的小编精心为您带来了数控仿真（精选9篇），在大家参照的同时，也可以分享一下给您最好的朋友。
关键词：数控仿真软件；数控教学；应用 中图分类号：G718文献标识码：B文章编号：1672-1578（2014）16-0289-011.数控仿真教学是新时期数控教学的需要
1.1随着我国制造技术的飞速发展，CAD/CAM技术在机械行业中扮演越来越重要的角色，成为机械自动化的三大支柱之一。当代机械制造专业的学生迫切希望掌握现代加工技术，而CAD/CAM与模拟仿真技术是相辅相成、缺一不可的。因此，掌握模拟仿真也是学好数控技术的必要。
1.2从多年数控大赛的经验来看，整个大赛分理论考试、数控仿真、实践操作加工三块构成，数控仿真技能已是作为一个考生必备的能力构成部分。因此，学校为了适应形式发展，必须大力使用仿真教学软件，对学生进行教学与培训使用。
2.数控仿真软件在数控教学中的作用
2.1利用数控仿真软件可以弥补数控设备不足，充分利用现有资源，为学校节约大量的教学经费和设备投资费。数控教学与实习，他的设备投入量是很大的，如果要使每个学生有充足的实习时间，可能要投入上百万甚至上千万，这对我们中职学校财力显然是难以承受的。如建立一个满足60人实习的数控车床实习场地，每实习岗位安排两名学生，就需要30台数控车床。每台数控车床以8万元计算就得需要240万元设备投资费。而若采用数控仿真进行该工种实习教学，每一个岗位则需要60台计算机，每台以4000元计算（含软件费）则只需24万元即可，同样满足了教学需要。且由于是一人一机，可以保证每个学生有充足的时间来动手，提高实训效果。
2.2利用数控仿真软件能有效的结合理论学习，实现同步教学。和其它专业课一样，数控课程也是非常抽象的学科，它注重的是实践性。比如对刀过程，其实是很容易的事情，但如果用传统的教学方法，仅在课堂上纸上谈兵，大多数学生将难以理解，但如果利用仿真软件一边演示一边教学，通过车刀工件的运动学生就很容易理解，而且能自己亲手操作来加深认识，理论和实践相互渗透交叉，实现同步教学，使抽象内容形象化，提高了教学质量。
3.数控仿真教学的不足
3.1仿真软件无法完全反映加工的实际精度和效果。在数控加工中，影响加工精度的因素有很多，例如毛坯装夹是否正确，主轴转速的快慢，进给量的大小，测量的精度等等，只有全面控制了各个因素，才能加工出符合图纸要求的零件。但在数控仿真中，这些操作都是靠计算机完成的，通过简单的点几下鼠标，就可以得到绝对精确的零件，这是完全不符合实际的。此外，大部分数控仿真软件对于转速和进给量都缺乏控制，一次切除10mm的材料也不会有任何提示，而在实际机床操作中，这是绝对不允许的。
3.2仿真软件部分指令不成熟。目前，国内的数控仿真软件都有或多或少的缺陷。例如，运行速度慢，程序不稳定等等。笔者学校使用的一款数控车仿真软件，在执行G71循环指令时，第一刀不能切圆弧，否则就会出错，而实际的机床完全没有问题。为了避免这个问题，只能在圆弧前加上一段G01切直线的指令。学生在习惯以后，很容易把这个操作带入到实际的机床操作中，这样一来，就带入了不规范的操作，产生了多余的程序，降低了加工的效率。
3.3仿真软件不利于培养学生的动手能力和学习兴趣。数控仿真都是在计算机房进行，环境较好，没有噪音，也很干净。但实际加工时，油污、噪音等都可能让学生望而却步。装夹刀具和工件，使用量具测量，调试、清理机床等，这些实际动手的技能都是在仿真软件里面学不到的。只有学生实际动手，才能掌握操作的技能；只有做出了真正的零件，才能感受到劳动的喜悦，才会有学习的兴趣和动力。
4.合理使用数控仿真软件的一些建议
4.1数控仿真教学和机床操作教学同等重视。数控仿真操作和数控机床操作都是数控教学中不可或缺的一部分，二者相辅相成，任何一方有所偏废都不能获得良好的教学效果。在数控教学中，仿真操作主要起到熟悉、验证的作用，通过仿真，让学生熟悉数控系统的操作方法，验证所编写程序的正误，防止造成不必要的损失；机床操作主要起到深化、考核的作用，通过机床操作，得到实际的零件，从而使学到的知识深化，并考核操作的技能，达到教学的目的。
