導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

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數(shù)控加工仿真是利用計算機仿真技術，在計算機上模擬實際的機床加工過程，以部分替代實際機床的操作訓練，它不僅可以驗證數(shù)控加工程序的可靠性，而且能夠預測切削過程，從而減少工件的試切，提高工作效率。仿真可分為幾何仿真和物理仿真兩類。(1)幾何仿真不考慮物理因素的影響，來仿真刀具幾何體的運動，主要用來驗證NC程序編程是否合理，以便減少因程序錯誤而導致的刀具折斷、機床損傷、零件報廢等問題，縮短程序開發(fā)時間，節(jié)約成本。常用方法主要有：離散矢量求交發(fā)、基于圖像空間的方法、直接實體造型法。幾何仿真可以是實時仿真也可以是非實時仿真。(2)物理仿真物理仿真又稱為力學仿真。在銑削過程中，受物理參數(shù)影響較大，物理仿真是通過切削仿真過程的力學特性來分析刀具振動和刀具破損情況，控制切削參數(shù)，建立物理模型，從而優(yōu)化切削過程。物理仿真要求實時仿真。

虛擬數(shù)控加工系統(tǒng)主要包括虛擬加工環(huán)境和虛擬加工過程兩部分，職業(yè)院校虛擬數(shù)控加工系統(tǒng)應滿足以下要求：第一系統(tǒng)要有豐富的刀具材料庫，建立工藝系統(tǒng)的幾何模型；第二動態(tài)顯示整個運行環(huán)境，對加工環(huán)境進行仿真，包括三維工件的實時切削、刀具補償、坐標系設置等；第三機床操作全過程仿真，包括仿真機床工件裝夾、基準對刀、壓板安裝、安裝刀具等操作；第四實現(xiàn)互動教學，師生操作過程能實時雙向互動；第五實現(xiàn)仿真考試自動評分，系統(tǒng)能夠根據(jù)事先設定標準對完成工件尺寸及整個操作過程進行評分；第六保證系統(tǒng)的安全性。

2虛擬數(shù)控系統(tǒng)總體設計

基于Delphi的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有刀具幾何建模、三維圖形仿真、碰撞檢測以及材料切除仿真等功能。數(shù)控仿真系統(tǒng)可以為操作人員提供接近真實的加工環(huán)境，全方位模擬實際的加工過程。該數(shù)控仿真系統(tǒng)總體結構如圖1所示:

2.1加工環(huán)境建模模塊加工環(huán)境建模包括幾何建模和虛擬面板兩個模塊。其中幾何建模包括機床建模、工件建模、刀具建模以及夾具建模等，虛擬面板模塊包括虛擬顯示屏和機床操作面板等。(1)機床建模機床建模采用結構實體幾何法，它不能脫離真實機床而獨立存在，它是以真實機床為研究對象，不考慮機床的傳動裝置確定機床的結構參數(shù)，對機床結構進行的簡化處理。由于機床類型多種多樣，在建立機床模型時根據(jù)模塊化原理需要定制標準的模塊，確保機床模型與真實機床一樣。(2)工件建模工件建模過程在仿真加工系統(tǒng)中處于十分重要的地位，它的好壞直接影響到仿真產(chǎn)品的質(zhì)量。一個模型可以用屬性模型和幾何模型兩個子模型共同來表示，其中產(chǎn)品的屬性通過屬性模型來表示，而它的尺寸和形狀則通過幾何模型來表示。(3)刀具建模刀具種類繁多，可利用實體建模方法實現(xiàn)對刀具的建模。

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隨著我圍經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國制造業(yè)裝備的自動化水平在不斷提高，數(shù)控機床的擁有量及在機床中所占的比重大幅度地增加。如何有效地發(fā)揮數(shù)控機床的使用效率、提高加工質(zhì)量一直是人們追求的目標。在進行零件數(shù)控加工過程中，零件本身的可加工性和數(shù)控程序的質(zhì)量是影響零件加工質(zhì)量的關鍵因素。數(shù)控程序投人實際加工之前，都必須進行有效的檢驗。檢驗數(shù)控程序的方法主要有手工檢驗、試切檢驗、軌跡顯示和計算機仿真等。其中計算機仿真是近年來發(fā)展較快，也足最行之有效的方法。我們在綜合分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎，對數(shù)控加工仿真的若干關鍵技術進行了研究，以此為基礎建立了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)并應用到教學中。學生利用此系統(tǒng)可以在計算機上模擬加工環(huán)境和數(shù)控加工的過程，完成NC程序的校驗，發(fā)現(xiàn)干涉（主要是刀具與工件之間）和過切現(xiàn)象，修改NC程序，通過實際參與，彌補課堂教學的不足。另外，此系統(tǒng)也可用予生產(chǎn)實際。減少加工失誤、返工，縮短研制周期，節(jié)約資金，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

其優(yōu)點在于：（1）系統(tǒng)完全模擬真實機床的控制面板和屏幕顯現(xiàn)可輕松操作。（2）在虛擬環(huán)境下對代碼的切削狀態(tài)進行檢驗操作安全。（3）用戶可看到真實的三維加工仿真過程仔細檢查加工后的工件可以更迅速的掌握機床的操作過程，過程逼真。（4）采用虛擬機床替代真實機床進行培訓在降低費用的同時獲得更佳的培訓效果，使用更經(jīng)濟。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有FUNUC、SIEMENS等眾多數(shù)控系統(tǒng)功能，學生通過在電腦上操作該軟件，能在很短時間內(nèi)就能掌握數(shù)控車、銑及加工中心的操作?？墒謩泳幊毯图庸ぃ處熗ㄟ^網(wǎng)絡教學，監(jiān)看窗口滾動控制，可隨時獲得學生信息。在教學中還具有多媒體教學的特點。

首先，由于計算機輔助控制系統(tǒng)是以計算機為媒體開發(fā)的，所以它的通用性較強。在屏幕上能夠顯示和機床操作面板一模一樣的界面；以動態(tài)的模擬顯示代替機床實際運行并且還能夠提示操作信息，如編程錯誤信息和操作失誤機床碰撞報警信息等。使數(shù)控機床的編程操作易于課堂化教學，從而即節(jié)省了機床設備和實習消耗、又大大提高了教學效率。

其次，計算機輔助機床控制系統(tǒng)依據(jù)計算機強大的顯示功能和全中文的結構設計，并配以豐富多彩、自然友好界面顯示，使學生一進入本系統(tǒng)就被深深的吸引，從而能夠激發(fā)學生學習興趣和動力。模擬演示功能更為真實可靠，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設計以滿足不同監(jiān)控要求。當程序執(zhí)行時，程序段、坐標值、出錯信息以及工件與刀具的相對移動的切削過程同時顯示在同一窗口內(nèi)，使操作者能夠一目了然，隨時監(jiān)控機床運行的狀態(tài)體驗真實的加工過程。該系統(tǒng)具有機床規(guī)格大小設置，可定義刀具形狀、切削用量，如數(shù)控銑床上鉆頭、鏜刀、球頭刀、圓角刀，數(shù)控車床上的外圓刀、鏜刀、切刀、螺紋刀，可以實時監(jiān)控刀具加工軌跡及圖形縮放控制。機床外形也可顯示并具有關門保護、零件加工后的測量和保存視窗作業(yè)的功能。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)功能較為完善、適于教學的使用。其中語法診斷和模擬示教功能可以使學生進行人機交互式學習。即由學生輸入程序，在模擬運行過程中，系統(tǒng)能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，再由學生經(jīng)過簡單判斷就能很容易的發(fā)現(xiàn)和修改程序的錯誤，從而避免教師直接面對學生的指責傷害學生的自尊，也大大減輕了教師批改學生程序作業(yè)時的繁重負擔。使教師能夠集中精力以幫助學生解決實際問題，保證了教學質(zhì)量使教學效果得到顯著提高。

