数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用（精选8篇）

篇1：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

虚拟数控机床实际上是虚拟环境中数控机床的模型。与真实机床相比，虚拟数控机床具有以下的功能和特点：

虚拟数控机床具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失，并与真实机床有完全相同的界面风格和对应功能，如动态旋转、缩放、移动等功能的实时交互操作，从而为学员的学习和培训提供保证。

机床操作全过程仿真。仿真机床操作的整个过程：毛坯定义，工件装夹，压板安装，基准对刀，安装刀具，机床手动操作。

丰富多样的刀具库。系统采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库，含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀，同时还支持用户自定义刀具及相关特性参数。

全面的碰撞检测。手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀炳刀具与夹具、压板、刀具，机床行程越界，主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。出错时会有报警或提示，从而防止了误操作的发生。

强大的测量功能。可实现基于刀具切削参数零件粗糙度的测量，能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。

具有完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数，并能将其他CAD/CAM软件，如UG、Pro/E、Mastercam等产生的三维设计后置处理的NC程序，直接调入加工。

实用灵活的考试系统。可用于远程网络学习、作业、考试等功能，并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能，轻松实现无纸化的考核与测评。

虚拟数控机床强大的网络功能，可实现远程教育。不仅在局域网上具有双向互动的教学功能，还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能，数据传送可以采用卫星、宽带(ADSL,ISDN,有线CABLE等)或窄带互联网(56K Modem)等方式进行。这使得远程教学成为名副其实，它代表未来教育的发展方向。

4 结束语

鉴于虚拟数控机床具备如此出众的功能，针对目前各院校数控教学课程和参加数控实习学生人数不断增加的现实，以及数控机床精密、昂贵的特点，把数控加工仿真系统软件引入到教学之中，使之用于数控机床编程与操作培训，无疑是个明智之举。这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。同时由于其成本较低，可以大量地配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题，使每位学员都能有足够多的实践机会，因此能够让学生更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法。其更大的好处还在于，在实现了同样培训效果的情况下，将加工出错率及事故发生率降低到了最低程度。

从我院使用后的效果看，数控仿真系统的引入，使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，提高学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高。在学习实际操作时，由于仿真软件不存在安全问题，这使得学生可以大胆地、独立地进行学习和练习，并能自我检测加工零件几何形状的精度，对学生机床操作能力的培养，起到了极大的提高、加强作用。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，节约了实践环节的培训成本，效果十分显著。相信不久的将来，它必将成为数控教学中一种不可或缺的重要手段。

参 考 文 献：

1.曾小惠，吴明华，潘铁虹.在线数控加工仿真教学系统的实现，

2.余勤科，岳应娟，刘宏.虚拟数控机床技术及其应用，

3.王晓楠，王仲海.虚拟现实技术及其应用，

4. 袁修干，人机工程计算机仿真

篇2：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

关键词：数控教学 数控加工仿真软件 鉴定 应用

全球知识经济的发展，使机械工程成为一个跨越机械、电子、计算机、信息、控制、管理以及经济等多学科的综合技术应用学科，数控加工应用技术专业应运而生，这对传统意义上的机械加工专业教育提出了新的更高的要求。株洲技术学院抓住机遇，锐意改革，积极探索数控加工专业技术人才的培养新模式，着力培养中级、高级各层次的宽厚型、复合型、开放型和技能型的数控加工应用技术人才，为国家经济建设输送一大批应用型技能型人才。

我院自起，开始培养数控加工专业的学生，率先革新专业学科教学内容，积极进行数控加工技术教学模式的改革及数控加工仿真系统在数控教学与鉴定中的应用研究，取得了良好的教学和鉴定效果，受到了学生、家长及社会的欢迎，使数控专业成为我院的拳头专业之一，数控专业的学生占我院三千学生总人数的三分之一，用以满足数控加工人才的培养的社会之急需。

一.问题的提出：

随着科学技术的发展，数控加工技术正在得到广泛的应用。数控人才成为劳动力市埸急需的人才，如何尽快地培养出满足市场需要、掌握数控机床编程知识和操作技术的数控技能型人才成为数控教学工作者必须研究的问题。作为数控编程与操作的专业教师,深感如何将数控编程教学与数控机床操作实践有机地结合起来是值得我们认真探讨与研究的。

由于数控机床是一种新型工艺装备，故数控技术工人的培养和数控机床的教学还处在刚刚起步的状态，如何利用数控加工仿真系统进行教学和鉴定更是处在探索阶段，因此有必要对数控教学模式、教学手段和教学方法的完善进行有益的探索，创新数控专业的职业技能鉴定的工作方法，建立一套完整的数控教学与鉴定新体系。

