数控加工仿真系统范文

导语：如何才能写好一篇数控加工仿真系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1虚拟数控系统特点

数控加工仿真是利用计算机仿真技术，在计算机上模拟实际的机床加工过程，以部分替代实际机床的操作训练，它不仅可以验证数控加工程序的可靠性，而且能够预测切削过程，从而减少工件的试切，提高工作效率。仿真可分为几何仿真和物理仿真两类。(1)几何仿真不考虑物理因素的影响，来仿真刀具几何体的运动，主要用来验证NC程序编程是否合理，以便减少因程序错误而导致的刀具折断、机床损伤、零件报废等问题，缩短程序开发时间，节约成本。常用方法主要有：离散矢量求交发、基于图像空间的方法、直接实体造型法。几何仿真可以是实时仿真也可以是非实时仿真。(2)物理仿真物理仿真又称为力学仿真。在铣削过程中，受物理参数影响较大，物理仿真是通过切削仿真过程的力学特性来分析刀具振动和刀具破损情况，控制切削参数，建立物理模型，从而优化切削过程。物理仿真要求实时仿真。

虚拟数控加工系统主要包括虚拟加工环境和虚拟加工过程两部分，职业院校虚拟数控加工系统应满足以下要求：第一系统要有丰富的刀具材料库，建立工艺系统的几何模型；第二动态显示整个运行环境，对加工环境进行仿真，包括三维工件的实时切削、刀具补偿、坐标系设置等；第三机床操作全过程仿真，包括仿真机床工件装夹、基准对刀、压板安装、安装刀具等操作；第四实现互动教学，师生操作过程能实时双向互动；第五实现仿真考试自动评分，系统能够根据事先设定标准对完成工件尺寸及整个操作过程进行评分；第六保证系统的安全性。

2虚拟数控系统总体设计

基于Delphi的数控加工仿真系统具有刀具几何建模、三维图形仿真、碰撞检测以及材料切除仿真等功能。数控仿真系统可以为操作人员提供接近真实的加工环境，全方位模拟实际的加工过程。该数控仿真系统总体结构如图1所示:

2.1加工环境建模模块加工环境建模包括几何建模和虚拟面板两个模块。其中几何建模包括机床建模、工件建模、刀具建模以及夹具建模等，虚拟面板模块包括虚拟显示屏和机床操作面板等。(1)机床建模机床建模采用结构实体几何法，它不能脱离真实机床而独立存在，它是以真实机床为研究对象，不考虑机床的传动装置确定机床的结构参数，对机床结构进行的简化处理。由于机床类型多种多样，在建立机床模型时根据模块化原理需要定制标准的模块，确保机床模型与真实机床一样。(2)工件建模工件建模过程在仿真加工系统中处于十分重要的地位，它的好坏直接影响到仿真产品的质量。一个模型可以用属性模型和几何模型两个子模型共同来表示，其中产品的属性通过属性模型来表示，而它的尺寸和形状则通过几何模型来表示。(3)刀具建模刀具种类繁多，可利用实体建模方法实现对刀具的建模。

2.2虚拟加工模块加工过程模块包括NC代码处理模块、刀具应用模块和加工仿真模块三个模块。通过三维动画模拟工件加工过程是整个系统的核心。用户可以在OpenGL创建的虚拟环境中对工件加工的可行性和NC程序的正确性进行检验，同时在整个加工过程中刀具与机床碰撞的情况有可能会出现，必须对系统进行碰撞检测，提高虚拟加工环境的真实性。

篇2

【关键词】 VERICUT仿真 创建模型 模拟加工

VERICUT是美国CGTECH公司开发的一种运行于Windows或UNIX系统的计算机上先进的专用数控加工仿真软件，用于制造业CNC数控机床加工仿真和优化。该软件取代了传统的切削实验部件方式，通过模拟整个机床加工过程和校验加工程序的准确性，来帮助用户清除编程错误和改进切削效率[1]。VERICT的如下6个模块能满足工厂目前各项要求：

（1）验证模块

验证模块具有仿真和验证三轴铣床和两轴车床所需的所有功能。可以再VERICUT中定义毛坯模型或者从CAD系统输入毛坯模型，还可以仿真多个同步运动的刀具。

（2）优化模块

优化模块基于切削条件和需切削材料量自动修正进给率。优化模块可以读入刀具路径文件，可以根据每部分切削材料量的不同，选中符合切削条件的指定最佳进给率。

（3）机床仿真模块

机床仿真模块可帮助用户完成整个CNC机床的真实三维仿真，就如同实际生产一样，同时它还具有最精准的碰撞检测功能。该软件会检测所有机床零件，并模拟运动得出零件间的碰撞和接近碰撞的情况。

（4）多轴模块

随着零件和机加工操作变得越来越复杂，出现错误的机会也会随之增加。设计加工工序时，用户不会拿刀具路径的精度、零件质量和机床及机械工人的安全去冒险。多轴模块可以仿真和验证4轴和5轴铣和磨削加工的过程。

（5）自动比较模块

而自动比较模块可以把一个表面、一组表面或一个实体模型的外壳与仿真加工后的零件进行比较，通过指定两实体模型的重合比较，可以容易地辨别出擦伤、碰撞或残余的材料，这是检验仿真加工件是否符合设计的一种新的手段。

（6）接口模块

该软件可以从UG、CATIA、Pro/E等所有主流三维建模软件的加工模块里直接调用该软件进行仿真和优化。

1、VERICUT软件的应用过程

VERICUT软件在的应用过程分为三部分。

1.1、机床基本组件的创建

在VERICUT上建立仿真系统必须构建数控机床组件的实体模型[2]。为了实现对于复杂轮廓曲线的磨削加工，该仿真过程拟创建三轴联动数控磨床模型。要在VERICUT环境中创建磨削机构模型，首先要建立坐标系以及各轴之间的相互关系，然后将各个组件关联到各坐标轴上。

（1）建立机床坐标系

首先打开VERICUT软件，单击组件树 按钮，弹出部件树对话框，如图1所示。

选择Base并在对话框的工具栏单击上工具菜单中的"添附"选项，可以选择添附各运动轴，添附的组件过程如图2所示。

通过组件树菜单，可以确立个部件之间的运动关系。最终建立如图3所示的组件树结构。通过部件树对话框可以确立各部件之间的依附和运动关系，实现、三轴联动，完成对砂轮进给和摆动的控制。

（2）创建磨床的实体模型

在该系统中，可以通过UG、Pro/E等三维软件建立机床几何模型，并导出为STL格式，然后通过VERICUT提供的图形转换输入接口导入到机床仿真系统中，如图4所示，通过UG建立实体模型，等待调用。

图4 创建组件实体模型

本文采用了滑块来实现X、Y方向上的运动，采用了圆盘模型来实现C轴方向的转动。然后依次将各实体模型添附到各坐标轴上，机床模型如图5所示。分别包括了底座、夹具、X轴方向滑块、Y方向滑块、C轴关联转盘、以及一个毛坯组件等模型