在操作方面，由于數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，并且使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗和教訓。所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具，只要經(jīng)過短期的專門訓練，學生很快就能夠適應數(shù)控系統(tǒng)的實際操作方法，從而為以后的技能的進一步深造打下了堅實的基礎。由于我們注意到了它在這一方面具有的優(yōu)越特點，而且根據(jù)學校教學改革的要求，我們盡力把它運用到我校無斷層教學模式中。比如，我們在數(shù)控機床實操訓練之前開發(fā)了編程模擬操作課程，并且專門編著了《數(shù)控機床編程與模擬操作》，在內(nèi)容上突出了理論和實踐的關系，為我校填補了在這一方面的空白。至此，我們將理論與實踐有機的結合在一起邊講授邊練習，使講過的知識及時應用于實踐中，不但加深了學生對理論知識的理解而且在模擬操作的同時對數(shù)控機床的操作方法上也具備了相當水平的實踐基礎。在教學中邊教邊學、邊學邊做、在學中做、在做中學，學生的積極性被調(diào)動起來，老師也在繁鎖教學活中得到解放和學生一樣都感到非常輕松，大大提高了教學效果。學生的編程與操作能力也有了非常明顯的效果，在數(shù)控等級工考試中合格率達到，學生成績相當優(yōu)秀，得到相關老師及校領導一至好評。

隨著仿真軟件的較快發(fā)展，只有在教學當中合理、科學、有效、有選擇地利用仿真軟件才能使之為教學服務。我們不能把軟件仿真作為理想的、真實的模型來認識，而只能將其作為認識事物的中介與橋梁，在教學中必須與實踐操作相結合，才能發(fā)揮它的最佳教學效果。

參考文獻

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1.1數(shù)控加工中心的概念

其實數(shù)控加工中心就是從數(shù)控銑床慢慢發(fā)展變化而來的。隨著科技的進步和設計思想的不斷更新，越來越多新技術新概念被運用和實現(xiàn)推廣，使得一切都在革新和完善，數(shù)控加工中心就是其中之一。但數(shù)控中心是從數(shù)控銑床發(fā)展變化而來的自然就會有許多區(qū)別和更為完善的功能，可以說與之最大區(qū)別點在于數(shù)控加工中心是可以具有自動交換加工刀具的能力，這也是它更加完善提高效率的方面。通過在刀庫上安裝額不同用途的刀具，使用自動換刀裝置最終得以實現(xiàn)更多更全面的加工功能。

1.2數(shù)控加工中心的相關原則

每一項技術每一個設備都是有其相應的原則的，這樣才能有一個規(guī)范性，在實施和運用的過程中才能更好的達到預期的標準，讓目的得以達成，數(shù)控加工中心也是一樣，也需要遵守以下幾點原則：首先是需要合理的保障工件在加工后的精度和表面粗糙度能夠更高的達到標準。畢竟數(shù)控加工中心只有更好的達成目標需求才能有助于被市場所接受和推廣。還有就是盡可能的減短加工路線，減少空行程時間，簡化計算的工作量，以此來達到提高加工效率的最終效果，而數(shù)字化自動化的目的就是實現(xiàn)以上的需求。最后及時對于某些重復使用的程序，可以運用子程序來使整體設計變得更為工整更具有條理性，減少程序意外發(fā)生。

2仿真系統(tǒng)的結構以及開發(fā)要點

2.1仿真系統(tǒng)的結構

而對于整個仿真系統(tǒng)的總體結構主要由包括公共操作界面、用戶控制而板、鉆床界面、車削界面、銑削界面和程序編輯界幾個主要的部分組合而成，通過實現(xiàn)以上幾個部分，就能主要達到相應的功能完成。當然除此之外，還有程序檢查解釋、仿真計算機以及仿真計算機顯示等模塊的編寫實現(xiàn)將能更好的完善仿真系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，達到預期效果和作用。一般來講，數(shù)控加工中心仿真系統(tǒng)的用戶界面通常都是采用C++語言編寫的動態(tài)窗口以方便使用者的的數(shù)據(jù)操作。在用戶主界面上還包括了仿真、操作以及預留這三個動態(tài)的窗口來達到為使用者提供一些相應幫助的作用。

2.2仿真系統(tǒng)的開發(fā)要點

仿真系統(tǒng)在開發(fā)中也需要注重相應的開發(fā)要點：首先是關于基本流程。在啟動仿真系統(tǒng)，載入相應的數(shù)控加工中心模型，在系統(tǒng)中能夠?qū)C床機構有一個合理的認知，并實現(xiàn)虛擬系統(tǒng)中的相關演示與操作，最終達到仿真的預期功效。系統(tǒng)開發(fā)必須最終保證這些基本流程能夠完整實現(xiàn)。然后是系統(tǒng)開發(fā)方面，主要分為拆裝運動仿真模塊和任意零部件剖切功能的實現(xiàn)。合理的以這兩個方面為關鍵點為主導就是整個仿真系統(tǒng)的主體功能實現(xiàn)，解決這兩個模塊功能的技術難題并使之相應功能實現(xiàn)就是整個系統(tǒng)開發(fā)的要點。

3關于數(shù)控加工中心仿真系統(tǒng)的開發(fā)

3.1仿真系統(tǒng)的總體設計方案

對于仿真系統(tǒng)的開發(fā)，在當前能使用的平臺很多，選擇合適的且自身使用操作最為熟悉的才能更好的幫助完成設計開發(fā)。隨后，在系統(tǒng)功能的設計方面，主要可分為結構觀察、運動編輯以及運動操作等主要功能模塊進行設計規(guī)劃，目的就是為了達到在仿真系統(tǒng)中有一個實際操作的功效體現(xiàn)。而在仿真系統(tǒng)的整體架構設計方面，主要就是基本確定一個系統(tǒng)的大致框架，在開發(fā)時就需要按照框架來進行實施，使得最終的仿真系統(tǒng)能夠達到預期的效果和作用。數(shù)控加工模型是整個仿真系統(tǒng)的核心也是操作實施的基礎，模型的實用性將更有利于仿真系統(tǒng)達到相應的預期效果。數(shù)據(jù)層起到組織和管理作用，串聯(lián)起各個功能模塊，應用層的核心觀念是“分而治之”，建立起相互獨立的子模塊，更有利于后期的維護更新。

3.2虛擬數(shù)控系統(tǒng)中的相應技術

在程序編譯模塊可以使用由NC編輯器、NC檢查器以及NC翻譯器組成。這其中，編輯器的主要作用就是對于數(shù)控文件進行讀寫。檢查器其實就是對使用者所使用的代碼和語法進行一個系統(tǒng)的檢查，畢竟涉及編寫的代碼量還是非常多的，良好有效的檢查就能更快的發(fā)現(xiàn)代碼中的錯，并將其反饋出來。編譯器則是將驗證通過的代碼進行進一步的掃描確認，最終發(fā)現(xiàn)沒有錯誤后才能夠進行生成系統(tǒng)認知代碼的操作。還有就是將仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡技術的相互結合。在通信網(wǎng)絡模塊完全可以使用TCP協(xié)議來建立起服務器，通過一個動態(tài)加載WinSock技術進行實現(xiàn)數(shù)控機組與仿真系統(tǒng)的連接，從而良好的解決了數(shù)據(jù)共享的問題。

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VERICUT是美國CGTECH公司開發(fā)的一種運行于Windows或UNIX系統(tǒng)的計算機上先進的專用數(shù)控加工仿真軟件，用于制造業(yè)CNC數(shù)控機床加工仿真和優(yōu)化。該軟件取代了傳統(tǒng)的切削實驗部件方式，通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準確性，來幫助用戶清除編程錯誤和改進切削效率[1]。VERICT的如下6個模塊能滿足工廠目前各項要求：

（1）驗證模塊

驗證模塊具有仿真和驗證三軸銑床和兩軸車床所需的所有功能?？梢栽賄ERICUT中定義毛坯模型或者從CAD系統(tǒng)輸入毛坯模型，還可以仿真多個同步運動的刀具。