数控机床属于高科技产品，品种多价格高，一台数控车床或数控铣床一般需二三十万，一台数控加工中心也是少则几十万多则几百万。数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练，投入大消耗多成本高，即使是实力雄厚的培训院校和企业既无必要也无力承担起此种消耗与投入。因此探索一种新的数控加工技术教学模式来达到投入少、见效快、培养的学生适应性强、企业欢迎的教学模式势在必然，这种教学模式应当既区别于传统的机械加工培养模式又与一般的机电专业有不同。运用数控加工仿真系统教学是解决这一问题的重要途径。它既能解决学生实习时不熟悉数控系统操作及控制面板的问题，又可以大大提高学生的学习兴趣，还能提高学生的编程能力及对不同数控系统不同数控机床的适应能力，是一种有效地进行数控实习的前期教学的一种良好尝试，也是进行数控机床专业职业技能考核的一种有效的手段。

二.数控加工技术教学模式的确定：

职业技术教育的数控加工技术应用专业的职业培训是使学生获得数控技术应用专业职业技能，获得利用这种专业技能生存与发展所需要的保障，即学到一种先进的为社会所急需的谋生的技能。为此，我们对数控加工应用技术专业的教学模式进行了积极的探索与研究，旨在建立一整套适应教学和鉴定的合理完善的数控机床专业的培训及鉴定的体系。我们的指导思想和目标是：

1.全面改革数控加工技术教学模式，实现两个转变，即将理论教学为主向理论教学与技能训练并重的转变，将技能训练的纯操作与纯消耗向运用数控仿真系统检验编程效果结合数控机床进行训练的转变;

2.改变原有的授课内容和方法，将传统的机加工工专业的教学内容加以整合，充实数控加工技术相关的必不可少的教学内容，辅以一系列计算机辅助的多媒体教学手段;同时全面改革数控编程与操作课程的教学内容与方法，变传统教学方法为现代教学方法、变空对空编程为培养综合编程能力即时检验编程效果的方法;

3.摈弃演示性编程，建立包括常规编程、综合性编程、设计性编程、实用性编程在内的编程体系，提高学生的动手动脑能力，为塑造具有实用性、创造性精神的中、高级数控编程与操作技能型人才打下扎实的基础。

4、拓宽学生的就业能力，使他们能很快适应不同企业不同数控系统的数控机床的操作或编程，有较强的工艺和现场问题的处理能力，有较强的计算机设计与制造应用能力。

我们的具体做法是：

(一)、正确确定数控加工应用技术的专业位置：

1、数控加工应用技术专业领域职业岗位的定位：

数控加工应用技术专业领域一般主要有以下职业岗位：普通机床及数控机床操作人员、数控编程工艺人员、数控设备维修人员、数控设备营销人员、模具设计与制造人员。

根据数控人才市场需求的调研情况，结合中技及中职、高技及高职教育的特点与定位，本专业主要定位为：培养岗位适应性较强的、紧缺性较大的、具有一定加工工艺知识和数控加工操作、编程技能兼有普通机床操作技能、CAD绘图技能的 “技术技能型”人才。

修业年限与层次：初中毕业三年(中职、中技)、初中毕业五年(高职、高技)、高中毕业三年(高职、高技)。

培养目标：本专业领域方向面向制造业，培养德、智、体、美全面发展，具有与本专业领域方向相适应的文化水平与素质、良好的职业道德和创新精神，掌握本专业领域方向的技术知识，具备相应实践技能以及较强的实际工作能力，掌握数控机床的工作原理和结构知识，掌握主要数控系统的特点、具有一定数控加工工艺知识，具备普通机床操作、数控机床的操作、手工编程、自动编程、CAD绘图能力。能够获得国家数控车工、或数控铣工中级即四级(高技为高级即三级)CAD中级(或高级)职业资格证书。

职业面向：主要就业岗位为：数控加工工艺与数控加工程序编制;数控机床的操作

其它就业岗位：普通机床的操作、CAD绘图员、CAD/CAM软件应用;数控系统或设备的销售与技术服务工作;车间生产组织与管理工作。

2、数控加工应用技术教学模式的确定：数控加工应用技术教学模式应当是既与传统的机加工专业有所相同，又与其有所区别新型教学模式。在教学模式的运用时我们综合参考了德国的教育模式。德国没有CNC技术应用这个专业，他们统称为金属切削技术工。CNC技术需要相应的理论知识和金属加工的实训经验与技能作为基础。因此学生在学习CNC技术之前除完成专业制图、专业数学、机制工艺、金属工艺学等课程的学习之外，还要完成大量的钳工、车工、铣工等机加工实习。

篇3：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

1 数控机床电气仿真软件功能

我们采用了斯沃数控机床仿真软件中的电气仿真。该软件依据数控机床的电气安装、参数调试、故障诊断与维修的真实过程为蓝本，凝结了一线工程师调试实践经验，利用计算机三维虚拟现实技术，将电气安装、调试、维修过程在计算机上真实仿真，学生可以每人一台计算机进行电气仿真，先分析电气原理图，然后选择相应的电气元器件，连接导线，最后进行参数设置、调试运行，整个过程满足数控系统的实践教学要求，加深了数控系统控制原理的理解与掌握，有效地将理论与实践结合起来，节约了实践教学资源。