（3）创建磨削刀具

因为创建的磨削机床机构类似于车削机床的模型，只是加工刀具与数控车床的车刀不同。因此只要根据砂轮的尺寸外形，做出类似于车刀的一个刀具模型，在仿真过程中，给砂轮一个角速度，砂轮模型就能旋转生成一个圆盘状的砂轮，并能很好的完成仿真运动。

按照按图6所示的尺寸关系建立砂轮界面轮廓。

1.2、仿真数控代码的加载

在VERICUT仿真软件中，刀具轨迹文件通常划分为两种类型：APT-CLS刀具轨迹文件和G代码刀具轨迹文件。APT-CLS刀具轨迹文件的后缀名为tp，通过后置处理转化成一个包含所使用数控机床特定G代码格式的文件。

在VERICT仿真环境中添加我们所生成的控制刀具轨迹的G代码文件，在菜单中选择"数控程序"选项，弹出如图7所示对话框，在对话框中，首先选定数控程序类型为"G-代码数据"类型，再单击添加，选择通过区间均匀接触磨削软件所生成的G代码文件，文件格式为mcd。

1.3、机床控制系统的设置

设置好数控机床的组成、结构以及数控代码后，还需给给机床配置数字控制系统，使机床具有解读数控代码、插补运算等功能。VERICUT软件提供自带FANUC、SIEMENS、PHILIPS等多种控制文件的控制系统库，文件扩展名为ctl。本设计选用软件自带的三轴联动的数控系统进行仿真实现，如图8所示。

2、结论

根据上文建立的VERICUT仿真系统，进入仿真磨削环境，调入相应的刀具文件、毛坯模型、数控代码，创建仿真环境如图9所示。设置好各种加工参数后，输入加工G代码，单击开始，即可开始磨削加工的仿真。磨削后的毛坯形状如图10所示。

在磨削加工完成以上实例中的毛坯后，利用VERICUT软件自带的测量工具，测量仿真加工后的工件的实际尺寸，并且与理论数据相对比，结果如表1所示。

由以上表格中数据可以看到按照实例加工出的模型其最大误差为0.0024mm，基本满足了设计需求，通过VERICUT软件，建立了相应的机床实体模型、刀具模型，并加载了工件加工数控代码，通过磨削仿真试验可以验证数控加工代码的正确性，为节约了大量的时间和资金，这对实际生产具有重要意义。

参考文献

篇3

关键词：数控加工仿真系统；数控编程教学

随着计算机的发展，使机械制造成为一个跨越机械、计算机、控制、管理的综合技术应用学科，数控加工技术专业也随之产生，而传统教育方式早已满足不了其教学要求。为了提高教学效率和所培养学生的适用性，数控加工仿真系统的出现，很好的解决了以上问题，其不仅能满足学生的感观要求，又能解决数控设备、场地的需求，并能减少材料和能源的消耗。我们学校选择了上海宇龙公司数控加工仿真系统（以下简称仿真软件）的教学软件。该软件具有多系统、多机床的加工仿真模拟功能。我结合自己的这几年教学实践谈谈如何在数控教学当中充分利用好数控加工仿真系统。

一、把数控加工仿真系统应用到数控理论教学当中

理论是深入学习数控编程的基础，数控作为一项技术很强的学科，也是比较抽象的学科，要使学生良好的掌握数控的基本理论和编程的技巧，其教学不能像传统教学模式一样。从我教授数控编程这门课程到现在，每一届学生刚接触数控都认为数控非常神秘，就只是听说过，都没有感性的认识，课上在当我讲编程指令运行时，刀具怎样运动，指令如何起作用，更是让许多学生不知所云，像听天书一样，这种状态如果在短期内得不到改善，学生的兴趣和积极性就会随之减退，从而影响学生的学习和教学效果。所以我在教学过程中一开始会带领学生去参观学校实习工厂的数控设备，简单的介绍其名称、功能、结构，让学生有感性的认识。讲编程时利用仿真软件为学生演示指令动作各个过程及零件加工过程，让学生很直观的看到机床的运动和指令的执行，充分理解指令的运动过程，达到教学的目的。后期随着课程的进行，慢慢的建立起对数控编程的理解。比如讲到圆弧粗车时，不管你怎么画图、写程序，学生听的效果都不是太好，而使用仿真软件，把程序编好，一边单步执行，一边讲解，就能很好的表现其加工过程。还有像循环指令G90，G71等，其走刀路线复杂，参数多，难理解，如果单独讲解是不能很好的呈现的，使用仿真软件，可以一步一动作，对照坐标的变化，讲解参数的设置及走刀路线，会很清晰的让学生理解指令的功能。那仿真软件作为一种图文并茂的教学手段是一种不可缺少的教学资源，在教学中起到了教与学的桥梁作用。

二、把数控加工仿真系统应用到数控实习教学当中

没有使用仿真软件之前，学生实习时老师基本上每一个人单独指导，学生熟悉面板，按键和简单操作要花费大量时间，使老师过于疲劳，学生也十分紧张。而当老师演示操作过程时，由于机床空间有限，大部分学生是看不到的，只能听老师口述，效果相当不好，有了仿真软件则可以模拟现场环境，把实习很难演示、教师口头很难讲授的内容清晰地演示出来，因此在机床操作之前在仿真软件上练习是一种有效的途径。学生也可以通过软件自我进行各种内容、各种形式的仿真练习，能够满足不同类型学生的不同学习要求。一般我会把当天要实习的内容先在仿真软件上操作一遍，讲解操作要领和注意事项，让每个学生都能清楚的看到。然后在让学生在仿真软件上多次重复的练习，如有问题我会及时解决，直到学生熟练掌握操作过程。之后再到机床上加工。这样不但减少了前期的时间浪费，还消除了一定的安全隐患，而在软件上我们可以重复加工，反复训练而没有机床的磨损，刀具、材料、能源的消耗。在数控实习教学中应用数控软件仿真系统，会对整个实习过程起到积极的作用，解决数控设备少，学生多的矛盾，因而仿真软件在我们学校中得到了广泛的应用。

三、数控仿真软件系统对学生的负面影响及解决方法

虽然仿真软件有好多优点，但是它毕竟是计算机软件，是模拟机床的加工过程。这就会给学生带来一些负面影响。

篇4

关键词：数控仿真 数控实训 教学衔接

数控加工实训是数控技术专业核心教学与训练项目，是一门主要专业实践课。其课程设计以实践为核心，辅以必要的理论知识，并兼顾培养学生创造思考、问题解决、适应变迁及自我发展的能力，使学生具有就业与继续进修的需求所需基本知识和技能。在教学安排中，一般先利用仿真软件进行机床的模拟操作训练，在学生熟练后再上实际机床进行操作训练，这样不仅能降低实训成本而且能缩短实训时间，更能提高实训效率，因此数控加工仿真实训的教学对数控加工实训教学具有重要的作用。近几年来，为把数控专业办出特色，加强和提高学生数控专业理论知识和操作技能水平，笔者在数控加工仿真教学与数控加工实训教学的教学安排、教学重点、教学内容等方面进行了一些探索和实践。