（2）優(yōu)化模塊

優(yōu)化模塊基于切削條件和需切削材料量自動修正進給率。優(yōu)化模塊可以讀入刀具路徑文件，可以根據(jù)每部分切削材料量的不同，選中符合切削條件的指定最佳進給率。

（3）機床仿真模塊

機床仿真模塊可幫助用戶完成整個CNC機床的真實三維仿真，就如同實際生產(chǎn)一樣，同時它還具有最精準的碰撞檢測功能。該軟件會檢測所有機床零件，并模擬運動得出零件間的碰撞和接近碰撞的情況。

（4）多軸模塊

隨著零件和機加工操作變得越來越復雜，出現(xiàn)錯誤的機會也會隨之增加。設計加工工序時，用戶不會拿刀具路徑的精度、零件質(zhì)量和機床及機械工人的安全去冒險。多軸模塊可以仿真和驗證4軸和5軸銑和磨削加工的過程。

（5）自動比較模塊

而自動比較模塊可以把一個表面、一組表面或一個實體模型的外殼與仿真加工后的零件進行比較，通過指定兩實體模型的重合比較，可以容易地辨別出擦傷、碰撞或殘余的材料，這是檢驗仿真加工件是否符合設計的一種新的手段。

（6）接口模塊

該軟件可以從UG、CATIA、Pro/E等所有主流三維建模軟件的加工模塊里直接調(diào)用該軟件進行仿真和優(yōu)化。

1、VERICUT軟件的應用過程

VERICUT軟件在的應用過程分為三部分。

1.1、機床基本組件的創(chuàng)建

在VERICUT上建立仿真系統(tǒng)必須構建數(shù)控機床組件的實體模型[2]。為了實現(xiàn)對于復雜輪廓曲線的磨削加工，該仿真過程擬創(chuàng)建三軸聯(lián)動數(shù)控磨床模型。要在VERICUT環(huán)境中創(chuàng)建磨削機構模型，首先要建立坐標系以及各軸之間的相互關系，然后將各個組件關聯(lián)到各坐標軸上。

（1）建立機床坐標系

首先打開VERICUT軟件，單擊組件樹 按鈕，彈出部件樹對話框，如圖1所示。

選擇Base并在對話框的工具欄單擊上工具菜單中的"添附"選項，可以選擇添附各運動軸，添附的組件過程如圖2所示。

通過組件樹菜單，可以確立個部件之間的運動關系。最終建立如圖3所示的組件樹結構。通過部件樹對話框可以確立各部件之間的依附和運動關系，實現(xiàn)、三軸聯(lián)動，完成對砂輪進給和擺動的控制。

（2）創(chuàng)建磨床的實體模型

在該系統(tǒng)中，可以通過UG、Pro/E等三維軟件建立機床幾何模型，并導出為STL格式，然后通過VERICUT提供的圖形轉(zhuǎn)換輸入接口導入到機床仿真系統(tǒng)中，如圖4所示，通過UG建立實體模型，等待調(diào)用。

圖4 創(chuàng)建組件實體模型

本文采用了滑塊來實現(xiàn)X、Y方向上的運動，采用了圓盤模型來實現(xiàn)C軸方向的轉(zhuǎn)動。然后依次將各實體模型添附到各坐標軸上，機床模型如圖5所示。分別包括了底座、夾具、X軸方向滑塊、Y方向滑塊、C軸關聯(lián)轉(zhuǎn)盤、以及一個毛坯組件等模型

（3）創(chuàng)建磨削刀具

因為創(chuàng)建的磨削機床機構類似于車削機床的模型，只是加工刀具與數(shù)控車床的車刀不同。因此只要根據(jù)砂輪的尺寸外形，做出類似于車刀的一個刀具模型，在仿真過程中，給砂輪一個角速度，砂輪模型就能旋轉(zhuǎn)生成一個圓盤狀的砂輪，并能很好的完成仿真運動。

按照按圖6所示的尺寸關系建立砂輪界面輪廓。

1.2、仿真數(shù)控代碼的加載

在VERICUT仿真軟件中，刀具軌跡文件通常劃分為兩種類型：APT-CLS刀具軌跡文件和G代碼刀具軌跡文件。APT-CLS刀具軌跡文件的后綴名為tp，通過后置處理轉(zhuǎn)化成一個包含所使用數(shù)控機床特定G代碼格式的文件。

在VERICT仿真環(huán)境中添加我們所生成的控制刀具軌跡的G代碼文件，在菜單中選擇"數(shù)控程序"選項，彈出如圖7所示對話框，在對話框中，首先選定數(shù)控程序類型為"G-代碼數(shù)據(jù)"類型，再單擊添加，選擇通過區(qū)間均勻接觸磨削軟件所生成的G代碼文件，文件格式為mcd。

1.3、機床控制系統(tǒng)的設置

設置好數(shù)控機床的組成、結構以及數(shù)控代碼后，還需給給機床配置數(shù)字控制系統(tǒng)，使機床具有解讀數(shù)控代碼、插補運算等功能。VERICUT軟件提供自帶FANUC、SIEMENS、PHILIPS等多種控制文件的控制系統(tǒng)庫，文件擴展名為ctl。本設計選用軟件自帶的三軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)進行仿真實現(xiàn)，如圖8所示。

2、結論

根據(jù)上文建立的VERICUT仿真系統(tǒng)，進入仿真磨削環(huán)境，調(diào)入相應的刀具文件、毛坯模型、數(shù)控代碼，創(chuàng)建仿真環(huán)境如圖9所示。設置好各種加工參數(shù)后，輸入加工G代碼，單擊開始，即可開始磨削加工的仿真。磨削后的毛坯形狀如圖10所示。

在磨削加工完成以上實例中的毛坯后，利用VERICUT軟件自帶的測量工具，測量仿真加工后的工件的實際尺寸，并且與理論數(shù)據(jù)相對比，結果如表1所示。

由以上表格中數(shù)據(jù)可以看到按照實例加工出的模型其最大誤差為0.0024mm，基本滿足了設計需求，通過VERICUT軟件，建立了相應的機床實體模型、刀具模型，并加載了工件加工數(shù)控代碼，通過磨削仿真試驗可以驗證數(shù)控加工代碼的正確性，為節(jié)約了大量的時間和資金，這對實際生產(chǎn)具有重要意義。

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隨著計算機網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，利用計算機模擬現(xiàn)實生活中的三維物體已經(jīng)變得極為容易。工程師們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，利用仿真系統(tǒng)設計出更為新穎的三維造型。將三維仿真系統(tǒng)和數(shù)控加工機床結合，可以實現(xiàn)輕松模擬出機床的工作環(huán)境以及工作狀態(tài)。

1 仿真系統(tǒng)的特點以及OpenOL輔助工具概述

1.1 三維仿真系統(tǒng)特點

在實際工作中，數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)主要以windows計算機系統(tǒng)為研發(fā)基礎，以Visual Basic6或者Visual C++為開發(fā)平臺，同時加入OpenGL輔助工具進行輔助。仿真系統(tǒng)的主要特點是將傳統(tǒng)的仿真模擬技術與實際工作中的工作狀態(tài)相結合，達成"現(xiàn)實和虛擬"相結合的根本目標。其主要工作形式是，工作人員在電腦上利用軟件進行模擬操作，這時電腦就會顯示出工作人員對零件的加工過程，操作完成之后，工作人員可將模擬的過程通過網(wǎng)絡發(fā)送到制造部門，從而實現(xiàn)設計-制造一體化的過程。

1.2 OpenOL輔助工具概述

OpenGL（Open Graphics Library）輔助工具是一種圖形開發(fā)軟件，此軟件是又美國一家圖像軟件公司設計而成。該軟件能夠和國內(nèi)計算機的windows操作系統(tǒng)兼容，能夠讓用戶在計算機上輕松實現(xiàn)三維圖形模擬工作。