2 仿真软件在数控系统中的应用

现以数控系统电气连接中的主轴变频器试验为例，展示了从电气图到设备连线再到参数设置调试，实现主轴控制的完整过程。该实例在Win 7操作系统环境中，采用数控SIEMENS 802C铣床系统进行主轴的仿真控制。

2.1 数控铣床主轴控制主电路分析

SIEMENS 802C数控铣床主轴的旋转运动由4KW变频主轴电动机实现，为无极变速。

从主电路入手，根据主轴电动机、伺服电动机等执行电器的控制要求，分析控制内容，控制内容包括启动、方向控制等。图1是主轴电气控制中的强电回路。

主电路中QS为电源总开关，QF1为主轴强电，作用是接通电源及短路、过流时起保护作用。TC为三相变压器，将交流380V变为交流200V, AC220V通过电源开关输出DC24V电源给西门子802C数控系统、继电器模块、伺服模块提供电源。FU1空气开关为电路的短路保护。在图中，先将QS、QF1空气开关合上，当机床未压限位开关、伺服报警、急停未压下、主轴未报警时，将图1中的主轴变频器加上AC380V电压；若有主轴正转或反转及主轴转速指令时（手动或自动），图1中的PLC输出主轴正转Y10有效或主轴反转Y11有效，主轴转速指令输出对应于主轴转速的直流电压值（0～10V）至主轴变频器上，主轴按指令值的转速正转或反转；当主轴速度到达指令值时，主轴变频器输出主轴速度到达信号给PLC，主轴转动指令完成。主轴的启动时间、制动时间由主轴变频器内部参数来设定。

系统发给数控机床的正反转信号可通过继电器模块的Q0.0、Q0.1接口连接的继电器KA1、KA2来控制机床实现动作。

2.2 元器件的选择

在电气仿真软件中，点击西门子802C铣床，打开仿真界面，拾取为放置元件图标，在窗口的左侧跳出元件的选取窗口，通过选取相应的元器件。根据电路分析，该实验中将选用一个SIEMENS802C铣床系统，一个东元变频器7200MA (380V/5.4HP），一个GA85变压器，一个HR-31总电源开关，两个开关电源S-201-24，一个XA-350继电器模块，低压断路器两个（DZ47-63-D32、DZ47-63-C6），一个C703090009-7.5刹车电阻一个以及一个端子排L1和一个端子排S1。

2.3 线路连接

在线路连接时，所有元器件按照上进下出的原则连接，接地端子全部接地，在仿真软件中选用进行电线的颜色和粗细设定，连线时可采用Ctrl+G快捷键保证电线的横平竖直，按步骤连接好的主轴变频器电器连接见图2。

具体连接步骤：

1）主轴电机的连接

先将总电源开关380V接到端子排L1.1、L1.2、L1.3端，从端子排下端L1.2、L2.2、L3.2引出到低压断路器QF1 (DZ47-63-D32），低压断路器下端三个接口分别连接到变频器的R/L1、S/L2、T/L3，变频器U/T1、V/T2、W/T3三个端口从端子排L5.1、L6.1、L7.1进，从L5.2、L6.2、L7.2出连接到主轴电机。

2）变压器、开关电源的连接

总电源开关三相380V从端子排L1.1、L2.1、L3.1进，从端子排L1.2、L2.2、L3.2出连接到变压器U、V、W，变压器的输出端取取任意两项U、W连接到S端子排S10.1、S11.1。从S10.2输出到FU1断路器DZ47-63-C6，断路器的输出端与开关电源的L端相连，从S11.2与开关电源的N端相连，两个开关电源之间相互并联。为保证系统供电，一个电源开关24V连接到数控系统的电源输入端24V，开关电源的COM端连接到系统电源的M输入端子；另一个开关电源24V端子从S线排S12.1进，S12.2输出到继电器模块的电源端子24V，开关电源COM端从S线排S16.1进，S16.2到继电器模块的电源端子0V。

3）数控系统与变频器的连接

数控系统X7接口中X7.4.56信号针与变频器中的VIN信号端子相连，X7.4.14信号针与变频器的GND1信号端子相连。系统的X100、X101、X200接口分别与继电器模块的S01、S02、SI信号端子相连接。而变频器中的1号、2号端子分别与继电器模块的Q0.NO、Q1.NO端子连接，变频器上的24VG信号端子连接变频器上的Q0.C、Q1.2端子。变频器上的B1/P和B2端子分别接到刹车电阻的两个端子。

