浅谈虚拟仿真技术在数控加工教学中的应用

江灏源

（云南机电职业技术学院，昆明 650203）

浅谈虚拟仿真技术在数控加工教学中的应用

江灏源

（云南机电职业技术学院，昆明 650203）

随着科技的发展，数控加工技术也有了长足的发展，但实际上，复杂零件的数控虚拟加工在教学上仍然存在着实践练习设备数量不足、学生练习时间不够，材料浪费较多，直观感受较差等诸多问题。虚拟仿真技术因其直观性强、可重复性高、安全性高等特点，在很大程度上弥补上述缺点，在高职院校的数控加工以及相关专业的教学和事件具有极其重大的意义。

虚拟仿真技术；数控加工；应用

0 引言

虚拟仿真，是以计算机作为主体，将复杂零件的加工过程用动画形式展现出来，虚拟仿真技术具有直观性强，可观察性强等诸多优势。国内较为常用的仿真软件有美国VERICUT、英国Delcam FeatureCΑM、北京斐克VNUC、南京宇航Yhcnc、南京斯沃等。

1 仿真技术的特征和优势

（1）仿真软件可选范围大。如上海宇龙仿真软件，该软件可选控制系统包括FΑNUC、SIEMENS、三菱、大森、华中数控、广州数控等。最重要的是，这些系统无论在刀具材料还是相关参数上都比较统一，这就使得各个仿真系统之间的可适性强，在培养学生的全面性上具有较大的优势。（2）仿真精度高、仿真过程全。仿真系统不仅能以三维动画的方式展示复杂零件的加工过程，而且能够展示工件的切削过程，尤其可以演示切削线路的走向以及着力角度，在很大程度上利于学生在观察的同时揣摩复杂零件的加工过程。（3）配套系统完善。绝大多数仿真软件不仅可以从全局角度记录和展示复杂零件的数控加工过程，而且很多仿真软件具有一定的教学互动功能，利于师生之间的沟通。（4）安全性高。安全性高，特别是对于初学者来说，由数控仿真系统实现机床操作全过程的模拟仿真，能有效防止安全事故的发生。学生可在软件上模拟机床操作的整个过程：从毛坯定义到工件装夹，从零件基准测量和设置到压板安装，从刀具的定义与选用到刀具的安装和对刀，从数控程序输入到程序的编辑和调试，从机床手动操作到加工轨迹等的仿真实现了操作过程的全环境模拟，这是学生从理论到实践中不可或缺的一个重要环节。

2 虚拟仿真技术分类

2.1 物理层面的仿真技术

所谓物理层面的仿真技术，指的是在复杂零件进行切削或者组合加工的过程中，以仿真软件展示切削或者组合的过程，同时把各个零部件之间的物理变化通过仿真虚拟系统展示出来。这种仿真技术不仅可以有效指导学生如何对零件进行加工，而且能够表现所有影响切削的因素，以及在切削过程当中产生的系统的参数变化和各个参数之间的相互联系。从而全面直观的展示出复杂零件的数控加工过程。

2.2 几何层面的仿真技术

在虚拟仿真技术当中，一般不会展现切削以及组合等物理原因所产生的相互作用力对切削部分以及其他部分的影响，仅仅展示加工过程中的仿真刀具以及其他工具零件的相对运动。

3 虚拟仿真技术在数控加工教学过程当中存在的问题

3.1 无法显示各种不同材料之间的加工差别

复杂零件加工的难点不仅仅在于加工过程的繁琐，更体现在多数复杂零件根据设计和使用要求不通，材质也不同，这就要求在实际加工的过程中，需要采用不同的加工方式，仿真软件虽然可以直观展示多种复杂零件的加工过程，但是不能体现各种不同材质之间的采用的加工方式的区别。

3.2 仿真系统的模型适用性和实用性都较差

现阶段的仿真系统模型大多是基于虚拟系统，在虚拟情况下做出的理想化的模型。因此，这种模型是基于完美条件下做出的理想化模型，但是在实际的加工当中，复杂零件加工会受到很多现实因素的影响和干扰，而现实因素的影响和干扰又会反作用于零件加工，这就导致了零件仿真系统的模型在很大程度上跟现实加工有着一定差距。

3.3 物理层面和几何层面的仿真技术没有得到相应的结合

现阶段的仿真虚拟系统的研究进程相对孤立，这就导致虚拟系统的几何仿真技术以及物理仿真技术无论是在研究改革方面，还是在具体的加工过程当中，都没有得到很好地结合。

4 虚拟仿真技术的改革方向

（1）普及基本形式在虚拟加工过程中的应用。虚拟加工的基本形式如图1所示。这种基本形式的最大特征是可以有序展示各个程序之间的关联和运转关系，同时可以最简单直观地展现各部分的组合关系及其在整个虚拟仿真系统中的地位。基本形式的普及，不仅可以加强各个系统之间的通用性，而且有助于系统的维护，同时，基本形式的普及，还可以强制物理层面和几何层面的协同发展。

（2）完善相应模型技术的应用。在虚拟仿真系统当中，各部分的结构以及结合形式往往采用树形表达方式，而零件的结点则会对其所在的装置单元产生一定的影响，因此仿真模型的完善不但可以有效展示零件各个部分之间的关系，同时能够直观展示零件对机械整体的影响。

5 结语

数控仿真软件在数控加工实践教学中有着广泛而重要的应用，尤其在高职院校已经成为机械加工数控类专业必须掌握的技能，虽然仿真软件还存在一些缺点，但在中国制造2025以及工业4.0理念背景下，虚拟仿真技术的应用，对培养高技能复合型人才具有非常重要的意义。

［1］王丽君，杨承涛.虚拟仿真技术在数控加工中的应用研究［J］.纺织器材，2015（06）.

［2］周燕峰.浅谈虚拟仿真技术在数控加工中的应用［J］.企业技术开发月刊，2015（09）.

［3］陈为国.虚拟仿真技术在数控加工编程教学中应用研究［J］.制造业自动化，2009（07）.

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

江灏源（1983-），男，云南昆明人，本科，研究方向：机械工程、数控加工。