一、充分认识数控仿真对数控加工的辅助作用，正确把握教学重点

目前在有数控技术专业的许多职业院校中，为使学生在数控加工实训中较好地掌握数控操作技能，在课程设置中都有数控仿真实训和数控加工实训两门课程。明确数控仿真实训和数控加工实训的主辅，避免重复教学和训练，发挥数控仿真实训和数控加工实训各自的教学优势，对实现培养数控技能人才目标是十分重要的。

1.把握仿真实训和加工实训的主次，明确数控实训教学目标

中职数控技术专业培养目标主要是数控机床操作工，学生技能水平达到国家职业标准的相关等级要求，并具有相关理论及实践能力。由于数控仿真实训运用仿真软件在计算机上进行，仿真软件在工件毛坯选择、装夹、测量和工艺参数设定合理性，以及对刀精度控制等方面与数控加工实训的实际加工有较大的差距与不同，也就是说在仿真软件上完成的课题任务并不能代表在实际加工中就能完成该课题任务，因此数控仿真实训不能替代数控加工实训。同样数控加工实训教学也不能完全依赖数控仿真实训教学，要提高学生数控操作技能水平，取得技能等级证书，必须加强数控加工实训的训练，数控仿真只能对数控加工实训教学起辅助作用。

2.把握数控加工实训教学特点，提高机床使用效率

操作技能掌握和技巧的形成需要大量和反复的训练。为提高学生数控机床操作技能水平，强化专业技能训练，结合技能掌握、形成和提高的规律，在数控加工实训中有针对性地加大技能训练量，多完成课题任务。在数控加工实训教学中以数控机床的系统操作、项目工件加工和技术应用及技能训练为主，减少工艺分析、数学处理、程序编制占用数控机床的时间，使数控机床更多地用在工件的切削加工和精度控制等训练环节。让学生有更多的时间练习数控仿真中不能体会和实现的内容，如刀具的安装、工件的测量和装夹等，体会和学习程序的参数设定，强化固定的规范操作，如开机回零、初次输入的程序需校验等。

3.发挥数控仿真系统优势，辅助数控加工实训教学

理论联系实际，改进教学方法，提高学生分析和解决问题的能力。数控加工仿真系统具有与数控机床操作系统相同的面板和按键功能，能实现加工模拟演示功能和程序自诊断功能以及快速测量功能。在数控仿真实训教学中以工艺分析、数学处理、程序编制、工件的模拟加工的基本知识和技能应用为主，使学生在操作数控机床前，能先熟悉机床的结构，了解机床的主要技术参数、操作系统，掌握控制面板按钮功能、坐标系设定和选择等性能，特别是在理解、掌握和运用各指令字进行编程方面，如对半径补偿功能、刀具偏置等模拟演示和训练，能有效地帮助提高学生提高手工编程的技能和技巧，为数控加工实训的开展做好操作理论和技术方面的准备。

二、协调课程教学内容和模式，实现仿真与加工实训的对接

在数控加工实训中，由于学生的操作熟练性和切削进给速度等因素，往往加工一个课题任务需要一定的课时数，并且还存在人多机床少的现状，所以在数控机床上完成的课题任务并不多，较难达到操作熟练性。为提高实训教学效率，在有限的课时数里提高学生操作技能水平，需要在教学中不断探索和改进。

1.数控仿真与实训训练课题合理穿插，提高教学效率

在数控仿真教学中安排一定的数控加工实训的课题任务，如对数控加工实训中单项基本训练的项目，先在仿真软件上完成工艺分析、编程和模拟加工，然后再上数控机床实训加工。这样既提高数控机床实际使用率，又能克服数控机床程序校验时只显示零件的大致轮廓或刀具运动轨迹的不足，保证程序的正确性，同时在仿真和实训中完成同一课题任务也能体验和区分仿真软件和数控机床的差异，如切削用量、工件的装夹等，更为学生课后练习和自学提供帮助。

2.数控仿真与加工实训教学内容各有侧重，保证教学质量

由于软件开发原因，在数控仿真软件中有些指令、操作方法和功能还不能反映和实现，如FANUC系统的直接图样编程功能、华中系统的G71有凹槽粗车循环、用G00和G01切削效果相同等。为避免学生误解和形成错误观念，除了向学生说明外，将相关的教学内容安排在数控加工实训中加以指导和强调，如进行G71有凹槽粗车循环指令的编程示范和对学生输入机床的程序进行切削用量相关参数的检查等。同时在用数控仿真软件进行课题任务模拟加工中，利用软件可以高速切削的特点，提高模拟加工切削速度快速验证对刀、程序等的正确性，增加单位课时的课题任务训练次数，提高编程的熟练性和正确性。

3.采用灵活的教学模式，调动学生积极性

在教学活动中，学生不是被动的受教育者，而是自觉的积极的参加者。在数控仿真教学中根据教学内容，以专业知识学习和技能提高为目标，发挥仿真软件优势，采用灵活多样的教学模式，提高教学效果。如利用软件的“授课”功能，除了教师在每个学生的屏幕上示范讲解和演示外，让部分学生操作演示进行交流机床操作和编程。利用软件“考试”功能，在教学过程中配合数控加工实训适时开展一些竞赛，提高操作熟练性和编程正确性。从而督促和鼓励学生认真学习、独立训练，减少抄袭，调动学生学习积极性和主动性。

4.运用仿真系统优势，联系地方经济建设

“以服务为宗旨，以就业为导向。”职业教育与地方经济建设是紧密联系的。在数控仿真软件中提供了较多占主导地位的数控系统，如德国的SIEMENS、日本的FANUC、广州数控GSK和华中数控等一系列数控系统，同时还包含了不同刀架位置结构的数控车床、数控铣床、卧式或立式加工中心的可选项目。在数控仿真教学中，根据学生学习情况和教学进度，结合地方企业设备使用的系统情况，选择1～2个系统进行系统操作和编程的介绍和指导，弥补数控加工实训系统单一的不足，以利于学生的发展和就业。

三、合理教学安排，提高数控技能教学效果。

在数控仿真和数控加工实训的教学中，为加强课程间的教学内容、教学进度，教学重点和难点的处理等具体问题，发挥教师的职业技能和工作积极性，在具体的教学安排中，制订教学计划、分配课时数和调配教师是十分重要的。