2 仿真系統(tǒng)的構成

2.1 仿真系統(tǒng)的總體結構

三維仿真系統(tǒng)的總體結構由用戶控制面板、公共操作界面、車削界面、鉆床界面、銑削界面以及程序編輯界面組成。除了上述主界面之外，還包括NC程序檢查與解釋模塊、仿真計算機模塊、仿真計算機顯示模塊組成。

一般來講，數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)的用戶界面都采用C++的動態(tài)窗口，這種窗口方便使用者的日常操作以及數(shù)據(jù)創(chuàng)建。用戶主界面還包括操作、仿真以及預留三個動態(tài)窗口，這些窗口都可以為使用者提供相應的幫助。

三維仿真系統(tǒng)的操作界面是基于C++語言開發(fā)的，這會在用戶界面上出現(xiàn)很多組合框或者代碼編輯器窗口。結合上文的總體結構來看，公共窗口可以為使用者提供車削、鉆銑等功能，該窗口主要由材料組合框、視覺編輯框、顏色選擇框等組合框組成。同時仿真系統(tǒng)還為使用者提供了代碼編輯器，代碼編輯器主要是滿足不同使用者的使用需求創(chuàng)設的，使用者可以使用相關計算機語言手動編輯代碼，編輯完成之后，仿真系統(tǒng)就可以根據(jù)代碼指令進行仿真模擬。

3 數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)功能開發(fā)

3.1 數(shù)控車削三維仿真控制功能

數(shù)控車削三維控制仿真系統(tǒng)的控制功能主要包含兩個大的方面，一是用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適的道具類型；二是用戶可以根據(jù)想要加工的零件種類，選擇合適的刀具參數(shù)。例如：用戶在進行模擬之前，可以在界面上先選擇"刀庫"按鈕，刀庫中有各種類型的刀具，同時該系統(tǒng)還可以將用戶選擇的刀具進行編號，以方便后續(xù)的模擬過程；用戶還可以刪除或者重選刀具，還可以對剛才有順序的刀具進行重新編號；之后用戶就可以打開車削界面，選擇自己要操作的項目，并選擇相對應的代碼編輯文件，這就可以實現(xiàn)零件的仿真模擬過程。

3.2 數(shù)控車削三維仿真程序地設計

三維仿真系統(tǒng)的程序設計主要包含兩個方面的內(nèi)容：一是程序設計應滿足所加工零件的基本信息狀況；二是應如何快速實現(xiàn)刀具地選擇以及相關參數(shù)地確定。為了滿足當前豐富多樣的零件種類，同時還能讓仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信息、數(shù)據(jù)管理，可以事先將零件按照不同形狀進行分類。例如：對于球面類型的零件，只要確定零件的半徑并求出新坐標、球面開始以及結束的位置坐標，即可以完成零件的加工過程；對于螺旋類型的零件，先要確定零件的長度和零件兩端圓的內(nèi)、外徑、零件的牙型半角一端的坐標位置，就可以對零件進行模擬加工。

在進行程序設計時還應注意刀具的切削位置，設計者應根據(jù)刀具的類型確定刀具的切削位置，同時還應該判斷出刀具的切削位置是零件哪一個位置。在仿真模擬的過程中，可使用OpenGL輔助工具將模擬的過程表示出來。

4 三維仿真系統(tǒng)各模塊功能簡介

4.1 控制模塊功能簡介

在開發(fā)數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)時，控制模塊應是設計者應該需要注意的首要問題?？刂颇K是人機對話的一個平臺，既要保證系統(tǒng)能高效的完成使用者所布置的任務，還要保證控制界面簡潔易懂。例如：操作主界面可以分為仿真模擬演示界面、刀具類型以及參數(shù)選擇界面、代碼編輯界面。其中設計者可以將仿真模擬界面進行精心設計，這樣有利于使用者從多個方面觀察零件的加工過程，還能從多個角度對零件的加工軌跡進行控制。

4.2 程序編譯模塊功能簡介

程序編譯模塊由NC編輯器、NC檢查器和NC翻譯器組成。編輯器的主要作用是對數(shù)控文件進行讀取和修改；檢查器即是對使用者所使用的代碼、語法進行檢查并將錯誤的代碼反饋給使用者；編譯器即是將驗證通過代碼進行進一步地掃描，在掃描無誤后方可生成系統(tǒng)認知的代碼。

4.3 通信網(wǎng)絡信息模塊功能簡介

隨著網(wǎng)絡技術和計算機技術的快速發(fā)展，將仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡技術相結合已經(jīng)成為現(xiàn)實。通信網(wǎng)絡模塊主要使用TCP協(xié)議建立服務器，并通過動態(tài)加載WinSock技術實現(xiàn)數(shù)控機組和仿真系統(tǒng)地連接，從根本上實現(xiàn)了相關數(shù)據(jù)地共享。使用通信網(wǎng)絡模塊也有助于提高高校相關專業(yè)的教學效率。

5 結束語

總而言之，數(shù)控加工三位仿真系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)階段的數(shù)控過程以及工作狀態(tài)進行模擬，并通過OpenGL輔助工具模擬出車床、銑床、鉆床實際的工作狀態(tài)、工作參數(shù)以及機器性能。將原來抽象的工作形式變得更加真實，能夠讓更多局外人理解零件加工的過程，同時在數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡，能進一步提高仿真系統(tǒng)的實用性。這種仿真系統(tǒng)不僅能夠讓工作效率更為高效，還能提高相關專業(yè)教師的教學效率。

參考文獻

[1]劉景能，蒙艷枚.實時數(shù)控系統(tǒng)三維加工仿真的研究與實現(xiàn)[J].機床電器，20O7（4）.

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中圖分類號:G43文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1120191-01

實習教學是職業(yè)教育的主要內(nèi)容,它體現(xiàn)學生對所學專業(yè)的技能訓練掌握的程度,技能在職業(yè)學校教育中起主導作用,隨著數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的越來越完善,在數(shù)控技術實習教學中也發(fā)揮著越來越重要的作用。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是結合機床廠家實際加工制造經(jīng)驗與高校(含職業(yè)技術學院、中等專業(yè)學校、技工學校和職業(yè)學校)教學訓

練一體所開發(fā)的一種機床控制虛擬仿真系統(tǒng)軟件,可以滿足大批量學生教學需求。

一、計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的概念

計算機仿真就是借助計算機,利用系統(tǒng)模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究的過程,分析復雜的動態(tài)對象,仿真是一種有效的方法,可以減少風險,縮短設計和制造的周期,并節(jié)約投資。數(shù)控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程,是驗證數(shù)控加工程序的可靠性和預測切削過程的有力工具,以減少工件的試切,提高生產(chǎn)效率。它隨著計算機技術的發(fā)展而迅速地發(fā)展,在仿真中占有越來越重要的地位。

二、計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的產(chǎn)生

數(shù)控機床加工零件是靠數(shù)控指令和程序控制完成的。為確保數(shù)控程序的正確性,防止加工過程中干涉和碰撞的發(fā)生,在實際生產(chǎn)中,常采用試切的方法進行檢驗,但這種方法費工費料,代價昂貴,使生產(chǎn)成本上升,增加了產(chǎn)品加工時間和生產(chǎn)周期。后來又采用軌跡顯示法,即以劃針或筆代替刀具,以著色板或紙代替工件來仿真刀具運動軌跡的二維圖形,有相當大的局限性。對于工件的三維和多維加工,也有用易切削的材料代替工件(如,石蠟、木料、改性樹脂和塑料等)來檢驗加工的切削軌跡。但是,試切要占用數(shù)控機床和加工現(xiàn)場。為此,這些方法都存在弊端,將其不斷發(fā)展和完善,逐步找到一種能逐步代替試切的計算機仿真方法,并在試切環(huán)境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進展,于是計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的出現(xiàn)成為必然。

三、計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

數(shù)控機床的切削加工過程仿真屬于幾何仿真,既不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響,只對機床操作全過程和加工運行全環(huán)境的仿真,以驗證程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯誤而導致的機床損傷、夾具