2.4 参数调试

线路连接好后打开红色总电源开关，打开断路器，进行数据调试，其中主要对SIEMENS802C数控铣床系统和变频器元件进行数据参数的设定与调试。

1）数控系统

选取数控系统，通过鼠标右键进行调试，将跳出SIEMENS802C操作面板，解锁急停按钮，点击K1使能键，数控系统操作面板见图3。

在面板上选取按键，按后点击诊断→机床数据→轴数据，则可以对主轴参数按表1进行设置。

参数设定好后，点击，诊断→“∧”→调试→调试开关→确认，对调试好的数控系统进行缺省启动。

2）变频器的参数调试

变频器调试时，点击变频器上的“∧”按键→Reset→Prgmdrive→Dspc准备进行变频器参数的设定，在参数设定时，通过点击DspcJ进行不同参数的切换，“∧”键在相同参数之间进行变换或用于数据选择，数据输入后点击editenter，进行参数的输入接受。

当数控系统和变频器调试结束后，返回到数控系统，点击JOG模式，点击主轴正转，此时，主轴电机没有任何反应，主要原因是没有设定主轴的初始转速。因此，点击→参数→设定数据，移动光标到“JOG主轴设定”一栏，设定初始转速900r/min，主轴电机开始转动，可以通过机床操作面板来进行主轴的停止与正反转，见图4，箭头表示主轴电机当前运转方向。

3 结论

通过数控机床电气仿真操作训练，达到以下几个教学目的：

第一，增强了学生对数控系统控制原理的感性认识，能够让学生更快地熟练电气原理图，通过对原理图的分析认识能独立地进行数控系统各部件的连接并且能够掌握数控系统的调试和运行方法，将书本模糊、抽象的理论内容变成具体形象的实践操作过程，充分调动了学生的学习积极性，提高了教学效果。

第二，真实再现完整的连接调试过程。数控机床仿真拥有与数控机床完全相同的机械模块、普通电器模块、西门子模块、FANUC-0i系统模块等。该软件形象地展示了数控机床的机械结构和数控系统的连接过程，学生运用电气仿真可以熟悉各元器件的三维CAD模型、主要参数和结构性能，根据电气图可以自由布局元器件、自由接线。由于在实验台实际操作中因为连线错误或参数设置错误可能导致实验台部分元器件烧坏，引起安全事故，而在仿真环境中学生参数可以进行反复的参数设置调试从而熟练掌握真实的机床连接与调试过程。

第三，为实验台的实际操作做好充分准备。学生通过熟练的仿真连接和参数调试能将导线接错、参数设置出错而引起的事故发生率降到最低，数控机床的电气仿真软件应用将成为数控原理与系统教学中的一种不可或缺的辅助教学手段，实现了数控系统方向理论到实践的真实转换，提高了学生的实践能力。

摘要：数控机床仿真软件中的电气仿真使数控系统中的电气连接和相应设备的参数调试过程真实再现, 弥补了当前数控原理与系统课程实践教学环节效果不理想, 抽象理解较难等缺陷, 保证了数控系统理论到实践的具体转换, 有利于提高学生对数控机床电气控制的设计能力, 培养学生的创新精神。

关键词：电气,仿真,SIEMENS 802C数控铣床系统

参考文献

篇4：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

关键词：数控加工；仿真系统；虚拟现实；教学效果

中图分类号：G423.0

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)03-0208-02

数控加工技术在机械制造业中的应用广泛，传统的机床操作教学方法效率低、教师工作量大，需要用更新的方法来取代。数控加工仿真系统是理论与实验结合、厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所研发的一种机床控制仿真系统软件，可以满足大批量学生教学需求。数控仿真系统软件还能弥补了教学投入大、消耗多、成本高的缺陷，它可以在微机平台上运行，解决了教学时学生多机床设备少的问题、并为学校节省了大量设备购置经费。数控仿真系统软件可以在微机平台上运行，学生可利用此软件进行仿真操作，会起到真实设备的教学效果。数控加工仿真系统安全、经济实用。能够集中精力帮助学生分析、解决实际问题，保证了教学质量使教学效果得到显著提高。能利用此软件对数控装置进行仿真操作，使学生达到实际操作训练的目的，动态的仿真操作使教学过程易教易学、教学效果显著。

一、数控加工仿真系统的特点

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，它是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训的仿真软件。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、武汉金银花等不同的数控加工仿真软件，既能单机系统独立运行。又能实现在线运行。采取数控加工仿真教学方法能进一步提高操作者的实际操作技能。实践证明，用这种方式进行教学是非常经济有效的。

1．虚拟数控机床具有以下的功能和特点：(1)虚拟数控机床具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失，并与真实机床有完全相同的界面风格和对应功能，如动态旋转、缩放、移动等功能的实时交互操作，从而为学员的学习和培训提供保证。(2)机床操作全过程仿真。仿真机床操作的整个过程：毛坯定义，工件装夹，压板安装，基准对刀，安装刀具，机床手动操作。(3)丰富多样的刀具库。系统采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库，含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀，同时还支持用户自定义刀具及相关特性参数。(4)全面的碰撞检测。手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀炳刀具与夹具、压板、刀具，机床行程越界，主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。出错时会有报警或提示，从而防止了误操作的发生。强大的测量功能。可实现基于刀具切削参数零件粗糙度的测量，能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。(5)具有完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数，并能将其他CAD/CAM软件。(6)实用灵活的考试系统。可用于远程网络学习、作业、考试等功能，并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能，轻松实现无纸化的考核与测评。