1.科学制订教学计划，实现教、学、做合一

在数控加工实训教学的单项基本技能、专业技能和综合技术应用能力的三个层面的训练中，考虑在数控加工实训的前期，学生进行实际操作前需要具备一定的加工基础和专业理论知识，发挥数控仿真具有集中教学、训练和低成本等教学优势，利用仿真软件理论联系实践，在机床仿真操作中落实理论知识的传授，提高学生系统操作和编程熟练性。因此在教学计划安排中，在单项基本技能阶段，安排数控仿真和数控加工实训的教学同时进行，同时数控仿真课时数可以多些，有利于通过做中学，学中做的教学形式，能使学生尽快掌握专业知识和操作技能。

2.加强教师专业技能提高，发挥教师主导作用

在数控仿真和数控加工实训的教学衔接中，围绕教学目标组织教学，需要在教学进度上保持同步，课题任务内容上协调，如完成某课题任务需用课时数，在图样分析、工艺确定、编写程序等方面也需要一致，另外程序中的编写格式要求，刀具选用，工序安排等也需要统一。为此安排教师同时承担一个班级的数控仿真和数控加工实训的教学任务，从课程教学计划的制订到教学内容在每课时中具体实施过程，精心策划，合理安排，最大限度发挥教师的能力和作用。

四、结语

为使学生全面地了解和掌握数控机床的编程与操作技术，数控仿真与数控加工实训的教学衔接还有很多工作要做。在充分利用仿真软件和机床设备，提高教学效率和效果，发挥教师职业技能，使学生在有限的教学时间学到更多的相关知识和技能，提高数控操作技能水平等方面，还需要积极实践与探索，不断深化教学改革。

参考文献：

[1]马荣刚，张国林.仿真软件在数控专业实训教学中的应用研究[J].中国校外教育，2011（A，1）

[2]黄祥.数控加工仿真系统在数控技术教学中的应用探讨[J].菏泽学院学报，2012（5）

篇5

一、数控加工仿真系统软件的特点

1.数控加工仿真系统软件的优点：(1)实训基地建设投入少，却能做到一人一机，有利于提高学生的实际操作能力。(2)可以使学生达到接近实物操作的训练效果，且安全可靠。(3)能使抽象问题形象化，操作训练过程中允许出错。(4)通过动态的仿真操作使教学过程易教、易学，教学效果显著提高。

2.数控加工仿真系统软件的不足：(1)参数设置具有随意性; (2)学生无法通过仿真软件体会真实的加工环境; (3)不利于学生严谨、认真的工作态度养成; (4)先入为主，易淡薄安全意识。

二、数控加工仿真系统软件环境下的教学研究

1.运用数控加工仿真系统软件，采纳激发引导型教学方法。让学生了解数控编程与今后工作的密切关系，了解所学专业知识和数控编程及操作有着紧密的联系，使更多的学生对数控编程产生浓厚的兴趣。

2.运用数控加工仿真系统软件，循序渐进提高数控编程与操作能力。在教学过程中，教师先进行示范性操作，同时提醒学生认真观察，掌握操作要领。再让学生动手操作，进行模仿。当学生独立完成，兴奋不已时，及时表扬学生所取得的成绩。

3.运用数控加工仿真系统软件，营造情景教学氛围。在教学过程中，经常有意识地设置“陷阱”：故意少编一个程序段、参数输入错误等。若发生撞刀现象，让学生自己找出失败的原因，创设让学生尝试“挫折”考验的情境，让学生产生足够的自信和克服挫折的勇气。

4.运用数控加工仿真系统软件，提高学生解决实际问题、独立工作能力 。在上机前，教师应利用数控加工仿真系统进行相关操作演示，并在学生上机时进行巡回指导。学生在计算机上应用数控加工仿真软件进行编程与操作，遇到问题反复调试、相互探讨。学生掌握数控专业技能的同时，又提高了解决实际问题的能力。

5.运用数控加工仿真系统软件，教学中还应构建多元评价体系。第一，合理且有一定的弹性。答案不能限制太死，只要合理就行。第二，既要评价技能操作结果，又要评价技能操作的过程。第三，转换评价的主客体关系，对学生在实训过程中的技能操作情况及结果不仅仅由教师来评，还可以让学生自评或互评。

三、数控仿真系统软件环境中数控实训教学的改进措施

首先，教师应首先明确仿真软件与实际机床的区别，并引导学生进行相互比较，时刻注意这些差距，使学生认识到仿真软件的不足，并进行有针对性的训练，而不是完全依赖仿真软件。

其次，在应用数控加工仿真系统软件时，重视安全教育、规范化操作，让学生养成良好的机床保养与维护习惯。

篇6

关键词：数控技术 ；仿真软件； 数控教学

数控技术自问世以来，给世界各国制造业带来了革命性的变化。现在数控技术已成为制造业，特别是先进制造业的核心，也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。企业的制造能力、适应市场能力和竞争能力都是建立在数控技术之上。随着我国制造业的蓬勃发展，需要大量掌握现代化制造技术的人才，特别对一线数控技术工人的需求量非常大，这就要求中等职业学校培养具有高技能的技术人才。但许多中职学校由于条件的限制，只能传授理论知识，而缺乏实践，学生的实际操作能力欠缺。因此，探索出一种投入小、见效快的教学模式势在必行。

一、数控教学中应用数控仿真软件在的优点

要学好一门技术就要经过大量的实习实践，而数控技术更是一门实践性强的课程，良好实习环境是数控教学必不可少的条件。而数控实习设备属于的高科技产品，价格高，一台数控车或数控铣至少在10万左右，而一台数控加工中心要30万左右，多则达数百万。一般中职学校购置数量不多的几台设备让学生实习。从数量上和成本安全性上考虑，都不大适合学生的普及性教学和实训。如果数控机床的实训完全按照实操进行，需购置大量设备来满足学生实习，这样投入大、消耗多、成本高，一般学校难以承受，而使用数控加工仿真系统是解决此不足的主要途径。它既能解决实训设备不足、学生实习时间少的问题，又能解决初学者由于对数控系统及操作面板不熟悉而造成安全问题，提高学生对数控系统操作及控制面板的熟悉度，让学生大胆地通过仿真对所编程序进行验证，使实习的安排达到多样化，提高学生的学习兴趣和编程能力，使数控技术的教学投入少、见效快，是一种经济实用、安全可靠、功能多样的教学辅助工具。

二、在数控教学中的应用数控加工仿真软件方法

在学习数控加工仿真软件前，一般是学生完成了专业基础理论教学（如机械基础，机械制图等）、专业基础实训教学（如钳工，普通车工等）的基础上进行的，仿真教学的目的是充分利用现有的资源，训练学生实习操作的技能技巧。怎样运用好数控加工仿真系统，使其发挥最好效果，具体应做如下几点：

1.在数控教学初期

在教学初期，主要以理论教学为主，学习数控编程的理论知识（如指令格式、编程方法等问题），一般安排15课时左右。但同时在教学中应穿插数控仿真系统的学习，仿真系统主要解决软件的安装及基本的使用问题。可先用多媒体将数控仿真软件对学生进行集中训练，使学生对仿真软件的使用有全面的了解，然后让学生上机练习仿真软件的使用。

