观察了解机床的工作状态和工作原理及机床的机构时，观察角度受到限制等等。基于这些在实训教学中存在的问题，我们利用计算机虚拟现实技术，对数控机床的工作过程和环境进行全面的仿真,开发了《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》。
2.2利用虚拟仿真技术实现的数控加工仿真教学系统
《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》总体上设计了三个部分，即学习帮助、仿真实训和仿真考核。
学习帮助部分是入门学习的资源库,包括了自动操作、手动操作和学生难以掌握的对刀操作的过程。软件的核心部分是采用虚拟现实技术实现的仿真实训与考核部分，对机床、工件和刀具进行了三维实体造型，通过实体间的布尔运算来实现整个数控加工过程的仿真，系统采用OPEN GL作为图形开发引擎，使动态仿真过程变得流畅，实现了机床操作全过程仿真和加工运行的全环境仿真。学生根据图纸确定加工工艺、编制好程序后，就可以在平台上输入程序，完成对刀及零件加工的全部工作。
图2虚拟数控仿真系统
软件针对中职学生的特点，注重过程性，强调细节，增加了安全性训练和工艺性训练功能。比如背吃刀量是根据机床、工件和刀具的刚度决定的，当加工不同的材料时，其取值是不同的，学生往往给出很大的背吃刀量，而这在实际的机床上加工时，是非常危险的，我们的软件中充分考虑了这一点，教师可以根据加工需要来设置背吃刀量，当学生给出的数值过大时，系统就会提示，并停止运行，让学生养成正确的加工习惯。
考核平台，可利用试题生成工具生成试题，通过考试服务界面导入到系统，还可以导入报名表、进行成绩处理等。系统通过网络能够对实操的全过程进行考核，对编程中出现的语法错误和操作运行时发生的碰撞进行检测并扣分，考试结束后学生可查询什么地方出现了错误以及扣掉了多少分。
软件通过三个平台的设置，学生在训练的过程中发现的问题，可以在学习平台上找到答案，之后还可以通过考试系统检验自己学习的效果，使学生能够自主学习、独立操作和自我测评。
3基于《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》课堂教学模式实验
为了检验基于《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》的教学模式对数控技术专业教学的应用效果，选取了《数控设备与编程》，这一中职数控技术专业的主干课程。该课程在内容相同的情况下，采用《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》后，在沈阳市装备制造工程学校的教学课时数从原来的160学时减少为120学时。我们选取开设同样课程、学生总体水平相同的两个班级作为实验研究对象，实验班为09数控1班，对照班为09数控3班，两个班均为38人，其中实验班采用基于《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》的课堂教学模式，对照班采用传统教学模式。
通过一学年教学实践，《数控设备与编程》课程对照班与实验班教学情况如表1所示：
表1数控教学情况对比分析表
班级 09数控3班38人（对照班） 09数控1班38人（实验班）
理论教学学时 54 54
实验教学学时 16 6
实训教学学时 3周 2周
总教学学时 160 120
教学组织形式 传统的集体授课 基于数控仿真软件的小班小组教学
教学模式 理论课 教师讲解，并运用有相关示意图演示，学生听、记。 基于虚拟仿真软件的数控课课堂模式
实验课 采用先在黑板上理论讲解，再动手操作。 小组探究，仿真展示、验证，动手操作。
实训课 采用教师指导，学生操作练习。 教师布置项目，学生自主探究、仿真验证、操作练习。
实验班和对照班数控专业技能考试后测对比分析如表2所示：
表2控制班与实验班数控专业后测情况对比分析表
09数控3班38人
（对照班） 09数控1班38人
（实验班）
数控编程正确率 61％（23人） 79％（30人）
操作撞刀 17人次 5人次
工件合格率 53％（20人） 76％（29人）
4结语
《虚拟数控机床仿真实训与考核系统》在数控教学实践中起到了很好的助学和助教的作用，受到老师和学生的欢迎。系统弥补了实训设备的不足，节约了大量的实训材料的投入；仿真系统作为学生从理论学习转入实际操作过程的中间过渡环节，降低了实训的危险性；仿真软件通过三维建模，可以放大、缩小、随意旋转查看机床，直观、清晰，有良好的助教功能，改善了教学效果；学习平台的设立有助于引导学生自主学习，激发学生的学习兴趣。比如一个学生，学完数控车床的操作后，对仿真操作产生了浓厚的兴趣，自己学习了数控铣床的相关知识，编程加工出了自己的名字；对于数控操作中的难点，采用信息技术进行“虚拟现实”的仿真教学，不仅可提高操作学习的安全性，也很容易让技能操作符合规范；仿真系统扩展了课堂容量，提高了教学质量。信息化教学资源的应用打破了传统以教师为“中心”或“标准”的“说教”式教学模式，换之以师生互动、共同探究的“引导式”教学模式，师生之间变得平等。相互尊重的氛围，极大地调动了学生的学习兴趣，提高了课堂教学质量。
数控仿真软件将课堂教学的知识点和实践教学的实训点整合在一起，改变了传统教学模式，让学生在做中学、在学中做，使我们的数控教学取得了事半功倍的效果。
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