破壞或刀具折斷、零件報廢等問題;同時可以減少從產(chǎn)品設計到制造的時間,降低生產(chǎn)成本。

四、計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在數(shù)控實習教學中的應用

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)已經(jīng)成為國家職業(yè)資格鑒定考試中不可或缺的一部分,從中也可看出仿真系統(tǒng)在數(shù)控實習教學中的重要性和普遍性。

1.仿真系統(tǒng)界面完全模擬真實數(shù)控機床的控制面板和顯示屏幕,真正實現(xiàn)虛擬狀態(tài)下的真實場景。學生利用該仿真系統(tǒng)進行模擬真實機床的操作,同樣會達到操作真實設備和代替實物操作訓練的目的,并且安全可靠。由于大部分的實訓活動可以在仿真系統(tǒng)中實現(xiàn),使用仿真軟件將大大減少在數(shù)控機床設備上的資金投入,從而可以加快當前緊缺數(shù)控加工操作技術人員的培訓速度,也大大減少工件材料和能源的消耗,從而可以降低培訓成本。同時,具備多媒體教學特點的動態(tài)仿真操作使教學形象生動、內(nèi)容流暢易懂?；咏虒W功能使得教師既可以以廣播的方式在每個學生的屏幕上演示其教學內(nèi)容。教師也可以在自己屏幕上看到每個學生的操作情況,實時了解教學情況。

2.學生可以直觀地觀看工件的仿真加工過程,熟練掌握機床的操作步驟和加工流程,并能夠?qū)崿F(xiàn)直接測量和檢驗加工后的工件,完全實現(xiàn)了真實加工再現(xiàn)。

首先,在仿真系統(tǒng)上,可以實現(xiàn)機床的選擇、刀具的安裝、切削用量的確定及對刀等一系列操作,具備圖形模擬演示功能,可以直觀地觀察刀具和工件的相對運動和加工情況。

同時,在機床運行和加工過程中,能夠及時提供程序錯誤或超行程等報警信息,教師或?qū)W生能夠根據(jù)報警信息進行分析,從而發(fā)現(xiàn)故障原因和作出相應的解決措施。

3.計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)提供了一個采用虛擬機床替代真實機床進行實習訓練的平臺,在降低費用的同時保證實習效果,既講經(jīng)濟又求實效。

總之,數(shù)控技術專業(yè)職業(yè)能力的培養(yǎng),要求學生必須進行大量的動手操作訓練,而數(shù)控設備價格相對昂貴,受資金等各方面條件制約,大部分職業(yè)院校很難真正做到滿足實踐教學的要求。在教學中引入數(shù)控加工仿真技術,為解決此類問題開辟了一條蹊徑。

參考文獻:

[1]宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)說明書.

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隨著計算機的發(fā)展，使機械制造成為一個跨越機械、計算機、控制、管理的綜合技術應用學科，數(shù)控加工技術專業(yè)也隨之產(chǎn)生，而傳統(tǒng)教育方式早已滿足不了其教學要求。為了提高教學效率和所培養(yǎng)學生的適用性，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的出現(xiàn)，很好的解決了以上問題，其不僅能滿足學生的感觀要求，又能解決數(shù)控設備、場地的需求，并能減少材料和能源的消耗。我們學校選擇了上海宇龍公司數(shù)控加工仿真系統(tǒng)（以下簡稱仿真軟件）的教學軟件。該軟件具有多系統(tǒng)、多機床的加工仿真模擬功能。我結合自己的這幾年教學實踐談談如何在數(shù)控教學當中充分利用好數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。

一、把數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應用到數(shù)控理論教學當中

理論是深入學習數(shù)控編程的基礎，數(shù)控作為一項技術很強的學科，也是比較抽象的學科，要使學生良好的掌握數(shù)控的基本理論和編程的技巧，其教學不能像傳統(tǒng)教學模式一樣。從我教授數(shù)控編程這門課程到現(xiàn)在，每一屆學生剛接觸數(shù)控都認為數(shù)控非常神秘，就只是聽說過，都沒有感性的認識，課上在當我講編程指令運行時，刀具怎樣運動，指令如何起作用，更是讓許多學生不知所云，像聽天書一樣，這種狀態(tài)如果在短期內(nèi)得不到改善，學生的興趣和積極性就會隨之減退，從而影響學生的學習和教學效果。所以我在教學過程中一開始會帶領學生去參觀學校實習工廠的數(shù)控設備，簡單的介紹其名稱、功能、結構，讓學生有感性的認識。講編程時利用仿真軟件為學生演示指令動作各個過程及零件加工過程，讓學生很直觀的看到機床的運動和指令的執(zhí)行，充分理解指令的運動過程，達到教學的目的。后期隨著課程的進行，慢慢的建立起對數(shù)控編程的理解。比如講到圓弧粗車時，不管你怎么畫圖、寫程序，學生聽的效果都不是太好，而使用仿真軟件，把程序編好，一邊單步執(zhí)行，一邊講解，就能很好的表現(xiàn)其加工過程。還有像循環(huán)指令G90，G71等，其走刀路線復雜，參數(shù)多，難理解，如果單獨講解是不能很好的呈現(xiàn)的，使用仿真軟件，可以一步一動作，對照坐標的變化，講解參數(shù)的設置及走刀路線，會很清晰的讓學生理解指令的功能。那仿真軟件作為一種圖文并茂的教學手段是一種不可缺少的教學資源，在教學中起到了教與學的橋梁作用。

二、把數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應用到數(shù)控實習教學當中

沒有使用仿真軟件之前，學生實習時老師基本上每一個人單獨指導，學生熟悉面板，按鍵和簡單操作要花費大量時間，使老師過于疲勞，學生也十分緊張。而當老師演示操作過程時，由于機床空間有限，大部分學生是看不到的，只能聽老師口述，效果相當不好，有了仿真軟件則可以模擬現(xiàn)場環(huán)境，把實習很難演示、教師口頭很難講授的內(nèi)容清晰地演示出來，因此在機床操作之前在仿真軟件上練習是一種有效的途徑。學生也可以通過軟件自我進行各種內(nèi)容、各種形式的仿真練習，能夠滿足不同類型學生的不同學習要求。一般我會把當天要實習的內(nèi)容先在仿真軟件上操作一遍，講解操作要領和注意事項，讓每個學生都能清楚的看到。然后在讓學生在仿真軟件上多次重復的練習，如有問題我會及時解決，直到學生熟練掌握操作過程。之后再到機床上加工。這樣不但減少了前期的時間浪費，還消除了一定的安全隱患，而在軟件上我們可以重復加工，反復訓練而沒有機床的磨損，刀具、材料、能源的消耗。在數(shù)控實習教學中應用數(shù)控軟件仿真系統(tǒng)，會對整個實習過程起到積極的作用，解決數(shù)控設備少，學生多的矛盾，因而仿真軟件在我們學校中得到了廣泛的應用。

三、數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)對學生的負面影響及解決方法

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中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）05-0270-02

0 引言

目前在機械制造行業(yè)中越來越多的應用到了數(shù)控加工，自然對此類人才的需求也就與日俱增了。但因為數(shù)控設備的價格很昂貴，很難做到每個學生都有足夠的操作數(shù)控機床的時間，并且如果學生操作失誤，很容易造成數(shù)控設備的損壞，既占用了設備加工時間，又增大了風險。因此，如何增加學生的實踐操作機會，提高學生的實踐動手能力，培養(yǎng)出更多的相關專業(yè)人才，就成為擺在廣大職業(yè)院校的一道難題。各高職院校必須重視這一問題，探索出一套適合自己現(xiàn)狀的教學方法和教學模式。數(shù)控仿真系統(tǒng)的應用可以有效的解決學生缺乏實踐操作機會的問題，因為該系統(tǒng)可以通過進行數(shù)控加工全過程的演示，比如數(shù)控加工程序的編制、虛擬仿真數(shù)控機床的操作、工件加工和測量等，讓學生了解和掌握到數(shù)控機床的各項程序指令和基本操作方法，為今后的實際操作打下良好的基礎。