2.教学中期

经过初期的系统学习后，学生基本掌握了数控机床面板及数控仿真系统的操作方法，数控教学应将理论与仿真有机结合起来，理论教学以编程方法和工艺为主，而仿真训练主要进行程序的输入、校验等练习，同时让学生了解不同数控系统（如法那克、西门子、广数、华中等）的操作方式，将理论与实践结合起来。

3.教学后期

数控加工仿真软件只是一种模拟教学软件，是对加工过程的模拟，并非真实的加工过程，它不可能完全代替教学，尤其是数控加工实训。在数控教学中，往往由于过分依赖仿真系统，而忽视了机床加工练习。因为仿真系统与实际机床有着本质的区别，仿真系统无法替代学生在机床上加工时的真实感受，特别在切削用量的选择方面。因此，教学后期要合理安排时间，将仿真训练与实际数控机床操作训练有机结合，尽量让学生在机床上进行零件的加工训练，而仿真系统此时只是对程序验证的工具，学生可先在仿真系统上将零件模拟加工出来，然后再上机床实际加工，这样可以保证程序的正确性，减少在加工的过程中因程序问题而造成的安全事故。

总之，把数控仿真软件用于数控教学中，将有利于改进教学方法，提高教学水平。但同时要正确处理仿真与实际操作的关系，不能用仿真软件完全代替数控实习，应合理安排仿真与实际操作的时间。教育是高投入、高产出的行业，如何利用现有的资源和设备，以最少的成本，培养具有现代化数控技术应用和开发能力的新型机电一体化人才，是我们职业教育探索的方向。

参考文献：

[1]劳动部职业技能开发司《数控车床生产实践》北京.中国劳动保障出版社. 1997年

[2]劳动和保障部教材办公室《数控加工工艺学》北京.中国劳动保障出版社. 2000年

篇7

数控技术是先进制造技术的核心，世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力、适应市场能力和竞争能力。随着我国加入世贸组织，综合国力进一步增强，我国经济全面与国际接轨，并正在成为全球制造业中心，进入了一个空前蓬勃发展的新时期，这必然对掌握现代化制造技术的人才、特别对一线数控技术工人形成了巨大的需求。

二、数控技术实践教学现状

基于数控技术在机械制造业的重要性，现在我国很多院校以及职业类学校都开设了数控技术课程。在学校，学生可以通过以下几种途径获得数控技术能力。一是有合适的实习基地，但在目前国内很难有这样的基地，即使有，也只是集中在经济发达地区，且数控系统单一；二是学校从有限的资金投资购买数控机床，加工中心等建设教学实践环境。此类的数控设备价格昂贵，即使学校买回几台，无论在数量上，还是从成本、安全性上考虑，都不大合适学校的普及型教学和实践。因此，如何提高和改善数控技术课程的教学环境，使学生能学有所练，学用结合，是数控技术教学工作面临的一个非常的难题。

职业院校如何更快更好地培养出满足市场需要，掌握数控机床编程、操作与维修等技能的人才，早已是数控教学工作者研究的课题。本文讨论的是采用数控仿真软件将数控教学与实际操作有机地结合起来，提高数控教学水平，培养高素质的应用型技术人才。

三、仿真软件在数控技术专业教学中的优势

（1）减少高额的设备投入，解决实习设备与学生人数不成比例的问题

由于数控设备属于集机电、通讯、传感于一身的智能化产品，它具备“高速、高效、高精度”的加工特点，这就决定了其高额的成本。因此，数控专业的的实训教学若单单依靠购买数控机床则投入过大，若采用数控仿真进行实习教学可以很好的解决这一难题。

（2）提供多种机床多种系统，解决设备型号单一，学生的知识面狭窄等问题

由于数控技术发展迅速，目前市场上的数控设备型号多样，并且数控系统更新较快，对学校而言不可能将所有系统配齐。这就导致学生所学与工厂所用不符。而数控仿真系统则具备“一个软件多种系统”的优势。如上海宇龙仿真软件就拥有FANUC、PA、SIEMENS、华中数控、广州数控、大森数控等多种数控系统，可以实现对车、铣、加工中心等多种型号机床操作过程的仿真，弥补了实习设备型号单一，学生的知识面狭窄等问题。

（3）实现虚拟加工，减少实训费用

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，它完全模拟零件的切削过程，能检验指令正确与否，并用三维动画实时模拟显示程序路径和工件图形，从而真实的再现了零件的加工过程，并且在模拟加工过程中不会有机床、刀具、材料的损耗，极大的减小实训费用。

（4）安全性高，便于初学者学习

由于数控加工仿真系统是一种虚拟加工技术，所以学生的错误操作也不会损坏机床，更不会造成人身伤害，使学生可以抛开思想包袱大胆地、独立地进行练习。

（5）可对程序校验、模拟加工，减少占机调试时间，提高加工效率

在实际加工时，一般要反复检查程序，并利用机床的图形模拟校验功能来检验程序的正确性，这就导致占机调试时间过长。并且图形模拟也无法对刀具的干涉、运动中与夹具的碰撞、工件上一些细小的结构等进行全面真实的反映。所以在加工之前，可以将程序输入仿真软件，先模拟加工，观察零件的加工过程，并初步检验零件的形状尺寸，最后将正确的程序导入到数控机床中，既可节省时间提高加工效率，又保证了加工的安全性。

四、仿真软件在数控技术专业教学中的不足及弥补措施

（1）仿真加工缺乏真实感.学生安全意识淡薄

实际加工中操作人员必须严格按照安全操作规程进行加工，并要求其具备相应的“听辨能力”，能根据机床不同状态下发出的声音及时调整参数，减少机床发生故障和停机的概率。而在仿真中，便无法学习到真正的“听辨能力”，并且一些严格的操作规程也无法得以实施。如加工过程中不要把头和手随意伸进机床中、加工前关闭机床安全门等，这些环节在仿真时往往都可忽略不计，而对于在练习时出现的撞刀等现象也毫不在意。如果学生的不良习惯一旦养成，会在实际生产中造成重大损失。

（2）工艺参数设置随意，无法保证产品质量

利用数控加工仿真系统进行编程与操作练习时，往往容易忽视切削用量、刀具的选用，零件的装夹等问题。同时仿真软件也无法判断工件的表面粗糙度、矫正尺寸精度等。如果学生在仿真时忽略了这些内容，在实际机床上加工时也会不自觉的忽略这些对数控加工十分重要的部分，从而导致加工的工件无法达到尺寸精度要求，更有甚者发生碰撞等事故。

（3）仿真加工与实际机床有一定差异，易使学生产生错觉，影响教学质量

由于虚拟加工技术起步较晚，现在的仿真软件与实际机床还存在一定差异。如利用车刀在数控仿真系统上加工工件时，只要背吃刀量不大于刀刃长度就可以直接切削。而在实际数控机床上加工，则会因为受到机床、刀具和材科等性能的影响，不可能选取太大背吃刀量。再如切断刀在实际加工中只能用来切槽或者切断加工。而在仿真系统中即使用来车削外圆也不会有错误提示。又如实际加工中，G00无法完成工件的切削加工，而在仿真时即使错误的使用G00切削工件，照样可以完成切削而不会报警。