4.2教学中必须强调仿真操作和机床做的异同。仿真操作是虚拟的加工过程，和实际加工有很大的不同，不会出现安全事故，即使操作失误也可以重新开始。但实际的机床则不同，操作者会遇到各种各样的问题，可能会造成人身事故和财产损失。因此，在仿真教学中，应强调操作的规范性，防止学生因仿真操作养成不好的操作习惯，埋下安全隐患。
4.3正确选择数控仿真软件的使用重点。使用仿真软件，可以模拟数控操作的全过程，但我认为，应将其重点放在编程教学上。编程是数控操作中非常重要的一部分，但各种指令又比较抽象，很难用简单的语言或图纸来描述，但若使用数控仿真软件教学，则可以观察到直观的结果。比如快速插补指令G00和直线插补指令G01的区别，G71循环指令中主轴转速S的设定等等。如果将仿真教学的重点放在加工过程上，就难以得到良好的效果了。参考文献：
关键词：数控仿真软件 数控教学 高职院校
1.引言
近些年，随着数控加工技术在机械制造业的广泛应用，企业对数控技术人员的需求迅速增加。高职院校是培养高素质高技能专业人才的主要基地，为了满足社会对数控专业人才的需求，很多高职院校增加数控专业或者扩招数控专业的学生。但是随之而来的问题，就是如何培养这些数控专业的学生，保证他们毕业后能迅速适应工作岗位的需求。由于数控专业对学生理论知识和实践技能都有较高的要求，但是各高职院校有限的教学资源又无法满足实践教学的需求。而随着数控仿真软件的应用，很好的解决了上述问题。下面，本人结合多年的教学经验以及实践经验，就如何在教学中应用数控仿真软件进行探讨。
2.数控仿真软件简介
数控仿真软件是通过计算机的编程和建模，将数控加工操作过程用二维图形或三维图形以动态形式演示出来的软件。数控仿真软件能够在虚拟软件环境中模拟数控操作，让使用者有身临其境操控机床的感觉。该软件功能强大，对运行环境要求不高，只需要普通的计算机即能够运行软件。该软件还能够与多种计算机的操作系统兼容，并且能够利用网络搭建交流平台，为师生提供良好的互动平台。此外，该软件投资少、占地小，在提高教学效果的同时大大降低了教学成本。通过应用数控仿真软件，可以将原来大部分只能在数控实训室或者工厂才能够完成的教学任务通过该软件在普通教室就能够完成。该软件不但能够提高教学效果，而且节约大量的教学资源。目前，在高职院校的教学中应用较多的软件有Cimco Software Suite系统、Vericut系统、N－See系统、上海宇龙系统、VNUC系统、南京宇航系统、南京斯沃系统等。
3.数控仿真软件在教学中的作用
数控仿真软件在教学中的作用主要表现在以下几个方面：
3.1节约了教学资源，降低了教学成本
高职院校普遍面临教学资源紧张的问题，如何最大限度的利用有限的教学资源达到最佳的教学效果，是高职院校必须要考虑的问题。由于数控专业的学生在生产实训时需要大量的数控机床和实训室，而数控机床价格高，实训室数量较少，因此很难满足学生实训的需要，教学效果也大打折扣。而数控仿真软件价格要远远低于真实数控机床，它只需要普通计算机就能够运行，并且占用地方小，因此大大节约了教学资源，也能够使更多的学生身临其境的进行数控机床模拟训练。
3.2方便学生学习，提高了学习效果
通过应用数控仿真软件，可以使学生方便的学习各种数控机床的操作技术，提高了学生对不同数控机床的掌握能力，提高了学生的与工作岗位的对接能力。在应用数控仿真软件学习时，计算机的屏幕上能够显示和真实数控机床相同的操作界面，并以动态的模拟代替机床实际运行状态，还能够显示提示操作信息，如编程错误信息、操作失误、机床碰撞报警信息等。这样就能够使学生及时发现并纠正出现的错误，极大地提高了学习效果。而学生的学习是在虚拟环境中完成的，即使出现失误也不存在损坏机床或者造成人身伤害等严重后果，因而对学生学习的积极性有极大地促进作用。同时，由于数控仿真软件是在舒适的教室中学习，这样就避免了实训室或者实习车间嘈杂的环境对学生造成影响，提高了学习效果。
3.3方便教师教学，提高了教学效率