分析數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床編程與操作實訓教學中的應用可以發(fā)現(xiàn)，它作為前期的輔助教學手段已經(jīng)成為了一種最安全有效的教學方法和教學途徑。

1 數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床編程與操作實訓教學中的應用

1.1 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以提高教學效率、節(jié)約成本。數(shù)控設備價格昂貴，數(shù)量有限。數(shù)控仿真系統(tǒng)通過計算機大量配置終端，徹底解決了數(shù)控機床數(shù)量不足的難題。同時數(shù)控仿真系統(tǒng)不存在安全問題，若操作失誤，系統(tǒng)會及時報警，并不會出現(xiàn)安全事故。不僅鞏固了學生的操作能力，讓學生有更多的實踐學習機會，也在很大程度上節(jié)約了教學成本，是數(shù)控機床編程與操作實訓教學前期良好的輔助教學手段。

1.2 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以減少教師的工作量，提高教學質(zhì)量。傳統(tǒng)教學中，數(shù)控程序批閱的工作量非常大而且繁瑣。應用數(shù)控仿真系統(tǒng)，學生程序出現(xiàn)小的失誤，數(shù)控仿真系統(tǒng)會及時報警，幫助學生改正編程過程中的錯誤。數(shù)控仿真系統(tǒng)自帶的考試功能能夠自動記錄學生操作過程的失誤，自動評分，極大的減少了教師工作量，提高教學質(zhì)量。

1.3 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以提高學生的學習積極性。數(shù)控機床編程與操作實訓是理論和實踐相結合的課程，按照傳統(tǒng)的方法在課堂上講授編程指令，學生很難理解這些指令的內(nèi)涵以及與實際應用之間的關系，學生會感覺空洞、枯燥、提不起興趣，而利用數(shù)控仿真系統(tǒng)進行多媒體教學，直觀地向?qū)W生展示編程指令的實際加工應用，學生可以將所學的指令在數(shù)控仿真系統(tǒng)上進行模擬加工，發(fā)現(xiàn)編程過程中出現(xiàn)的錯誤，教師針對學生的錯誤及時進行講解，讓編程指令變得具體、形象，增強了學生的學習積極性。

1.4 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以增強學生動手操作能力。教師把數(shù)控機床操作的課程安排在實訓車間來講授，其一受數(shù)控機床數(shù)量的限制，學生自己動手操作的時間不足；其二學生操作一旦出現(xiàn)失誤，輕則造成刀具或者機床的損壞，重則造成安全事故的發(fā)生。因此在進行數(shù)控機床實際操作之前，應先利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，增強學生的動手操作能力。數(shù)控仿真系統(tǒng)采用的操作面板和按鍵功能與實際的數(shù)控機床完全相同，學生可以在數(shù)控仿真系統(tǒng)上自己動手操作機床來加深理解。即使操作過程中有失誤的地方，仿真系統(tǒng)也只是及時出現(xiàn)報警提示，而不會造成安全事故的發(fā)生，這樣學生就可以放心大膽地進行各種操作練習，從而增強了學生的動手操作能力。經(jīng)過了大量的數(shù)控仿真系統(tǒng)的操作練習，再到數(shù)控機床進行實際操作，就會避免安全事故的發(fā)生。

1.5 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。學生在學習數(shù)控編程時，如果不利用數(shù)控仿真系統(tǒng)進行驗證，很難發(fā)現(xiàn)編程過程中出現(xiàn)的小的失誤。利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，即使再小的錯誤，如數(shù)字0輸成字母O，坐標值掉了小數(shù)點，字母Z輸成數(shù)字2等等，數(shù)控系統(tǒng)都會及時報警，程序無法運行。因此要在數(shù)控仿真系統(tǒng)上正確的運行程序，必須保證輸入的程序是正確無誤，這就培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。數(shù)控程序沒有60分、90分，只有0分和100分。

1.6 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡教學和遠程培訓。隨著社會對技能人才的大量需求，職業(yè)院校還應擔負起社會勞動力的培訓任務，利用數(shù)控仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡搭建的平臺，進行遠程教育將成為一種新的教育教學模式，它打破了地域和時間的限制，擴大培訓人員的數(shù)量，縮短了培訓的周期。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)應用中的注意事項

2.1 數(shù)控仿真系統(tǒng)只能檢查程序的對錯，無法檢查程序的好壞。數(shù)控仿真系統(tǒng)對數(shù)控程序編寫技巧、加工工藝安排無法檢查。教師應在課堂上重點講解這些問題，學生應結合所掌握的加工方法，進行加工工藝安排，然后在數(shù)控仿真系統(tǒng)上進行模擬練習。

2.2 數(shù)控仿真系統(tǒng)只能完成加工過程，不能檢查加工質(zhì)量。數(shù)控仿真系統(tǒng)在切削速度、進給量、吃刀量等對加工質(zhì)量的影響無法體現(xiàn)，實際加工中的刀具磨損在數(shù)控仿真系統(tǒng)里也不存在。在數(shù)控仿真系統(tǒng)里，只要程序是正確的，加工完成后的尺寸就是絲毫不差的。但是在實際操作中，刀具磨損、各種加工參數(shù)的設置都會影響最終的加工結果。數(shù)控仿真系統(tǒng)的使用，會在一定程度上讓學生放松對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的認識。因此數(shù)控仿真系統(tǒng)只能用于數(shù)控機床編程與操作實訓教學前期輔助教學，不能完全拋開實際機床的實習內(nèi)容，后期還要安排適當?shù)膶嵙晻r間，通過實際操作來糾正以上不足。

綜上所述，數(shù)控仿真系統(tǒng)盡管畢竟和實際機床還是有很多區(qū)別，無法真正替代實際機床，但是數(shù)控仿真系統(tǒng)減少了資金投入，充分利用有限資源，提高了學生的學習興趣，調(diào)動了學生的學習積極性，減輕了老師的工作量，對于學生動手操作機床的能力培養(yǎng)，也起到了提高和增強的

作用。

參考文獻：

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中圖分類號：H319 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）18-0227-01

主要內(nèi)容：

工業(yè)化和自動化已經(jīng)成為制造生產(chǎn)領域的發(fā)展主題，隨著智能加工理念和自動化加工需求的不斷深化，以數(shù)控機床為代表的新一代自動加工設備開始在制造業(yè)中普及開來。我們可以看到數(shù)控機床在集成了柔性加工、多維加工、曲面加工和多軸聯(lián)動等最新加工技術的同時，還兼容了數(shù)字編程和輔助設計等功能，這使得每一個數(shù)控機床都能成為一個不同規(guī)模的加工中心，滿足不同的加工需求。但是正是由于數(shù)控機床的功能多樣性，使得數(shù)控機床的操作要求十分嚴格，操作者不僅需要具備扎實的機械加工基礎知識和操作技能，還需要對數(shù)控編程技巧、數(shù)控加工技術原理和加工工藝制定等具備一定的知識儲備，這就對當前的數(shù)控機床操作人才的培訓模式提出了很高的要求，如何進一步強化數(shù)控機床操作人才培訓的有效性和成材率，這將是本文要集中探討的話題。

一、數(shù)控仿真軟件概述

從技術層面來看，數(shù)控仿真軟件集成了虛擬現(xiàn)實技術和計算機圖形學技術，并且能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實的數(shù)控機床操作試練。虛擬現(xiàn)實技術通過量化實際系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)環(huán)境、聲光電等現(xiàn)象，能夠真實的還原系統(tǒng)操作環(huán)境，給與操作者以極高的真實體驗；可以對設備進行操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實驗過程、施工圖過程、供應過程等活動的各種技術參數(shù)的動態(tài)值，從而確認現(xiàn)實系統(tǒng)是否有能力完成預定的任務和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運動過程的缺陷和問題，予以改進。