五、结束语

因此，数控仿真软件在数控技术专业教学中的合理应用，既可以提高数控人才的培养质量和效率，还可以缓解学校的经济压力，但其缺点也不容忽视。只有在教学中将仿真训练与实践操作训练有机结合，摆正仿真软件在整个专业教学中的位置，才能充分地发挥其作用，才能真正为教学服务。

参考文献：

[1]吴波，伊延吉.仿真软件在数控教学中的应用浅析[J].科技信息，2010（19）

[2]田吉花.数控技术人才的需求状况分析[J].辽宁高职学报，2008（7）

篇8

关键词：UG软件 数控加工 仿真分析 三维数控

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0072-02

数控技术是一种基于电脑程序控制机器对机械零件进行加工的过程，与传统机床相比，数控加工具有加工精度高、可加工复杂、不规则零件、效率高、可实现多轴同时加工等多个优点，经过多年发展，目前在零件加工领域中已经得到广泛的应用。五轴联动数控机床有高效率、高精度的特点，其出现适应了现代加工的要求。但加工过程中可出现碰撞、过切等，影响到零件加工质量。UG是综合CAD/CAE/CAM为一体的参数化软件，运用UG对五轴联动数控机床加工过程进行模拟仿真分析，能够更好地检验数控机床操作的正确性，保证数控程序的可行性，满足零件加工的要求。

1 虚拟数控机床仿真

数控机床加工过程中，为保证数控编程的正确性，需对程序进行检验。传统的零件程序检验主要是采用“空运行”或“试切”的方法，但前者只能粗略地估计机床运动的正确性，后者虽较为精确，但需要耗费材料和时间，成本较高，效率低，还存在一定的安全隐患。

虚拟数控机床是以仿真技术为基础随着虚拟制造业的发展而发展起来，利用虚拟数控机床可实现数控机床生产全过程的模拟仿真分析，通过虚拟环境下的数控机床加工全过程仿真分析，能够较为精确地对零件程序进行检验，发现其中的错误，有效地避免现实生产中存在的刀具干涉、碰撞及过切、欠切等问题，提高数控加工的质量，且仿真分析过程中不需要使用真实的材料，速度更快、效率更高、成本更低，有利于实现制造系统的集成[1]。UG是当前较为流行的三维模具设计软件，在虚拟数控仿真分析中，CAD/CAM软件只能对道具路径进行仿真，而运用UG，可将三维设计与数控仿真加工结合在一起，弥补CAD/CAM的不足，更好地对零件程度进行检验。

2 UG在数控仿真中的应用

利用UG进行数控仿真分析的过程主要包括基于UG的数控编程和基于UG的数控加工过程。在UG系统中，CAM BASE是所有加工制造模块的基本框架，其有着强大的刀具轨迹生成方法，基于UG的数控编程过程主要包括设置CAM环境、选择道具、建立父节点、创建操作、生成和检验刀轨等过程。

设置加工环境是UG数控仿真中创建操作的基础，启动UG/CAM模块后，在“Machining Enviroment”对话框中制定加工环境，通过选择相应的配置（cam general）确定设置的类型和操作的类型，再选择相应的设置（mill multi-axis），完成CAM环境的设置。

在设置好的CAM环境中，选择“operation Navigator”，切换到Machine Tool视图，根据数控加工工艺的实际需求，从UG刀库中调出相应的刀具；

父节点组的创建包括创建几何体、设置加工坐标体系和安全平面、选择加工及参数配置等，数控加工中几何模型一般包括零件、毛坯、夹具，构成两个包含了引用零件信息的装配主模型。主模型只可读，不能进行修改，其作用主要是对零件设计标准进行保护，编程人员可通过对装配文件的修改对几何模型进行装配；完成几何体的建立后，进入Geometry视图，选择“MCS”打开“MILLORIENT”，对加工坐标系原点和安全平面的位置进行设置；在切换到Method视图，选择数控加工的所需的加工方法，如精加工、粗加工等，在激活的设置窗口中，对加工余量、内外公差等参数进行设置。

操作的创建主要包括设置操作类型和设置切削参数两个内容，主要是根据实际需求，设置父几何体、刀具及加工过程中的相关参数。根据创建的操作，UG可生成刀轨，并采用图形化的方式显示刀轨。数控编程人员可采用静态材料去除、动态材料去除或高级重放等方法对刀轨进行检查；通过调用UG/Post模块，可生产相应的NC代码，完成机床系统的后处理。

由于数控机床中加工的零件结构较为复杂，生产过程中影响因素多，编程所设计的程序与实际加工情况可能存在一定的偏差，为保证的编程的正确性，还需进行加工过程仿真。首先根据机床的机构尺寸，建立机床几何模型；再利用Machine Tool Builder，通过设置机床零点、运动轴位置、范围、方向等，建立机床运动模型。利用后处理模块生成机床驱动文件后，启动UG集成仿真功能，对程序进行仿真分析，根据仿真分析结果修改NC代码中的错误之处，经过反复仿真分析和修正，最终生成正确的NC代码。

3 基于UG的三维数控仿真系统

3.1 创建三维仿真系统的步骤

3.1.1 仿真系统工作流程

三维仿真环境是基于计算机虚拟系统中，以不消耗能源和资源真实加工系统的映射，虚拟环境的操作应于实际加工系统所具备的功能相互一致。五坐标数控机床建立的仿真系统具体流程如图1。五坐标联动机床进行加工的零件极为广泛，可以综合考虑工件、道具等物品的外形、参数的变化，通过装配的形式把制作的CAD模型加入仿真系统内，从而提升仿真系统的灵活性。用户依照实际加工操作基于UG环境下创建刀具、工件等模型，进一步方便对这些模型的尺寸进行修改，在仿真系统的操作直视下，用户只要挑选最佳的部件和位置，就能把工件、夹具等模型装配至仿真系统的模板文件内。

3.1.2 初始化仿真环境

建立合理的仿真模型之后，应对UG环境展开初始化操作，随之进入运动分析模块。为了方便在仿真系统内合理控制机床的各个运动部件，在开展仿真操作前要对机床模型中的几何体实施遍历，随后获得相关几何体的指针。

3.1.3 解释NC代码语义

基于NC代码对整个机床加工环节进行仿真操作，必须准确解释机床NC代表代表的抑郁，把代码指令进行转化，从而得到机场不同轴的运动。机床NC代码是由大量繁乱的机床运动指令组成，每次读取的代码都必须进行语义解释，从而把NC代码内有用的控制命令和数据转换为机床各个轴的位移。

