淺談虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工教學(xué)中的應(yīng)用

江灝源

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，昆明 650203）

淺談虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工教學(xué)中的應(yīng)用

江灝源

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，昆明 650203）

隨著科技的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也有了長足的發(fā)展，但實(shí)際上，復(fù)雜零件的數(shù)控虛擬加工在教學(xué)上仍然存在著實(shí)踐練習(xí)設(shè)備數(shù)量不足、學(xué)生練習(xí)時(shí)間不夠，材料浪費(fèi)較多，直觀感受較差等諸多問題。虛擬仿真技術(shù)因其直觀性強(qiáng)、可重復(fù)性高、安全性高等特點(diǎn)，在很大程度上彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，在高職院校的數(shù)控加工以及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和事件具有極其重大的意義。

虛擬仿真技術(shù)；數(shù)控加工；應(yīng)用

0 引言

虛擬仿真，是以計(jì)算機(jī)作為主體，將復(fù)雜零件的加工過程用動(dòng)畫形式展現(xiàn)出來，虛擬仿真技術(shù)具有直觀性強(qiáng)，可觀察性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢。國內(nèi)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Y(jié)hcnc、南京斯沃等。

1 仿真技術(shù)的特征和優(yōu)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(tǒng)包括FΑNUC、SIEMENS、三菱、大森、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等。最重要的是，這些系統(tǒng)無論在刀具材料還是相關(guān)參數(shù)上都比較統(tǒng)一，這就使得各個(gè)仿真系統(tǒng)之間的可適性強(qiáng)，在培養(yǎng)學(xué)生的全面性上具有較大的優(yōu)勢。（2）仿真精度高、仿真過程全。仿真系統(tǒng)不僅能以三維動(dòng)畫的方式展示復(fù)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(xué)生在觀察的同時(shí)揣摩復(fù)雜零件的加工過程。（3）配套系統(tǒng)完善。絕大多數(shù)仿真軟件不僅可以從全局角度記錄和展示復(fù)雜零件的數(shù)控加工過程，而且很多仿真軟件具有一定的教學(xué)互動(dòng)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(xué)者來說，由數(shù)控仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床操作全過程的模擬仿真，能有效防止安全事故的發(fā)生。學(xué)生可在軟件上模擬機(jī)床操作的整個(gè)過程：從毛坯定義到工件裝夾，從零件基準(zhǔn)測量和設(shè)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(shù)控程序輸入到程序的編輯和調(diào)試，從機(jī)床手動(dòng)操作到加工軌跡等的仿真實(shí)現(xiàn)了操作過程的全環(huán)境模擬，這是學(xué)生從理論到實(shí)踐中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2 虛擬仿真技術(shù)分類

2.1 物理層面的仿真技術(shù)

所謂物理層面的仿真技術(shù)，指的是在復(fù)雜零件進(jìn)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(shí)把各個(gè)零部件之間的物理變化通過仿真虛擬系統(tǒng)展示出來。這種仿真技術(shù)不僅可以有效指導(dǎo)學(xué)生如何對零件進(jìn)行加工，而且能夠表現(xiàn)所有影響切削的因素，以及在切削過程當(dāng)中產(chǎn)生的系統(tǒng)的參數(shù)變化和各個(gè)參數(shù)之間的相互聯(lián)系。從而全面直觀的展示出復(fù)雜零件的數(shù)控加工過程。

2.2 幾何層面的仿真技術(shù)

在虛擬仿真技術(shù)當(dāng)中，一般不會(huì)展現(xiàn)切削以及組合等物理原因所產(chǎn)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(yùn)動(dòng)。

3 虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工教學(xué)過程當(dāng)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(fù)雜零件加工的難點(diǎn)不僅僅在于加工過程的繁瑣，更體現(xiàn)在多數(shù)復(fù)雜零件根據(jù)設(shè)計(jì)和使用要求不通，材質(zhì)也不同，這就要求在實(shí)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(fù)雜零件的加工過程，但是不能體現(xiàn)各種不同材質(zhì)之間的采用的加工方式的區(qū)別。

3.2 仿真系統(tǒng)的模型適用性和實(shí)用性都較差

現(xiàn)階段的仿真系統(tǒng)模型大多是基于虛擬系統(tǒng)，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(shí)際的加工當(dāng)中，復(fù)雜零件加工會(huì)受到很多現(xiàn)實(shí)因素的影響和干擾，而現(xiàn)實(shí)因素的影響和干擾又會(huì)反作用于零件加工，這就導(dǎo)致了零件仿真系統(tǒng)的模型在很大程度上跟現(xiàn)實(shí)加工有著一定差距。

3.3 物理層面和幾何層面的仿真技術(shù)沒有得到相應(yīng)的結(jié)合

現(xiàn)階段的仿真虛擬系統(tǒng)的研究進(jìn)程相對孤立，這就導(dǎo)致虛擬系統(tǒng)的幾何仿真技術(shù)以及物理仿真技術(shù)無論是在研究改革方面，還是在具體的加工過程當(dāng)中，都沒有得到很好地結(jié)合。

4 虛擬仿真技術(shù)的改革方向

（1）普及基本形式在虛擬加工過程中的應(yīng)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(gè)程序之間的關(guān)聯(lián)和運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系，同時(shí)可以最簡單直觀地展現(xiàn)各部分的組合關(guān)系及其在整個(gè)虛擬仿真系統(tǒng)中的地位。基本形式的普及，不僅可以加強(qiáng)各個(gè)系統(tǒng)之間的通用性，而且有助于系統(tǒng)的維護(hù)，同時(shí)，基本形式的普及，還可以強(qiáng)制物理層面和幾何層面的協(xié)同發(fā)展。

（2）完善相應(yīng)模型技術(shù)的應(yīng)用。在虛擬仿真系統(tǒng)當(dāng)中，各部分的結(jié)構(gòu)以及結(jié)合形式往往采用樹形表達(dá)方式，而零件的結(jié)點(diǎn)則會(huì)對其所在的裝置單元產(chǎn)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(gè)部分之間的關(guān)系，同時(shí)能夠直觀展示零件對機(jī)械整體的影響。

5 結(jié)語

數(shù)控仿真軟件在數(shù)控加工實(shí)踐教學(xué)中有著廣泛而重要的應(yīng)用，尤其在高職院校已經(jīng)成為機(jī)械加工數(shù)控類專業(yè)必須掌握的技能，雖然仿真軟件還存在一些缺點(diǎn)，但在中國制造2025以及工業(yè)4.0理念背景下，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，對培養(yǎng)高技能復(fù)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(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究［J］.紡織器材，2015（06）.

［2］周燕峰.淺談虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊，2015（09）.

［3］陳為國.虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工編程教學(xué)中應(yīng)用研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)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(jī)械工程、數(shù)控加工。