在应用传统方式教学时，通常是教师在一台机床演示操作，而学生围绕在这一台机床周围学习。由于学生数量多，而空间有限，教师为了能够使每位同学都能看到操作数控机床的技术，就采取分批或分组重复讲授的方式。这样的教学方式大大降低了教学效率。而通过数控仿真软件建立的教学网络，教师在一台电脑上进行演示，每个同学都能够在自己的电脑屏幕上看到演示的教学内容。这样就避免了教师的重复讲授，提高了课堂的效率。同时，教师也能够通过电脑实时的了解每个学生的学习情况，及时纠正学生出现的错误，因而大大提高了教学效率。
4.数控仿真软件教学中应注意的问题
4.1合理安排教学任务
虽然数控仿真软件可以非常逼真的模拟真实机床的操作，但是毕竟跟真实的操作存在一定差别。因此，在利用数控仿真软件进行数控加工与编程课程教学之前，可以先安排学生到实训室或者工厂参观、实习，让学生对数控机床的操作有初步的了解。此外，数控机床课程和数控加工工艺课程也要安排在数控仿真软件学习之前，这样学生在熟悉各种机床的操作方法、加工方法以及切削用量选择方法之后，就更容易学习和掌握数控仿真软件所展示的各个步骤和环节，更容易和实际的加工过程结合起来。
4.2合理安排各系统的学习进度
由于数控仿真软件各系统难度不同，因此在学习的过程中，应合理安排不同难度的系统的学习进度，应当采用由浅入深、由易到难、循序渐进的学习方法，使学生掌握各系统的操作知识。具体来说，在教学过程中可以将数控教学内容安排为两个不同的阶段：第一阶段主要讲解和训练常用的、简单的数控机床的编程方法、操作技术，为学生的进一步学习打下良好的基础；第二阶段重在提高和拓展学生的操作能力，可以充分利用数控仿真软件的优势，使学生掌握各种数控系统的操作技术，扩大学生知识面，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。
4.3合理安排模拟学习和实践训练
虽然数控仿真软件能够模拟很多数控机床的操作技术，但是它毕竟是虚拟的，与实际的机床操作还存在一定差距。数控仿真软件的模拟训练是为了使学生能更好的与实践操作接轨，因此在学生掌握了数控仿真软件相关的操作知识后必须要进行实践训练。比如在仿真系统中走刀路径不明显，切削深度和刀具要求不够实际。对刀时对操作者要求不高，加工后对产品粗糙度无法进行检验等等。而这些对学生来讲恰恰是非常重要的技能要求，需要学生反复切身去“感受”。此外，学生在用数控仿真软件进行模拟训练时，即使出现了错误，最多系统会提示出现错误，而不会真实的呈现相应的一系列后果。久而久之学生就会对模拟训练中出现的错误不够重视，而一旦将这种观念带入生产实践中，很容易产生严重的后果。因此，为了让学生更真实的感受生产实践的情形，必须在模拟训练中适当的安排学生进行真实的实践操作训练。
总之，由于数控仿真软件的独特优势，它可以在虚拟环境中模拟数控机床进行操作训练，应当在教学中大力推广应用。但由于高职院校的学生不仅要掌握扎实的理论知识，而且要有熟练的实践技能，因此在教学除了应用数控仿真软件进行教学外，还应合理的安排学生进行实践训练，以最大限度的利用教学资源，提高教学效果。
参考文献
关键词：教学方式 仿真软件 开出率
随着社会的发展，以前的机械专业逐渐分离出很多细微的专业方向，像数控专业就是其中的一类。现阶段各中职学校普遍开设了数控专业，但在这一专业领域里怎样规划合理且又适用的实训室成了众多学校头痛的大事。笔者认为可以通过配备数控仿真实验室与数控加工车间相结合的一体化实训室，来达到数控专业实训课教学的需要。
一、传统的实操教学方式
自从数控专业开设以来，都是采用理论加实践的教学方式。首先由老师在课堂里讲授理论知识，教给同学们编程知识，使他们掌握编程的方法和技巧，然后再到实训车间里进行数控加工。通过这种教学方式，学生们基本上能够掌握学校存在的数控系统的操作方法。这种方法的缺点就是，理论课程与实操课程相隔一段时间，使之在上完理论课之后，经过一定的时间，可能出现对所学知识有个遗忘的过程，导致对所学知识出现不熟悉的现象，又需要复习以前所学的知识，才能顺利地完成实操课程的教学任务，这给我们的教学带来很大的麻烦。
二、数控仿真软件教学方式
