淺談虛擬仿真技術在數控加工教學中的應用

江灝源

（云南機電職業技術學院，昆明 650203）

淺談虛擬仿真技術在數控加工教學中的應用

江灝源

（云南機電職業技術學院，昆明 650203）

隨著科技的發展，數控加工技術也有了長足的發展，但實際上，復雜零件的數控虛擬加工在教學上仍然存在著實踐練習設備數量不足、學生練習時間不夠，材料浪費較多，直觀感受較差等諸多問題。虛擬仿真技術因其直觀性強、可重復性高、安全性高等特點，在很大程度上彌補上述缺點，在高職院校的數控加工以及相關專業的教學和事件具有極其重大的意義。

虛擬仿真技術；數控加工；應用

0 引言

虛擬仿真，是以計算機作為主體，將復雜零件的加工過程用動畫形式展現出來，虛擬仿真技術具有直觀性強，可觀察性強等諸多優勢。國內較為常用的仿真軟件有美國VERICUT、英國Delcam FeatureCΑM、北京斐克VNUC、南京宇航Yhcnc、南京斯沃等。

1 仿真技術的特征和優勢

（1）仿真軟件可選范圍大。如上海宇龍仿真軟件，該軟件可選控制系統包括FΑNUC、SIEMENS、三菱、大森、華中數控、廣州數控等。最重要的是，這些系統無論在刀具材料還是相關參數上都比較統一，這就使得各個仿真系統之間的可適性強，在培養學生的全面性上具有較大的優勢。（2）仿真精度高、仿真過程全。仿真系統不僅能以三維動畫的方式展示復雜零件的加工過程，而且能夠展示工件的切削過程，尤其可以演示切削線路的走向以及著力角度，在很大程度上利于學生在觀察的同時揣摩復雜零件的加工過程。（3）配套系統完善。絕大多數仿真軟件不僅可以從全局角度記錄和展示復雜零件的數控加工過程，而且很多仿真軟件具有一定的教學互動功能，利于師生之間的溝通。（4）安全性高。安全性高，特別是對于初學者來說，由數控仿真系統實現機床操作全過程的模擬仿真，能有效防止安全事故的發生。學生可在軟件上模擬機床操作的整個過程：從毛坯定義到工件裝夾，從零件基準測量和設置到壓板安裝，從刀具的定義與選用到刀具的安裝和對刀，從數控程序輸入到程序的編輯和調試，從機床手動操作到加工軌跡等的仿真實現了操作過程的全環境模擬，這是學生從理論到實踐中不可或缺的一個重要環節。

2 虛擬仿真技術分類

2.1 物理層面的仿真技術

所謂物理層面的仿真技術，指的是在復雜零件進行切削或者組合加工的過程中，以仿真軟件展示切削或者組合的過程，同時把各個零部件之間的物理變化通過仿真虛擬系統展示出來。這種仿真技術不僅可以有效指導學生如何對零件進行加工，而且能夠表現所有影響切削的因素，以及在切削過程當中產生的系統的參數變化和各個參數之間的相互聯系。從而全面直觀的展示出復雜零件的數控加工過程。

2.2 幾何層面的仿真技術

在虛擬仿真技術當中，一般不會展現切削以及組合等物理原因所產生的相互作用力對切削部分以及其他部分的影響，僅僅展示加工過程中的仿真刀具以及其他工具零件的相對運動。

3 虛擬仿真技術在數控加工教學過程當中存在的問題

3.1 無法顯示各種不同材料之間的加工差別

復雜零件加工的難點不僅僅在于加工過程的繁瑣，更體現在多數復雜零件根據設計和使用要求不通，材質也不同，這就要求在實際加工的過程中，需要采用不同的加工方式，仿真軟件雖然可以直觀展示多種復雜零件的加工過程，但是不能體現各種不同材質之間的采用的加工方式的區別。

3.2 仿真系統的模型適用性和實用性都較差

現階段的仿真系統模型大多是基于虛擬系統，在虛擬情況下做出的理想化的模型。因此，這種模型是基于完美條件下做出的理想化模型，但是在實際的加工當中，復雜零件加工會受到很多現實因素的影響和干擾，而現實因素的影響和干擾又會反作用于零件加工，這就導致了零件仿真系統的模型在很大程度上跟現實加工有著一定差距。

3.3 物理層面和幾何層面的仿真技術沒有得到相應的結合

現階段的仿真虛擬系統的研究進程相對孤立，這就導致虛擬系統的幾何仿真技術以及物理仿真技術無論是在研究改革方面，還是在具體的加工過程當中，都沒有得到很好地結合。

4 虛擬仿真技術的改革方向

（1）普及基本形式在虛擬加工過程中的應用。虛擬加工的基本形式如圖1所示。這種基本形式的最大特征是可以有序展示各個程序之間的關聯和運轉關系，同時可以最簡單直觀地展現各部分的組合關系及其在整個虛擬仿真系統中的地位。基本形式的普及，不僅可以加強各個系統之間的通用性，而且有助于系統的維護，同時，基本形式的普及，還可以強制物理層面和幾何層面的協同發展。

（2）完善相應模型技術的應用。在虛擬仿真系統當中，各部分的結構以及結合形式往往采用樹形表達方式，而零件的結點則會對其所在的裝置單元產生一定的影響，因此仿真模型的完善不但可以有效展示零件各個部分之間的關系，同時能夠直觀展示零件對機械整體的影響。

5 結語

數控仿真軟件在數控加工實踐教學中有著廣泛而重要的應用，尤其在高職院校已經成為機械加工數控類專業必須掌握的技能，雖然仿真軟件還存在一些缺點，但在中國制造2025以及工業4.0理念背景下，虛擬仿真技術的應用，對培養高技能復合型人才具有非常重要的意義。

［1］王麗君，楊承濤.虛擬仿真技術在數控加工中的應用研究［J］.紡織器材，2015（06）.

［2］周燕峰.淺談虛擬仿真技術在數控加工中的應用［J］.企業技術開發月刊，2015（09）.

［3］陳為國.虛擬仿真技術在數控加工編程教學中應用研究［J］.制造業自動化，2009（07）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.232

江灝源（1983-），男，云南昆明人，本科，研究方向：機械工程、數控加工。