淺談虛擬現實技術在數控加工教學中的應用

隨著我國高等職業教育的飛速發展，以及數控加工技術在機械制造業中的廣泛應用，大批數控機床操作人員的專業培訓，成為迫切而又難以解決的問題。與傳統的機械加工實習教學相比較，數控實習教學存在多方面的困難。例如，數控機床的系統多、型號多且更新較快，學校不可能將所有的系統配齊，這就會出現學生在校期間所學的系統與工廠中不符的情況，使學生進入工廠后不能盡快適應機床操作。另外，數控機床是自動運行的，學生在初學時，常常會由于在編程中的疏忽或操作中的失誤，造成刀具或機床的損壞，甚至是人身危害。因此，傳統的機床操作培訓方法效率低、教師工作量大、培訓費用高，需要用更新的方法來取代。

一、虛擬現實技術

虛擬現實技術作為一項尖端科技，集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統。它最早源于美國軍方的作戰模擬系統，上個世紀九十年代初逐漸為各界所關注，并且在商業領域得到了進一步的發展。

目前，虛擬現實技術已廣泛應用于航空航天、醫學實習、軍事訓練、建筑設計、教育培訓等眾多領域。以計算機仿真和數控加工技術為基礎，利用計算機來模仿真實的數控設備工作環境，形成了虛擬數控技術。如果將其應用于數控技術教學上，必將對整個教學產生深遠的影響。

二、數控加工仿真系統

目前，國內已有一些高等院校將計算機仿真運用于數控操作人才培訓的教學之中，也出現了各種數控加工仿真教學系統，如上海宇龍、北京斐克、南京宇航、廣州超軟、武漢金銀花等不同的數控加工仿真軟件。上述這些教學系統，既能單機系統獨立運行，又能實現在線運行。數控加工仿真系統具備對數控機床操作全過程和加工運行全環境仿真的功能，將加工過程用三維圖形或者二維圖形的方式演示出來；可以進行數控編程的教學，能夠完成整個加工操作過程的教學，使原來需要在數控設備上才能完成的大部分教學功能在這個虛擬制造環境中實現。

三、數控仿真系統在教學中的應用

虛擬數控機床實際上是虛擬環境中數控機床的模型。與真實機床相比，虛擬數控機床具有以下功能和特點：

1．利用數控仿真軟件可以彌補設備不足

由于大部分的實訓活動可以在仿真系統中實現，使用仿真軟件，大大減少工件、刀具、材料和能源的消耗，從而可以降低培訓成本。

2．提供多種機床和系統

當前，數控機床的種類和系統廠家眾多，數控仿真軟件提供了當前我國數控加工中常見數控機床和主流的數控系統，教學時可根據需要選擇相應的機床和系統對學生進行授課，提高學生對不同數控系統及不同數控機床的適應能力，使學生進入工廠后能在最短的時間內融入到生產當中。

3．安全性高，便于學生學習

軟件中不僅具有對學生編制的數控程序進行自動檢測、具體指出錯誤原因的功能，還具有在真實設備上無法實現的三維測量功能。這些功能使學生可以進行自我學習，自我檢測加工零件幾何形狀的精度，大大降低了教師的工作強度。

4．方便教師授課

數控加工仿真軟件的互動教學功能，使教師可以以廣播的方式在每個學生的屏幕上演示其教學內容，使所有的學生均能清楚地觀看并進行模仿。同時，教師也可以在自己屏幕上看到每個學生的操作情況，實時了解教學情況并對學生進行指導。

5．在計算機上完成所編程序的檢驗，減少操作出錯率

在實際操作前，學生可以在數控仿真軟件上輸入程序，將校驗的步驟放在計算機上完成，觀察零件的加工情況，最后將正確的程序通過鍵盤或數據傳輸方式輸入到數控機床中。這樣，既可節省時間，又提高了加工中的安全性。

盡管虛擬數控機床具備如此出眾的功能，但數控加工仿真系統只是加工過程的模擬，并非真實加工過程，它無法代替真實切削加工。因此，在進行虛擬仿真教學時，要合理安排數控加工仿真軟件學習的階段，嚴格按實際操作的要求進行，要求學生按照實際操作加工中的要求來做，如正確裝夾零件，合理選用刀具及切削用量。另外，對刀的步驟和動作也要規范，讓學生在學習的初期就養成正確的習慣。

綜上所述，數控仿真系統的引入，能使學生在學習數控編程理論時，課堂教學變得更加生動、更加具體，提高學生的學習興趣，提高教學效果。在學習實際操作時，仿真軟件不存在安全問題，使學生可以大膽地、獨立地進行學習和練習，并能自我檢測加工零件幾何形狀的精度，提高學生對機床的操作能力。

（作者單位：山東省煙臺工程職業技術學院）