在数控专业，如采用数控仿真软件教学方式，只需要配备一个仿真课室（大约能满足一个班的教学需要，当然可以放在数控车间的旁边），根据学生人数配备一定数量的电脑，通过局域网连接起来，然后再装上仿真软件，就可以完成理论与实操教学。这样，我们在教学计划的编写中，可以将编程、仿真教学及数控加工实习安排在同一时段，完成编程的教学之后立即在电脑上完成实操教学。当学生们在仿真软件上能够熟练地操作时，教师根据教学计划的要求，再适当地安排一定时间进行强化训练。这不仅可以使学生们掌握必要的编程知识，同样通过理论联系实际，还可以完成实操的教学。
三、配备数控仿真软件实验室的重要性
1.减少设备投入，合理利用设备
大家都知道，数控专业如想学生们在毕业时能够熟练地操作数控机床，必须通过理论联系实际，既要掌握编程的方法及技巧，又能熟练地操作数控机床，适当地懂得一些数控机床维修的知识，才能算一个合格的毕业生。可要真正地掌握数控机床的操作，针对不同的数控系统，掌握他们的性能，并不是一件容易的事情。
因为随着机床行业的发展，新的数控系统的不断开发，导致现阶段市面上流行并存在很多不同类型的数控系统，像FANUC、PA、SIEMENS、华中数控、广州数控、大森数控、MITSUBISH等，且他们的控制面板及操作方法完全不一样（主要是对刀方法不一样）。学校很难做出如此大的投入，配备各种系统的数控机床（因为数控机床的价格是昂贵的）。如果选择数控仿真软件教学的话，只要选择合适的数控仿真软件（而且很多数控仿真软件已经做得很成熟，且能完成很多种类数控系统的教学），就可以完成多种系统的教学需要。
现阶段市面上比较常用的上海宇龙数控仿真软件系统，在上面就可以完成FANUC、PA、SIEMENS、华中数控、广州数控、大森数控、MITSUBISH等系统的数控车、铣、加工中心的实操教学（见下页图）。然后根据学校的实际情况，在数控车间合理配备数控机床，这样就可以为学校节约很多设备投入费用。
2.学生知识面拓宽且安全
前面所论述的，如果采用传统的教学，依靠老师在黑板上给同学们讲授编程知识，再到数控车间进行实操教学，针对各个学校对数控专业设备的投入情况不同，学生也只能掌握学校里仅有设备的操作方法，很难去操作其他的数控设备，这对学生的就业带来了很大的影响。如我们采用数控仿真软件教学，可以在上面完成很多不同类型的系统的数控车、铣、加工中心的教学，使学生能够在相同的时间里掌握更多的知识，掌握多种数控系统的操作方法，为他们的就业带来便利的条件。
因为数控操作是一门实践性很强的科目，安全系数较低。一台机床最多容纳3～4人操作，这使得数控车间能提供的工位相对较少。如在数控仿真软件上教学，可以让学生们对自己所编程序进行验证，发现错误及时编辑修改。不会出现像在数控机床上实习，如程序错误，就有可能出现撞刀甚至更为严重的事故。在师资紧缺的情况下，学生直接操作数控机床，很难保证学生的安全，但在数控仿真软件上可以得到很好的控制，且相对提供较多的工位。
图
3.理论与实践可以联系更紧密
如果学生自己所编写的程序能在数控机床上运行，并加工出符合要求的零件，对于学生本人来讲是一件令人兴奋的事情。但由于实习的数控设备数量有限，学生不可能一上完理论课，马上就操作数控机床。为解决这一矛盾，应让学生在电脑上利用仿真模拟软件对自己所编程序进行仿真模拟，显示整个切削加工过程，以及当前坐标位置、切削速度、快进、快退速度，当前所用刀具等。如果学生所编写的程序有错误，电脑就会显示出错号，程序暂停运行，让编写者做出正确修改后，程序才继续运行，模拟切削加工可一直显示到加工完毕。学生通过这个仿真系统在老师指导下进行编辑修改，检验自己所编写的程序是否正确，这对提高学生学习兴趣和编程水平都有很大帮助。
四、小结