2．数控加工仿真系统在教学应用中的意义，数控技术是一门实践性很强的课程，在以往的教学中，由于缺乏必要的设备支持，只能采取课堂教学来“纸上谈兵”单一的课堂教学，单向的信息流动很难让学生有系统，全面的认识。将此仿真软件应用到教学中，具有如下意义：(1)将传统的被动教学变学生参与的主功教学，培养学生的实际动手能力；(2)利用虚拟机床代替实际机床，可消除实际机床加工的危险因素；(3)在计算机上模拟加工过程代替试切，可不消耗材料，降低成本；(4)可有效解决设备不足的问题，使每个学生都可参与其中，极大提高学生的学习兴趣，取得更好的教学效果；(5)满足网络教学和远程培训的需要。

3．数控加工仿真系统特点。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，并且安全可靠。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：(1)系统完全模拟真实数控机床的控制面板和屏幕显现，易教、易学，可轻松操作；(2)学生和培训学员可根据自己熟悉的机床任意选择机床设备进行操作；(3)在虚拟环境下对NC代码的切削状态进行检验，操作安全；(4)学生可看到各种机床真实的三维加工仿真过程，并能检查和测量加工后的工件，可以更迅速的掌握数控机床的实操过程；(5)采用虚拟机床替代真实机床进行教学与培训，在降低费用的同时获得更佳的教学和培训效果，使用更经济。其优点在于系统完全模拟真实CNC机床的控制面板和屏幕显现，可轻松操作。在虚拟环境下对NC代码的切削状态进行检验，操作安全。用户可看到真实的三维加工仿真过程，仔细检查加工后的工件，可以更迅速的掌握CNC机床的操作过程，过程逼真。

二、虚拟数控机床平台的构建

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个重要的执行单元。数控仿真系统完全模拟真实零件的加工过程，可以检验各种数控指令是否正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全，数控加工仿真系统实际上是虚拟环境中数控机床的模型。虚拟数控机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，从而能模拟任何一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。如进给轴的位移量、换刀状态、主轴转速、加速度、进给量、加工时间等。通过加工过程的仿真，了解所设计工件的可加工性，验证NC代码的正确性以及评价和优化加工过程，并通过在线修改NC代码来将其优化。

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代码计算加工零件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、零件的材料性质和润滑介质的性质计算刀具的补偿量和热补偿量。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中的加工方案评价以及可制造性分析所

必须的。

6．设计开发平台。虚拟数控机床的设计平台是一个面向对象的数控软件库及其开发环境。通过对数控软件的标准化、规范化研究和其它CAD／CAM软件的数据交换，并对典型的零件进行封装，设计成具有稳定、通用接口的可重复使用的软件。

7．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的操作，让使用者完全感受到真实机床的运行特性。在这些基础上的监控硬件和软件，用来控制简易机床，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性试切加工，让使用者有一种身临其尽的感觉。尤其是在数控教学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术，这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。

三、数控加工仿真系统在教学中的应用

虚拟数控机床强大的网络功能，可实现远程教育，不仅在局域网上具有双向互动的教学功能，还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能，使用数控加工仿真系统软件进行辅助教学，主要从以下几个方面进行探索与实践：

1．课堂教学中采用灵活教学手段，变学生被动学习为主动学习，恰当运用数控加工仿真系统，充分发挥其课堂教学中的作用。教师应十分重视数控加工仿真系统的在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真系统在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真系统放弃教师在教学中的引导作用，也不能在教学中教师唱独角戏，采用常规的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用，应该科学地、充分地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。

2．科学安排教学内容，循序渐近，掌握数控编程与操作技巧，在教学过程中教学内容的安排可分模块化教学。(1)基础模块，主要讲解与训练最常用的FANUC数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的编程方法、操作及应用，这一模块是教学重点，必须使学生熟练掌握，灵活应用；(2)提高模块。主要讲解与训练SIEMENS数控系统的三种机床的编程与操作，以帮助学生进一步加强在不同数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力；(3)拓展模块，如讲解国产数控系统中的华中数控系统和广州数控系统中的数控车床的编程与操作方法，扩大学生的知识面，提高学生对不同操作系统、不同操作面板的编程与操作能力，正确进行教学评价，提高学生的学习意识和自觉性。利用数控加工仿真系统的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。