3.1.4 基于三维造型仿真加工过程

使用三维实体造型的办法，能在仿真环境内更改不同的视角并无需重新进行计算，准确表示刀具与工件之间的几何关系和位置。把NC代码予以转化成各个轴的位移，并对其运动情况实施仿真操作。在三维造型中把动画一帧帧的展示出来，并保存到UG后台数据库内。经过存储的仿真动画能够反复回放，可以根据各行的NC代码依次显示，实际显示时可以进行放大、缩小及变换视角等操作。基于三维造型对整个加工环节进行仿真操作，能够准确展现出空间内实体之间的位置关系，三维效果非常好。

3.1.5 干涉检查仿真过程

对仿真过程进行干涉和检查操作，主要是对加工操作中刀具、夹具、刀柄与工件之间进行干涉。因整个仿真过程采用三维实体造型的模式，因此干涉检查就是对机床模型运动时是否相交进行判断。采用模型的几何体指针，对加工环节内可能出现的干涉部件其位置关系展开检查计算。如果运动部件遭到干涉，创建干涉产生的实体，并通过UG系统获取干涉部位的深度、体积等相关信息，并输出形成干涉效果的NC代码，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据。

3.2 五坐标机床仿真系统实现

文中以五坐标联动机床为研究对象，为该机床建立仿真模型，同时为三元叶轮的铣削加工环节实施仿真操作。整体式三元叶轮形状非常复杂，具有大量的约束条件，因此加工难度较大，这是五轴数控加工操作中独具代表性的零件。根据数控机床具体的传动尺寸，基于UG环境创建仿真模型，对机床各个轴的运动方向及副作性质进行设定，同时把建立的模型存储为模板文件。五坐标联动机床的运动轴是由2个转动轴，和三个移动轴组合而成。根据实际机床部件的具体尺寸，使用UG/Modeling模块为机床部件创建各自的实体模型，随后使用UG/Assemblies模块把不同部件进行装配操作，从而形成完整的实体模型。在UG/Motion运动分析模块挑选工作台等机床部件定义成连杆，移动副由机床的X、Y、Z轴定义，B、C轴表示转动副，根据设定的机床传动轴运动方向进行操作，同时设定运动副其驱动方式是Articulation。

对仿真完成的机床模型进行保存，就能加载各类工件、刀具及夹具，如此采用同个机床对各类工件进行加工时，不需要反复创建仿真模型。通过UF_UI_FILENAME函数弹出的对话框，挑选应该装配的部件，同时输入待装部件的位置，采用UF_ASSEM_assembly函数对部件进行装配，并把部件实体指针设置为运动副。若装配部件有必须隐藏的地方，可通过UG中Blank命令对其进行隐藏操作。

4 结语

随着现代工业的快速发展，零件的结构越来越复杂，对加工精度的要求也更高。基于计算机控制技术的数控加工机床较好地满足了现代加工业的需求。但由于零件结构复杂多变，且实际加工环境较为复杂，为保证零件程序的正确性，需对零件程序进行检验。基于UG建立的数控加工仿真模型，可以对整个加工过程机床干涉、碰撞等情况进行检查，为合理修改刀位提供有效依据，提升整个数据加工的工作效率，具有优良的实用性。

参考文献

[1] 陈常标，王保民，孙柯，等.基于UG和VERICUT数控加工与仿真研究[J].机械工程师，2014（11）：174-176.

篇9

关键词 数控加工模拟仿真 数控加工技术 中职

中图分类号：G718.3 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2013）12-0018-02

数控专业学生面临理论联系实际的问题，如果学生能掌握数控仿真模拟软件的使用方法，就可以独立练习编程、操作机床进行切削。通过对南京斯沃数控仿真软件在教学中的长期应用，我发现传统的机床操作培训方法效率低、教师工作量大、费用高，在此给老师和学生推荐一款更适合教学的数控仿真软件，为数控专业的学生操作初期进行仿真练习提供方便。

一、数控加工仿真系统

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，利用计算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅可以迅速提高被培训人员的理论、操作水平，而且非常安全，可靠性好，培训费用低。目前在国内已经出现了各种数控加工仿真教学系统，如上海宇龙、北京斐克、南京宇航、广州超软、南京斯沃等不同的数控加工仿真软件。上述这些教学系统既能单机系统独立运行，又能实现在线运行。其培训设施只需一台计算机，数控机床模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模拟通过三维动画演示。实践证明采取这种方法能进一步提高操作者的实际操作技能。

二、数控加工仿真系统构建

虚拟数控初床一般是通过以下的构建平台来实现上述功能：

1.NC解释平台。NC解释平台包括NC解释器和NC验证器。任务分配数据库从任务调度中接受数控代码并将其翻译为虚拟机床的部件、刀具等运动的信息，并将其通过计算模块来模拟机床的响应，NC解释器能够被自由地配置，从而能够模拟任何一种数控机床的CNC控制器。

2.NC验证器。能够验证NC代码的语法是否正确。

3.刀具库。刀具库应包括一台数控机床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具库中的刀具号，从而能模拟多种数控机床的换刀形式及切削加工的要求。

4.仿真平台。仿真平台包括刀具轨迹仿真、切削力仿真、加工精度仿真、三维动画仿真、加工工时统计分析。仿真平台是虚拟数控机床的核心技术，操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等的仿真，从中获得相关的加工数据。如进给轴的位移、换刀状态、主轴转速、进给量、切削时间，通过加工过程的仿真，了解机床的操作，验证NC代码的正确性。

5.计算平台。计算平台用来完成虚拟数控机床中各种计算，如根据NC代码计算力旺琴件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、琴件的材料性质和网滑介质的性质计算刀具补偿。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中加工方案评价以及可制造性分析所必须的。

6.操作运行平台和监控平台。在虚拟环境中完全实现真实机床上的监控硬件和软件控制简易机床来增加虚拟数控机床的真实感，并且可以进行典型零件的实验加工，让初学者有种身临其境的感觉。尤其是为初学数控编程者实际调试加工，节约了大量的材料和能源。

三、数控仿真系统功能及在教学中的应用

1.界面友好、新颖，画面视觉上呈淡蓝色，三维立体感较强，CRT显示面板、操控功能面板可随鼠标做拖动，随时进行隐藏、显示移动，机床操作界面也可实现全屏幕及缩放。值得一提的是系统上集成了各种数控机床制造厂商的操控面板。

2.数控仿真系统的刀库有自定义功能，可以自己定义刀杆长度，刀片厚度，刀片类型，甚至刀片边长。在参数设置里增加了刀架的前、后位变化，刀位数也可选四工位、八工位。

3.对刀与建立工件坐标系的易操作性和准确性是软件的一个重要功能。使用表明，数控仿真系统的失误率是最低的，几乎达到100%，这里需要说明的是，软件只要鼠标移动到切削层，数值就自动显示出来。软件还有一个对刀的快捷方法，就是点击“功能”，点击一下“快速对刀”按键，当前刀具即可快速移动到工件的大径或中心，各种刀具均可使用此功能，十分方便。