机床建模是虚拟仿真加工系统的关键模型，是实际机床在虚拟仿真加工系统中的数字化模型，包括几何模型和运动模型。几何模型是在CAD系统中建立的，首先根据实测得到的机床部件尺寸，建立相应的模型，然后再根据相互关系进行“装配”，形成机床的几何模型。虚拟仿真加工系统中，通过改变机床几何模型各运动零部件的相对位置来模拟加工中虚拟机床的切削运动。运动模型是处理机床几何模型在数控程序控制下如何改变各运动零部件模型相对位置的模型，与机床的结构紧密相关。以DMU125P五轴加工中心为例，在运动模型建立过程中，机床各部件都视为刚体，这样机床的结构可抽象为一个运动链模型。在运动链各组成环节的刚体上固接坐标系，通过坐标变换，可以分析整个运动链的运动形式，建立运动链的依赖关系，即运动链的拓扑结构关系，如图3所示。
2虚拟仿真数控加工功能的实现
a)系统框架的建立
在虚拟仿真加工开始之前，针对工艺信息，选择相应的虚拟机床、虚拟刀具、虚拟夹具、工件模型组成虚拟仿真加工系统。在虚拟仿真加工中，虚拟机床在数控指令的驱动下带动虚拟刀具、虚拟夹具、工件模型等模拟切削过程，实现对数控程序的正确性和可靠性的验证，其系统框架如图4所示。虚拟仿真加工系统主要包括数控程序检查、数控程序翻译、运动仿真、刀具轨迹检查、碰撞检测等模块。
b)程序检查模块
数控程序检查模块包括词法、语法检查，主要检查程序中是否有数控指令集外的非法字符、数控指令的参数是否有效、语法上是否合乎逻辑等。
c)程序翻译模块
数控程序翻译模块以机床的数控程序规范为基础，用以提取G指令、M指令、坐标、进给速度、主轴转速、换刀、循环定义等信息，转换为仿真数控代码。这样在虚拟仿真加工中，才能控制虚拟仿真加工系统的运动仿真和状态设置，为运动仿真模块提供必要的信息。
d)运动仿真模块
该模块是虚拟仿真加工系统最关键的一个模块，决定了后续的刀具轨迹检查、碰撞检查结果的正确性。在该模块中，首先根据机床的运动模型，建立虚拟仿真加工系统各运动组件(包括虚拟机床各运动零部件、虚拟刀具、虚拟夹具和工件模型)的运动模型(即变换矩阵);然后根据翻译模块所提供的坐标值计算各运动组件的变换矩阵并应用以改变各运动组件的位置，从而可以模拟虚拟仿真加工系统的运动，具体步骤如图5所示。
e)刀具轨迹检查模块
该模块主要用于刀轴矢量的检查，以避免刀轴的剧烈变化。大多数的CAM系统都提供了加工仿真和刀位轨迹(刀具轨迹数据包括刀位数据和刀轴矢量)仿真检查功能。但对多坐标加工而言，加工仿真和仅显示刀位轨迹是远远不能满足要求的。在虚拟仿真加工系统运动模拟的过程中，该模块在显示刀位轨迹的同时，也显示刀轴矢量，这样可以准确地检查刀具相对于工件位置及刀轴的变化。
f)碰撞检测模块
对五坐标加工而言，刀具相对于工件的运动轨迹很复杂，难以预测，通常需要进行仿真检验数控程序中可能出现的碰撞干涉。大多数CAM系统提供的加工仿真功能仅考虑刀具与工件、夹具间的碰撞检查，而不能检查可能出现的刀具与工作台间、主轴与工件、夹具间的碰撞。在该模块中，根据经运动仿真模块处理后的各运动零部件的相对位置，全面检查可能出现的碰撞。
3应用实例
DECKELMAHO公司的DMU125P机床是五轴五联动加工中心，具有立卧转换功能。在立式状态下，其结构形式如，a轴为工作台摆动，c轴为工作台转动。在卧式状态下，主轴绕b轴旋转90°，其他状态与立式结构相同。在该机床上进行五轴五联动的加工时，刀具相对于工件的空间运动轨迹复杂，加工前必须进行虚拟仿真加工。本文以VERICUT软件为平台，构建了DMU125P加工中心的虚拟仿真加工系统，用来检验数控加工程序、刀具轨迹与潜在的碰撞危险。在构建125P加工仿真环境时，首先根据运动链关系建立机床拓扑结构关系；然后建立机床的数字模型；最后根据工件、刀具、夹具和机床的数字模型构建虚拟仿真加工环境。
4结语
关键词：虚拟制造；数控加工；加工周期；前期设计
制造业一直以来都是我国国民经济发展的支柱性产业，随着中国经济发展的逐步加快，制造业的弊端也逐渐体现出来，比如产品生产水平低、产品质量不稳定、生产产品的机械设备水平不及国际先进水平的10%；生产调度缺失，往往会出现产品分散、协调性差的问题；技术水平差，以往加工零件都是根据加工者的经验来试切，以检查加工的准确性和零件是否达到预期目的，这不仅延长了加工周期，还增加了成本；生产产品的设备老旧，生产工艺落后，人才储备不足，导致企业的发展缓慢。为了解决这一系列问题，我们将虚拟制造技术运用到了产品的前期设计、加工中来。