3．恰当运用数控加工仿真系统，充分发挥其课堂教学中的作用，数控加工仿真系统主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程，还可作为数控操作技能训练的辅助工具。在操作方面，由于数控加工仿真系统采用了与数控机床操作系统相同的面板和按键功能，并且使用数控加工仿真系统在操作中即使出现人为的编程或操作失误也不会危及机床和人身安全，反而学生还可以从中吸取大量的经验和数训。将理论与实践有机地结合在一起边讲授边练习，使讲过的知识及时应用于实践中，不但可加深学生对理论知识的理解，而且在模拟操作的同时对数控机床的操作方法上也将具备相当水平的实践基础。

四、结语

篇5：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

Simulink仿真在通信原理教学中的应用

针对通信原理这门课程理论性强、物理概念抽象、不易理解的特点,提出采用Simulink仿真软件来辅助课堂教学.在教学过程中,通过对2PSK数字传输系统的仿真演示,清晰动态地表现出传输系统各时间点的时域图和频域图.实践证明,Simulink辅助教学可以使抽象的通信理论变得形象化,从而有利于学生的.理解,提高课程的教学效果.

作 者：张志德 杨丰 林霖 Zhang Zhide Yang Fang Lin Lin 作者单位：南方医科大学生物医学工程学院,广州,510515刊 名：中国教育技术装备英文刊名：CHINA EDUCATIONAL TECHNIQUE & EQUIPMENT年，卷(期)：“”(12)分类号：G434关键词：通信原理 Simulink 仿真 2PSK

篇6：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

数控仿真在数控专业教学中的应用论文【1】

摘要：随着数控加工技术的广泛应用，数控机床的编程与操作已成为中专数控专业学生必须掌握的一项技能。

根据中专院校在数控加工教学中存在的投入大、消耗多、成本高的问题提出了数控加工仿真软件，并在教学中逐渐得到了广泛的应用。

关键词：数控教学仿真教学

1.什么是仿真教学

所谓数控加工仿真教学就是模拟实际机床加工环境及其工作状态，应用虚拟现实技术于数控加工操作技能训练中的一种教学。

数控仿真作为一种新兴的教学模式，改变了传统的教学模式，提高了学生的学习兴趣;其次仿真软件的网络功能为师生交流提供了平台;再次仿真软件具备多种数控机床和数控系统，弥补了实训设备的不足，降低了实训成本。

2.仿真教学在数控技术专业教学中的优势

(1)方便了教师授课

实习教学中，如果教师光在课堂上讲解，学生会难以理解，但教师在机床上对学生进行示范时，又很难保证所有的学生能够听清、看清，教学效果往往都不太理想。

而数控仿真软件的互动教学功能使得教师可以在每个学生的屏幕上演示其教学内容，使所有的学生均能清楚地观看并进行模仿，同时教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况，实时了解教学情况并对学生进行指导。

(2)减少设备投入，一对一仿真实习解决实习设备与学生人数不成比例的问题

由于数控设备具备“高速、高效、高精度”的加工特点，且属于集机电、通讯、传感于一身的智能化产品，这就决定了其高额的成本。

因此，数控专业的实训教学仅依靠购买数控机床则投入过大，若采用数控仿真进行一对一实习教学可以很好的解决这一难题。

(3)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，当前数控机床的种类和系统众多，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，而数控仿真软件提供了基本涵盖当今我国数控加工中常见的数控机床和主流的数控系统，所以在教学时可根据需要选择相应的机床和系统对学生进行授课，提高学生对不同数控系统及不同数控机床的适应能力，弥补了实习设备型号单一，学生的知识面狭窄等问题。

(4)安全性高，便于学生直观性学习，降低教师工作强度

由于数控加工仿真系统是一种虚拟加工技术，不存在安全问题，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。

软件中不仅具有对学生编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。

这些功能使得学生可以进行自我学习，自我检测加工零件几何形状的精度，大大降低了教师的工作强度。

(5)可在计算机上完成所编程序的检验，模拟加工，减少实际操作出错的概率，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。

(6)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。

3.与真实机床相比，仿真软件在数控技术专业教学中的不足之处

(1)安全性方面

仿真软件与真实机床相比，安全系数较高，主要由于仿真加工中，不会出现任何事故，使学生容易放松对安全生产的要求，一些严格的操作规程无法得以实施。

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。

如果学生一旦养成这样的不良习惯，将会在实际生产中造成重大损失。

因此，在平时的教学过程中教师应不断强调安全操作，严格要求，并给学生讲解仿真与实操的差别。

(2)产品质量准确性方面

数控加工仿真软件进行编程与操作练习时，比较容易忽视切削用量、刀具的选用，零件的装夹等问题。

而且无法判断工件的表面粗糙度、尺寸精度等。

所以学生在实际机床上加工时也会不自觉的忽略这些重要的部分，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。

因此，教师一定应严格要求学生按照实际操作的要求来做，如合理选用刀具及切削用量，正确装夹零件;规范对刀的步骤和动作，让学生从开始就养成正确的习惯，提高产品的准确度。