目前來看，數(shù)控仿真軟件主要包括了兩種，一種是模擬數(shù)控機床加工環(huán)境和加工過程的虛擬數(shù)控機床仿真軟件，另一種就是以零件設計和加工程序為主線的CAD/CAM一體化軟件。數(shù)控機床仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉數(shù)控機床的結構組成、工作流程和操作要領，通過外接數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)Ξ斍爸饕臄?shù)控機床進行針對性培訓，效果十分突出；零件加工仿真軟件則將重心主要集中在零部件設計、零部件加工工藝設置、數(shù)控加工程序編制等環(huán)節(jié)上，目前常見的零部件仿真軟件主要有solid edge、Pro/engineer、MasterCAM、Solidworks、CAXA等，這些仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉機械加工過程，培養(yǎng)機械專業(yè)技能。

二、數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床教學實踐中的應用

在目前的數(shù)控機床操作人才培訓中，主要也是針對上述兩種仿真軟件形式，進行針對性極強的教學實踐培訓，詳細應用內(nèi)容如下所述：

1）數(shù)控機床仿真軟件在數(shù)控機床實踐教學中的應用

數(shù)控機床仿真軟件是基于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)平臺而搭建起來的操作系統(tǒng)，它可以在虛擬現(xiàn)實數(shù)控機床數(shù)據(jù)庫的支持下，完美的再現(xiàn)當前主要數(shù)控機床的結構組成和工作環(huán)境，在數(shù)控機床的教學實踐過程中，首要科目是要熟悉數(shù)控機床的結構組成，受到經(jīng)濟條件的限制，多數(shù)數(shù)控機床加工學校很難對當前的各種類型的數(shù)控機床進行現(xiàn)場拆裝，數(shù)控機床仿真軟件中的模塊分解過程能夠?qū)崿F(xiàn)全息裝配過程，仿照真實數(shù)控機床零部件尺寸，進行的實際工業(yè)化裝配流程的演練，能夠進一步加深學生對于數(shù)控機床的進給系統(tǒng)、多軸聯(lián)動系統(tǒng)、曲面加工系統(tǒng)的空間形象的理解；其次是典型加工工藝的教學實踐，數(shù)控機床仿真軟件能夠?qū)ぜ叨ㄎ弧⒐ぜb夾、夾具工作原理、壓板安裝流程、加工基準對刀原則、刀具安裝和選用規(guī)范、機床手動操作和自動操作指令條碼等，進行逐一的繁復講解，而且允許學生在課后進行溫習和嘗試；再者是完善的圖形數(shù)據(jù)和加工標準數(shù)據(jù)庫資料，使得學生可以在仿真軟件自帶的典型數(shù)控機床編程程序的指導下，進行實際編程，并且在虛擬加工平臺上，對自定義的工件進行工藝設定，并且檢查加工工件的尺寸誤差和質(zhì)量達標情況；該仿真軟件系統(tǒng)結合自動化考核系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)教學、實踐和考核一體化的培訓模式。

2）零部件加工仿真軟件的教學實踐應用

熟知零部件的造型原理和加工工藝流程是保證數(shù)控機床操作者能夠進行復雜加工過程的技術基礎，零部件加工仿真軟件為學習者提供了一個高仿真度的零部件數(shù)模設計，包括了曲面造型設計和參數(shù)化設計這兩種主要的形式，對于簡單曲面造型和復雜曲面的造型原理都能有一個清晰的理解過程；其次是對零部件加工工藝的熟悉過程，工件加工的第一道工序是要進行基準對刀，不同的零件對刀的原則和位置選擇都大相徑庭，比如軸對稱零部件、桿件、板件、螺旋件以及內(nèi)內(nèi)孔加工等等，這都需要學生們在平時的學習過程中熟練的分析不同類型零部件的加工工藝選擇準則；再者是對數(shù)控加工刀具的走刀過程和走刀程序進行針對性的講解，這種直觀的培訓模式有助于學生養(yǎng)成數(shù)控加工思維，結合實踐性極強的零部件金工實習，使得學生們在自己動手加工典型零部件時，對于零部件造型保持的關鍵性因素、令不加加工失效的主要原因以及加工過程的重點注意事項都能有一個直觀而且親身經(jīng)歷的過程，經(jīng)過這種培訓模式所培養(yǎng)出來的數(shù)控機床操作人才將兼具專業(yè)知識背景和機床操作技能，能夠適應快節(jié)奏、高技術含量的操作需求。

總結：

隨著自動化技術和機械加工技術的不斷發(fā)展，數(shù)控加工已經(jīng)成為機械加工領域使用最為廣泛的技術形式。數(shù)控機床的使用需要一定的專業(yè)知識背景和操作編程經(jīng)驗，相關操作技術人員已經(jīng)成為當前機械加工市場的稀缺人才。本文概述了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床教學領域的應用現(xiàn)狀，并就完善數(shù)控仿真軟件的教學價值提供了新的思路。

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數(shù)控加工實訓是數(shù)控技術專業(yè)核心教學與訓練項目，是一門主要專業(yè)實踐課。其課程設計以實踐為核心，輔以必要的理論知識，并兼顧培養(yǎng)學生創(chuàng)造思考、問題解決、適應變遷及自我發(fā)展的能力，使學生具有就業(yè)與繼續(xù)進修的需求所需基本知識和技能。在教學安排中，一般先利用仿真軟件進行機床的模擬操作訓練，在學生熟練后再上實際機床進行操作訓練，這樣不僅能降低實訓成本而且能縮短實訓時間，更能提高實訓效率，因此數(shù)控加工仿真實訓的教學對數(shù)控加工實訓教學具有重要的作用。近幾年來，為把數(shù)控專業(yè)辦出特色，加強和提高學生數(shù)控專業(yè)理論知識和操作技能水平，筆者在數(shù)控加工仿真教學與數(shù)控加工實訓教學的教學安排、教學重點、教學內(nèi)容等方面進行了一些探索和實踐。

一、充分認識數(shù)控仿真對數(shù)控加工的輔助作用，正確把握教學重點

目前在有數(shù)控技術專業(yè)的許多職業(yè)院校中，為使學生在數(shù)控加工實訓中較好地掌握數(shù)控操作技能，在課程設置中都有數(shù)控仿真實訓和數(shù)控加工實訓兩門課程。明確數(shù)控仿真實訓和數(shù)控加工實訓的主輔，避免重復教學和訓練，發(fā)揮數(shù)控仿真實訓和數(shù)控加工實訓各自的教學優(yōu)勢，對實現(xiàn)培養(yǎng)數(shù)控技能人才目標是十分重要的。

1.把握仿真實訓和加工實訓的主次，明確數(shù)控實訓教學目標

中職數(shù)控技術專業(yè)培養(yǎng)目標主要是數(shù)控機床操作工，學生技能水平達到國家職業(yè)標準的相關等級要求，并具有相關理論及實踐能力。由于數(shù)控仿真實訓運用仿真軟件在計算機上進行，仿真軟件在工件毛坯選擇、裝夾、測量和工藝參數(shù)設定合理性，以及對刀精度控制等方面與數(shù)控加工實訓的實際加工有較大的差距與不同，也就是說在仿真軟件上完成的課題任務并不能代表在實際加工中就能完成該課題任務，因此數(shù)控仿真實訓不能替代數(shù)控加工實訓。同樣數(shù)控加工實訓教學也不能完全依賴數(shù)控仿真實訓教學，要提高學生數(shù)控操作技能水平，取得技能等級證書，必須加強數(shù)控加工實訓的訓練，數(shù)控仿真只能對數(shù)控加工實訓教學起輔助作用。

2.把握數(shù)控加工實訓教學特點，提高機床使用效率

操作技能掌握和技巧的形成需要大量和反復的訓練。為提高學生數(shù)控機床操作技能水平，強化專業(yè)技能訓練，結合技能掌握、形成和提高的規(guī)律，在數(shù)控加工實訓中有針對性地加大技能訓練量，多完成課題任務。在數(shù)控加工實訓教學中以數(shù)控機床的系統(tǒng)操作、項目工件加工和技術應用及技能訓練為主，減少工藝分析、數(shù)學處理、程序編制占用數(shù)控機床的時間，使數(shù)控機床更多地用在工件的切削加工和精度控制等訓練環(huán)節(jié)。讓學生有更多的時間練習數(shù)控仿真中不能體會和實現(xiàn)的內(nèi)容，如刀具的安裝、工件的測量和裝夾等，體會和學習程序的參數(shù)設定，強化固定的規(guī)范操作，如開機回零、初次輸入的程序需校驗等。