1虚拟制造的技术及特点
虚拟制造技术指的是产品在成批量加工前，不需要制作实物样品，而是运用计算机模拟软件，比如CAD/CAM/CAE技术等建模软件来完成产品的虚拟加工制造，并检验产品各个机构零部件间的装配关系是否合理，NC加工路径是否有撞刀或过切的现象。如果有错误的，则可以及时反馈并在软件中修改、更正，重新修改零件加工路径以及零件整体的装配尺寸，从而符合要求。这一系列工作都可以在计算机中进行，因此，可以运用互联网完成。通过虚拟制造技术可节省时间，缩短产品的设计周期，从而控制成本，大大提高了产业在同行业中的竞争力。
2虚拟制造相对数控加工的过程
虚拟制造的第一步就是了解工作的目标是什么，要整体了解客户的需求，所需产品的要求，细心听取客户意见并整理归纳，总结出产品的外形结构、功能特征、性能要求。从而进行后期的产品虚拟设计、工艺安排、产品零部件设计、机构后期装配、虚拟运行等。经过客户的反复验收，直至获得客户的认可后，方可进行实物制作。虚拟制造首先要设计的是最基本的零部件，对于零部件的设计，通常我们都会优先选用标准件，这样会大大缩短设计时间，也使设计的产品有极高的通用性。一般情况下，优先进行齿轮齿条、链轮、螺栓螺母、切削螺纹的设计，后进行一些独立零件机构的设计，从而完成某种特定的运动方式，达到预期的工作目标。这些都可以采用国家标准，运用标准的理论公式、参数不断修改，并运用有限元分析、边界元检查、实验检查等方法，完成虚拟制造中的计算机标准设计和多次优化更改。由于设计的零部件都是用的国标和图集的最高基础标准，所以，为今后的维修、更换提供了保障。对于每个零件，都是经过标准设计的，已经满足强度、韧性、疲劳强度、静态平衡和动态平衡等要求，形成的各种零件的外形、用途、行为意图等属性的结果满足性能要求后，再经过外形的美观设计，确定表面颜色、纹理渲染，产出最终成品模型。虚拟设计由虚拟制造设备来完成，此处的虚拟设备就是一个模拟的数控加工仿真设备，以上的零部件都是由这个虚拟的数控加工设备来完成制作的，且大多数独立设计的零部件机构都需要加工制作。对于加工零件的设备，可在虚拟的设备中体现设备的功能特征和形态特征，比如数控机床的工作主轴转速、进给速度等。对设计的零部件先采用CAD、Solidworks、Pro-E、UG等软件进行外观设计，再将各个机构分解成每个零部件，比如链轮机构分解为主动链轮、从动链轮、链条、主轴、从动轴等，然后将各个零件分别放入虚拟的数控设备，确定好基准坐标，依照坐标的变换关系完成动作的运行。运动模块具备了虚拟的数控设备的各种运动功能，虚拟数控机床由外部输入的数据控制，设备对数据进行分析处理，并输出相对应的控制运动参数，控制相应的几何模块的位置变换和运动，实现模拟的物理设备加工运行。依托各个模块设备的运动数据支配相对应的运动系统，每个模块都以规定好的数控参数运动。具体而言，应先确定原始坐标基准、加工坐标基准、机床原点、加工原点，并依据数控铣刀插补的原则，确定铣刀转速、走刀速度、加工距离，根据不同的数控加工系统原代码编制圆弧刀路、直线刀路、抛物线刀路插补规则。虚拟的数控加工可以很好地检查和避免加工工艺中的工装夹具、加工刀具和被加工工件在加工过程中出现的碰撞。在试驾加工前，先进行虚拟加工，确定不会存在撞刀损坏机床和零件过切的情况后，方可进行实际加工。对于加工使用的虚拟的数控设备，应严格控制主轴的快慢转速、正反转向、单轴运动、多轴联动、换刀等。产品加工过程如图1所示。图1产品加工过程基于以上虚拟制造的数控加工的方式，形成了一整套虚拟三位加工系统，此系统由虚拟的数控加工系统驱动，把机械零部件从毛坯的形式装换成成品。此过程全程在计算机系统中运行。设计者全程监控零件加工过程中的撞刀和过切现象以及后期的成品装配，从而评定零件机构生产的可行性。此外，还可以为数控加工的学员提供直观的学习过程，避免在实际操作时的误操作损坏设备。3结束语随着中国经济的不断发展，企业对虚拟制造技术的需求越发重视。虚拟制造引入数控加工大大提高了企业的发展速度。