4.数控仿真系统网络教学功能：（1）用户管理。通过服务器注册用户名和密码，学生可以在局域网内任何一台PC登陆数控仿真系统网络版，达到统一管理与监控。（2）习题管理。服务器可以增加、编辑习题。教师发送习题图片，学生答题，互发解答，方便与学生的交流。（3）网络监控。可根据注册信息，记录学生操作过程，服务器远程控制和查询学生的登陆和退出以及加工操作，同时教师可以对多个屏幕广泛传授教学。（4）考试考务系统。包括题库管理，试卷管理，考试过程管理，数据管理，准考证管理，考试成绩管理以及试卷自动评分技术，这些问题可以轻松解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。

从我校引入数控仿真系统效果看，数控仿真软件在整体上有软件界面细腻，三维造型做得形象、新颖的优势。无论是程序调用、操作、对刀、运行都很贴近实际机床功能，仿真范围也比较宽泛。学生在学习数控编程理论时，课堂的教学变得更加生动、更加具体，激发学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高。同时该系统还可以减轻老师的工作强度，减少工件材料和能源的消耗，节约了实践环节培训成本，效果十分显著，成为数控教学中一种不可替代的重要手段。

参考文献：

[1]黄筱调，赵松年.机电一体化技术基础及应用[M].北京：机械工业出版社，1994.

篇10

【关键词】教学系统；WEB；数控机床

1.前言

数控技术是制造业实现自动化、高效集成生产的基础，也是提高劳动生产率和产品研制周期的重要手段；制造装备的大规模数控化，使企业急需一大批数控编程、数控设备操作以及维修人员，而传统的机床培训设备存在集成度低、培训效率低等问题，已经不能满足不断增长的数控培训需求，网络辅助教学应运而生。

2.国内外数控加工仿真的研究现状

国际上关于数控加工仿真的研究是从七十年代开始的，其目标都是试图将数控加工过程以图形方式直观形象地表现出来，从而检查加工程序中的错误，即所谓的图形仿真验证。

早期多数CAD/CAM采用了一种比较简单的方法，即用线框图来实现数控加工仿真和验证。在实际验证时，刀具轨迹通过显示刀位点之间的矢量来进行模拟，刀具的线框图也能显示出来，再加上所加工的线框显示，刀具所加工的部位和加工方式都可以比较清楚地反映出来。但是，一旦零件比较复杂，表示零件和刀具轨迹的线框图就会互相重叠，难以辨认工件的实际形状和刀具的加工轨迹。使得检查工作变得十分困难，甚至完全不可能[1]。

正因为这样，后来的研究大多采用实体模型表示法。实体造型中最常用的方法有：边界表示法（B-Rep）、体素构造法（CSG）、混合建模法（Hybrid Model）和空间单元表示法[2]。

在实现数控加工仿真的方法中，最基本的就是应用实体造型中的布尔运算。这一技术的实质是通过执行工件模型与代表刀具运动的扫描体序列模型之间的直接（物空间）布尔差操作来完成仿真加工过程[3]。这种方法最大的缺点是它的计算量过于复杂，几乎不能投入实际应用。

因此许多人开始使用离散实体模型的方法来改进仿真执行的速度。又根据离散方法的不同，产生了物空间布尔运算（Object Space Boolean Operations）和象空间布尔运算（Image Space Boolean Operations）两种布尔操作手段。

但是，这种方法的运算量还是相当大的，依然不能保证实时的仿真效果。通过将实体离散在象空间进行布尔操作，可以比较明显的改进NC仿真的效率。该方法使用z-buffer消隐思想，将实体按象空间的像素离散为z-buffer结构。这样计算被简化为视线与代表实体的图像空间的表面的求交。沿着每一条视线，布尔运算可以在一维空间进行。所以具有比较快的运算速度。

数控仿真软件主要分成两种，一种是集成到CAD/CAM软件中的，如国外的Pro-E、Ideas、Mastercam等软件和国内的北航海尔软件公司的CAXA、天津大学[4]的“回转体零件的CAD＼CAM系统”等都集成了加工轨迹仿真的功能；另外一种是独立的数控加工仿真软件，如华中理工大学数控技术研究所[5]的“NC铣削加工切削过程仿真系统”；哈尔滨工业大学[6]的“基于微机的三轴数控铣削仿真系统”等。这些软件借助于强大的三维造型功能，采用实体造型的方法实现了数控加工过程的仿真。

总体来讲，以上仿真软件的共同特点是专业技术性强，集成化程度高，集CAD/CAM于一体，但价格昂贵；虽然融合了刀具轨迹的三维、二维仿真技术，但并不适用于数控编程和机床操作人员的培训。

3.数控教育与培训的发展现状

目前，数控技术人才来自两种渠道，其一是由高等院校、中职学校的数控专业培养具有一定学历的人才；其二是社会上有关培训机构及院校开办的各种中短期的数控培训班培训的人才。然而，虽然我国各高校、高职、中职加大了培养数控人才的力度，但始终不能满足我国数控人才的需求，主要原因如下：

（1）我国经济快速发展，逐步成为世界制造中心

进入新的世纪以后，随着我国综合国力的进一步增强，我国经济全面与国际接轨，并正在成为全球制造业的中心，这必然对掌握现代信息化制造技术的技术人才、特别是对大量的一线技术工人形成了巨大的需求。

（2）教学体系结构不能满足数控用人单位的需求

很多学校把实训重点放在数控机床操作方面。事实上，数控机床是一种先进的自动化设备，其操作非常简单。用人单位真正需要的人才应该具备精通数控加工工艺（如工艺路线选择、刀具选择、切削用量设置等）、模具设计、CAD/CAM与数控自动编程、数控机床机电设计与联调技术、数控机床的维护、维修技术等工程素质。

（3）数控教材更新缓慢，数控师资力量有待进一步提高

目前，可供数控系统原理、数控机床机电控制技术、数控机床故障诊断与维护和数控人才实训等课程选用的教材还有限。而且，许多现有数控教材内容比较陈旧，结构上也存在一定的缺陷，根本不适合用于培训企业急需的高水平实用人才。现在各学校的数控教师主要是从事各高校机械或机电专业毕业的本科生或硕士研究生。这些教师具有一定的基本理论知识，但数控实践能力欠缺。

（4）数控实训设备的数量不足，设备种类少

受数控人才需求增长的拉动，各职业院校均建有不同规模的数控培训基地。各院校为了与企业尽可能保持一致，以达到培训效果，在培训硬件选型方面逐步趋向全部采用工业用数控机床和加工中心，而且培训基地往往以加工设备配备进口数控系统为主，由于数控设备昂贵，学校购置数量有限，没有实践体验很难获得良好的教学效果。因此，对于数控培训我们要用专门的数控培训设备。这样既可以减少经费开支又能够实现对学员数控机床操作和维护能力的培养。