3.發(fā)揮數(shù)控仿真系統(tǒng)優(yōu)勢，輔助數(shù)控加工實訓教學

理論聯(lián)系實際，改進教學方法，提高學生分析和解決問題的能力。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有與數(shù)控機床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，能實現(xiàn)加工模擬演示功能和程序自診斷功能以及快速測量功能。在數(shù)控仿真實訓教學中以工藝分析、數(shù)學處理、程序編制、工件的模擬加工的基本知識和技能應用為主，使學生在操作數(shù)控機床前，能先熟悉機床的結構，了解機床的主要技術參數(shù)、操作系統(tǒng)，掌握控制面板按鈕功能、坐標系設定和選擇等性能，特別是在理解、掌握和運用各指令字進行編程方面，如對半徑補償功能、刀具偏置等模擬演示和訓練，能有效地幫助提高學生提高手工編程的技能和技巧，為數(shù)控加工實訓的開展做好操作理論和技術方面的準備。

二、協(xié)調(diào)課程教學內(nèi)容和模式，實現(xiàn)仿真與加工實訓的對接

在數(shù)控加工實訓中，由于學生的操作熟練性和切削進給速度等因素，往往加工一個課題任務需要一定的課時數(shù)，并且還存在人多機床少的現(xiàn)狀，所以在數(shù)控機床上完成的課題任務并不多，較難達到操作熟練性。為提高實訓教學效率，在有限的課時數(shù)里提高學生操作技能水平，需要在教學中不斷探索和改進。

1.數(shù)控仿真與實訓訓練課題合理穿插，提高教學效率

在數(shù)控仿真教學中安排一定的數(shù)控加工實訓的課題任務，如對數(shù)控加工實訓中單項基本訓練的項目，先在仿真軟件上完成工藝分析、編程和模擬加工，然后再上數(shù)控機床實訓加工。這樣既提高數(shù)控機床實際使用率，又能克服數(shù)控機床程序校驗時只顯示零件的大致輪廓或刀具運動軌跡的不足，保證程序的正確性，同時在仿真和實訓中完成同一課題任務也能體驗和區(qū)分仿真軟件和數(shù)控機床的差異，如切削用量、工件的裝夾等，更為學生課后練習和自學提供幫助。

2.數(shù)控仿真與加工實訓教學內(nèi)容各有側重，保證教學質(zhì)量

由于軟件開發(fā)原因，在數(shù)控仿真軟件中有些指令、操作方法和功能還不能反映和實現(xiàn)，如FANUC系統(tǒng)的直接圖樣編程功能、華中系統(tǒng)的G71有凹槽粗車循環(huán)、用G00和G01切削效果相同等。為避免學生誤解和形成錯誤觀念，除了向?qū)W生說明外，將相關的教學內(nèi)容安排在數(shù)控加工實訓中加以指導和強調(diào)，如進行G71有凹槽粗車循環(huán)指令的編程示范和對學生輸入機床的程序進行切削用量相關參數(shù)的檢查等。同時在用數(shù)控仿真軟件進行課題任務模擬加工中，利用軟件可以高速切削的特點，提高模擬加工切削速度快速驗證對刀、程序等的正確性，增加單位課時的課題任務訓練次數(shù)，提高編程的熟練性和正確性。

3.采用靈活的教學模式，調(diào)動學生積極性

在教學活動中，學生不是被動的受教育者，而是自覺的積極的參加者。在數(shù)控仿真教學中根據(jù)教學內(nèi)容，以專業(yè)知識學習和技能提高為目標，發(fā)揮仿真軟件優(yōu)勢，采用靈活多樣的教學模式，提高教學效果。如利用軟件的“授課”功能，除了教師在每個學生的屏幕上示范講解和演示外，讓部分學生操作演示進行交流機床操作和編程。利用軟件“考試”功能，在教學過程中配合數(shù)控加工實訓適時開展一些競賽，提高操作熟練性和編程正確性。從而督促和鼓勵學生認真學習、獨立訓練，減少抄襲，調(diào)動學生學習積極性和主動性。

4.運用仿真系統(tǒng)優(yōu)勢，聯(lián)系地方經(jīng)濟建設

“以服務為宗旨，以就業(yè)為導向。”職業(yè)教育與地方經(jīng)濟建設是緊密聯(lián)系的。在數(shù)控仿真軟件中提供了較多占主導地位的數(shù)控系統(tǒng)，如德國的SIEMENS、日本的FANUC、廣州數(shù)控GSK和華中數(shù)控等一系列數(shù)控系統(tǒng)，同時還包含了不同刀架位置結構的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、臥式或立式加工中心的可選項目。在數(shù)控仿真教學中，根據(jù)學生學習情況和教學進度，結合地方企業(yè)設備使用的系統(tǒng)情況，選擇1～2個系統(tǒng)進行系統(tǒng)操作和編程的介紹和指導，彌補數(shù)控加工實訓系統(tǒng)單一的不足，以利于學生的發(fā)展和就業(yè)。

三、合理教學安排，提高數(shù)控技能教學效果。

在數(shù)控仿真和數(shù)控加工實訓的教學中，為加強課程間的教學內(nèi)容、教學進度，教學重點和難點的處理等具體問題，發(fā)揮教師的職業(yè)技能和工作積極性，在具體的教學安排中，制訂教學計劃、分配課時數(shù)和調(diào)配教師是十分重要的。

1.科學制訂教學計劃，實現(xiàn)教、學、做合一

在數(shù)控加工實訓教學的單項基本技能、專業(yè)技能和綜合技術應用能力的三個層面的訓練中，考慮在數(shù)控加工實訓的前期，學生進行實際操作前需要具備一定的加工基礎和專業(yè)理論知識，發(fā)揮數(shù)控仿真具有集中教學、訓練和低成本等教學優(yōu)勢，利用仿真軟件理論聯(lián)系實踐，在機床仿真操作中落實理論知識的傳授，提高學生系統(tǒng)操作和編程熟練性。因此在教學計劃安排中，在單項基本技能階段，安排數(shù)控仿真和數(shù)控加工實訓的教學同時進行，同時數(shù)控仿真課時數(shù)可以多些，有利于通過做中學，學中做的教學形式，能使學生盡快掌握專業(yè)知識和操作技能。

2.加強教師專業(yè)技能提高，發(fā)揮教師主導作用

在數(shù)控仿真和數(shù)控加工實訓的教學銜接中，圍繞教學目標組織教學，需要在教學進度上保持同步，課題任務內(nèi)容上協(xié)調(diào)，如完成某課題任務需用課時數(shù)，在圖樣分析、工藝確定、編寫程序等方面也需要一致，另外程序中的編寫格式要求，刀具選用，工序安排等也需要統(tǒng)一。為此安排教師同時承擔一個班級的數(shù)控仿真和數(shù)控加工實訓的教學任務，從課程教學計劃的制訂到教學內(nèi)容在每課時中具體實施過程，精心策劃，合理安排，最大限度發(fā)揮教師的能力和作用。

四、結語

為使學生全面地了解和掌握數(shù)控機床的編程與操作技術，數(shù)控仿真與數(shù)控加工實訓的教學銜接還有很多工作要做。在充分利用仿真軟件和機床設備，提高教學效率和效果，發(fā)揮教師職業(yè)技能，使學生在有限的教學時間學到更多的相關知識和技能，提高數(shù)控操作技能水平等方面，還需要積極實踐與探索，不斷深化教學改革。

參考文獻：

[1]馬榮剛，張國林.仿真軟件在數(shù)控專業(yè)實訓教學中的應用研究[J].中國校外教育，2011（A，1）