通过虚拟的设计和制造，缩短了实际加工中的加工时间，大大缩短了设计周期，节约了成本，提高了经济性，数控加工技术的虚拟制造引入有效促进了我国在现代科学技术方面的快速发展。虚拟制造的出现让我国在工业方面的发展紧追全球化经济的脚步。基于虚拟制造的创新发展，必定会对我国的制造业发展产生更加深远的推动。
作者：林柔红 单位：广东省城市建设高级技工学校
参考文献
关键词： 数控仿真软件 数控教学 应用
随着计算机信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用，所形成的先进制造技术日益引起各国的重视，而先进制造技术又是以数控技术为主要标志的。数控技术的广泛应用和高度发展掀起了制造业领域一场重大的变革。社会对数控技术的大量需求推动了广大职业学校对数控应用技术的高度关注，越来越多的职业学校纷纷开办数控技术专业，并不断扩大招生规模。与此同时，伴随而来的是数控设备昂贵与资金短缺的矛盾日益凸显。为缓解这个矛盾，各职业学校必须探索出一套适合现状的教学方法和教学模式。经过多年的实践探索和教学经验，人们发现数控加工仿真软件能在数控教学中显示出桥梁作用，既能缓解教学实训与资金短缺的矛盾，使理论和实践有效的衔接，又能提高学生的感官认识，刺激其学习的主动性和自觉性，增加学生的动手机会，提高操作的熟练程度。事实证明，数控仿真教学是一种节约成本，安全有效的教学模式和教学途径。
一、数控仿真软件介绍
数控仿真软件是通过计算机的编程和建模，将加工过程用三维图形或二维图形以动态形式演示出来的软件。目前比较常见的有上海宇龙、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。它们都有以下几个优点。
1.能全面仿真数控加工的整个过程：机床设定(支持多种数控系统)、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、G代码处理、面板操作等。
2.配置要求低，只需仿真软件和要求不是很高的微机，并能与多种计算机操作系统兼容。
3.操作的安全性很高，不会因为学生的错误操作而造成人身伤害，更不会损坏机床。
4.不需要原材料，投入资金少，占地小，不会造成资源的浪费。
5.利用网络可以搭建交流平台，为师生提供良好的交互空间等。
二、数控仿真软件在数控教学中的作用
1.利用数控仿真软件可以弥补数控设备不足，充分利用现有资源，为学校节约大量的教学经费和设备投资费。
数控机床教学与实习不比钳工或电工实习，它的设备投入量是很大的，如果要使每个学生有充足的实习时间，可能要投入上百万甚至上千万元资金，这对一般的职业学校而言显然是难以承受的。如建立一个满足60人实习的数控车床实习场地，每实习岗位安排2名学生，就需要30台数控车床。每台数控车床以8万元计算就得需要240万元设备投资费。而若采用数控仿真进行该工种实习教学，每一个岗位则需要60台计算机，每台以4000元计算(含软件费),则只需24万元即可，同样满足教学需要。且由于是一人一机，可以保证每个学生有充足的时间来动手，提高实训效果。
2.利用数控仿真软件能有效地结合理论学习，实现同步教学。
和其它专业课一样，数控课程也是非常抽象的学科，它注重的是实践性。比如对刀过程，其实是很容易的事情，但如果用传统的教学方法，仅在课堂上纸上谈兵，大多数学生将难以理解。如果利用仿真软件一边演示一边教学，通过车刀工件的运动学生就很容易理解，而且能自己亲手操作来加深认识，理论和实践相互渗透交叉，实现同步教学，使抽象内容形象化，提高教学质量
3.利用数控仿真软件地使用能极好地调动学生的学习积极性，培养创新意识。
对于职业学校学生来讲，由于知识素质普遍较差，而数控专业课又要求有极高的抽象性，加上教学过程的枯燥乏味，很容易让学生产生厌学情绪，教学效果不理想，而数控仿真软件以其和实际机床相同的用户界面和可操作性，可在很大程度上激发学生的学习积极性。如果再根据学生技能的形成规律设计训练过程，学生就可以得到及时强化和实际产生中不能得到的直观感受，从而较快地提高训练成绩，激发学习的信心，在一定程度上培养刻苦钻研和创新精神，形成好学氛围。