(3)教学质量方面

仿真加工与实际机床有一定差异，如车刀在数控仿真上加工时，背吃刀量不大于刀刃长度就可以直接切削。

但在实际数控机床上加工，则会受机床、刀具和材料性能的影响，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。

这些问题就需要我们在教学过程中反复强调，及时说明软件与机床不符之处，并根据机床的实际情况对学生详细讲解，以免使学生产生误解，影响到将来在机床上的编程与操作，提高教学质量。

总之，在今后的教学中应分配好仿真软件学习和机床操作练习的时间比例。

实习条件较好时，上机操作的时间应占较大比例，因为数控仿真软件的优势体现在入门基础培训上，学生实际操作技能的提高主要还是要依靠上机实际操作练习。

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。

篇7：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

系统工程理论在企业经济模型中的应用及其计算机仿真

本文介绍了系统工程理论的基本思想,并将该理论运用于企业经济管理数学模型的建立,阐明了系统工程理论应用于企业管理的可行性和必要性,并利用计算机对该企业模型加以仿真,并给出仿真结果.

作 者：杨婷 王时胜 杨剑 作者单位：南昌大学电气与自动化工程学院,江西,南昌,330029刊 名：南昌航空工业学院学报(社会科学版)英文刊名：JOURNAL OF NANCHANG INSTITUTE OF AERONAUTICAL TECHNOLOGY(SOCIAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：4(4)分类号：F270.7关键词：系统工程 企业管理 应用 计算机仿真

篇8：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

一、虚拟现实技术

虚拟现实, 英文名为Virtual Reality, 简称VR技术, 也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技, 虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果, 是一种由计算机生成的高技术模拟系统。这种技术的特点在于通过计算机产生一种人为虚拟的环境, 这种虚拟的环境是由计算机图形构成的三维数字模型, 并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主, 也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境, 从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉, 可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化, 并能与之发生交互作用, 使人和计算机很好地“融为一体”, 给人一种“身临其境”的感觉。

虚拟现实是发展到一定水平上的计算机技术与思维科学相结合的产物, 其最大特点是:用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作, 改变了过去人类除了亲身经历, 就只能间接了解环境的模式, 从而有效的扩展了自己的认知手段和领域。由于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受, 近年来, 虚拟技术在各行各业都得到了不同程度的发展, 并且越来越显示出广阔的应用前景。

虚拟现实技术在职业教育中的价值体现于:用于教学培训, 可用“虚拟设备”来增加学生的操作熟练程度, 使职业教育发生革命性的改变。

二、制冷空调仿真系统

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展, 出现了可以模拟实际制冷空调系统及其工作状态的计算机仿真操作系统, 它是一个应用虚拟现实技术于制冷空调作技能培训的仿真软件。利用计算机仿真培训系统进行学习和培训, 不仅可以迅速提高学生的理论、操作水平, 而且非常安全, 可靠好, 培训费用低。

制冷空调仿真系统是针对中高等技术学校制冷与空调专业教学实习的需要而专门开发的系统软件, 软件可在WINDOWS2000WINDOWS XP操作系统中运行, 软件有单机版和网络版。制冷空调仿真系统既能单机系统独立运行, 又能实现在线运行。独立运行即制冷空调系统模型方式, 其培训设施只需一台微机, 制冷空调系统的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行, 而系统设备的结构和工作过程通过三维动画演示。实践证明, 用这种方式进行初步培训是非常经济有效的。在线运行即制冷空调工作方式, 在这种方式下, 教学系统将与实际制冷系统连接, 这时除了操作者是用仿真面板操作外, 其它则与实际制冷空调系统的真实情况一样。即利用计算机和其他的专用硬件、软件去产生一种真实场景的仿真, 操作者可以通过与仿真场景的交互, 来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此, 通过该仿真系统可以使学生达到实物操作训练的目的, 采取这种方法能进一步提高操作者的实际操作技能。制冷空调仿真系统具有丰富功能:制冷空调仿真系统内容包含制冷系统, 风柜系统, 冷库系统, 电器系统等。制冷, 风柜和冷库系统在工程热力学模式下对设备操作模拟各参数的变化, 它与实际制冷, 风柜和冷库的运行数据完全吻合。

1. 全面的仿真功能:

包括制冷空调系统操作的全过程仿真, 即仿真制冷空调系统操作的整个过程:冷却水泵的开停机、冷却塔风机的开停机、冷冻水泵的开停机、压缩机的开停机等, 其操作程序同于对真正的制冷空调的操作;如图1, 图2, 图3所示。

2. 丰富多样的设备库:

设备库包括制冷系统所需要的所有设备, 配置设备的工作原理与结构, 能模拟各设备的操作。

3. 全面的检测功能:

手动、自动操作等模式下的实时检测, 包括操作程序、设备故障等出错时会有报警或提示。

4. 实用灵活的故障考核系统:

仿真系统将制冷空调系统常见的运行通过动画形式显示出来, 考查学生在庞杂的系统中发现故障的能力, 可用于作业、考试等功能, 并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能, 轻松实现无纸化的考核与测评, 提高考试的真实性。

5. 完善的图形和标准数据接口

6. 强大的网络功能:

可实现远程教育, 通过网络实现互动教学, 使得远程教学成为名副其实, 它代表未来教育的发展方向。

三、制冷空调仿真系统在技能训练中的应用

1. 情境训练, 提高学生学习的主动性

现在职业技术学校的学生, 学习基础和学习习惯不好, 教师教学显得很困难, 传统的教学方法已很难使学生接受, 因此通过灵活的、先进的教学方法和训练手段来提高学生的学习兴趣。作为职校生, 必须有过硬的操作技能, 才能在社会上有立足之地, 通过应用制冷空调仿真系统, 能较为娴熟地运用行为导向教学方法, 在课堂上真正体现学生为主体突出显示学生动手动脑的能力, 变学生被动学习为主动学习。掌握分析问题, 解决问题的能力。通过情境教学, 大大提高了学生的学习兴趣和主动性。

2. 加强互动, 提高学生的学习能力

在制冷空调技能训练中应用仿真系统进行教学, 应摆正制冷空调仿真系统在教学中的位置, 既不能完全依赖仿真系统而放弃教师在教学中的引导作用, 也不能在教学中教师唱独角戏, 而忽视制冷空调仿真系统的应用。将项目教学法引入技能训练, 每次上机训练有明确的训练项目, 教师通过多媒体教学分配讲解任务, 在学生中进行巡回指导, 这样使学生和教师之间互动, 培养了学生学习能力, 解决实际问题、独立工作能力, 科学地充分发挥仿真系统在技能训练中的作用。

3. 及时考核反馈, 提高学生的学习意识和自觉性

上机训练有明确的训练项目, 这样课堂测试就有较强的目的性, 通过测试使学生各个击破知识点, 全面掌握知识, 并且通过测试来提高学生的学习意识、学习热情、学习自觉性和自信心, 而且通过考核结果的反馈也能使教师适时的调整教学, 有针对性地讲解共性问题和个别问题, 做到有的放矢。

四、教学实践效果验证

1. 理论教学方面

(1) 节省了课堂板书时间, 省去了传统的教学挂图。音频、视频内容丰富, 大大提高了授课信息量和教学效率。

(2) 提高了学生的学习兴趣, 增强了学生学习的目的性、主动性、积极性, 加深了学生对知识的理解和记忆。

2. 实践教学方面

(1) 把仿真系统引入到技能训练中这样既可避免因初学者误操作造成价格昂贵的制冷空调系统的损坏, 又可以使操作人员感受仿真操作过程中产生现场感和真实感。仿真软件不存在安全问题, 若操作失误, 系统会有所提示, 给仿真者以警示, 这使得操作变得生动、形象起来, 巩固了学生的操作能力, 达到了实训效果。这样学生可以大胆地、独立地进行学习和练习, 并能自我检测操作故障, 节约了实训环节的培训成本, 显著加快了学生对实践操作要领的掌握。

(2) 运用制冷空调仿真系统进行技能训练解决了设备投入大、消耗多、成本高的问题, 弥补了设备、场地不足的缺陷。

(3) 仿真系统可以直观看到制冷空调系统操作过程和结果, 并可以通过记录查看操作程序是否存在问题, 真正达到了又直观、又具体、又生动、又准确的考核效果, 减少了教师的工作量, 显著提高了培训合格率。

五、结束语

总之, 职业教育的特色在于使学生掌握必要的文化知识和专业知识的同时, 还要具有熟练的职业技能和适应职业变化的能力。制冷空调仿真系统的可操作性, 对制冷与空调专业学生技能培养起到了积极的作用, 它为新型的这里空调系统技能训练提供了一个完整的平台。制冷空调仿真系统会在以后实践教学中发挥越来越重要的作用, 并且在制冷空调专业实践教学中的应用也会越来越广泛。

摘要：本文针对当今制冷空调技能训练教学过程中出现设备投入大、设备损耗严重、费用高、学员人数多、实训环节易出事故、培训效率低现象, 论述了制冷空调仿真系统的原理、作用、功能, 以及在制冷空调技能训练教学中, 如何有效地使用制冷空调仿真系统软件对学生进行制冷空调的基本操作培训, 保证了教学质量, 使制冷空调实训教学效果得到了显著的提高。

关键词：虚拟现实技术,制冷空调仿真教学系统,技能训练,应用

参考文献

[1]王晓楠, 王仲海.虚拟现实技术及其应用[J].航空计算技术, 2002, 32, 2

[2]卢清华.智能化空调教学系统及制冷空调仿真软件开发运用[J].制冷, 2004, 3