4.利用数控仿真软件教学中允许出错，使学生得到岗位技能的全面训练。
在模拟仿真中，可设计出实际工作中可能发生的变化，包括事故、故障和生产中极少出现的突然情况，让学生全面把握加工方法和技巧。如在讲解直线插补指令G01和快速插补指令G00的应用与区别时，可在运行中的第一个G01后面加F与不加F,学生就可以在仿真时看到切削进给与快速插补对工件造成的影响，从而加深认识，达到课堂教学中无法达到的效果。
三、数控仿真软件教学的应用方法
如何利用数控仿真软件进行教学，以达到最佳教学效果？这是一个数控教育工作者，应永恒追求的课题。结合教学实践，我从以下几个方面进行了探索。
1.灵活运用教学方法，课堂教学中变学生被动为学生主动学习。
现在，职业技术学校的学生普遍知识基础较差，对学习不感兴趣。因此，利用先进的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。数控专业教师应有较高的教学水平和教学能力，有较强的数控职业能力，能较为娴熟地运用行动导向的教学方法，在课堂教学中真正体现以学生为主体，突出显示学生动手用脑的活动，化学生被动学习为主动学习。在教学过程中，教师起引导作用，即对学生活动中遇到困难或无从下手的问题进行引导、讲解、示范操作。课堂教学中每节课的知识点尽可能集中，深入浅出，便于学生掌握编程方法和技巧。
2.恰当运用数控加工仿真，充分发挥其在课堂教学中的作用。
教师应十分重视数控加工仿真在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真而放弃教师在教学中的引导作用，又不能在教学中教师唱独角戏采用常规教学模式而忽视数控加工仿真的作用，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。
教师在数控编程与操作课堂教学中应重点解决编程方法，并着重强调编程工艺问题的处理，学生上机利用数控仿真系统解决程序校验，以及不同系统不同机床的操作问题。每次上机学生均应有明确的课题，在上机前教师应利用数控加工仿真系统的教学模式进行操作演示，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，既可使学生更快更好地掌握数控专业技能，又可培养学生的学习能力、解决实际问题的能力和独立工作能力、团队协作能力。
3.科学安排教学内容，循序渐进掌握数控编程与操作技巧。
在数控教学中，根据教学需要和“以就业为导向”的思想，可将数控编程教学内容安排为两大模块：其一为基础模块，主要讲解与训练最常用的数控机床的编程方法、操作和应用，这一模块是教学重点，必须使学生熟练掌握、灵活应用，为学生上机床操作奠定基础；其二为提高和拓展模块，利用仿真软件集合了各种数控系统截面与操作的优点，可在基础模块训练的基础上，主要讲解除主训机床以外的机床编程与操作方法，扩大学生知识面，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。这样，学生在就业时能够信心十足地面对所操作的数控机床就，较快适应所从事的工作，提高就业竞争力。
4.构建多元评价体系，提高学生的学习意识和自觉性。
教学评价直接影响学生学习的主动性和积极性，所以评价要做到：第一，合理且有一定的弹性，答案不能限制得太死，只要合理就行，如一些仿真操作中学生实施方案的可行性讨论，实操过程中加工线路，等等；第二，既要评价技能操作结果，又要评价技能操作的过程。对在技能操作中学生的积极参与表现出来的良好个性品质要给予充分的鼓励、肯定、嘉奖；第三，转换评价的主客体关系。对学生在课堂上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。如加工线路的制定、某些图样的理解、坐标点的计算，可采用学生讨论评价的方式，在研讨中发现问题，得出正确结果，学习的主动性、积极性也就调动出来了。
综上所述，从我校使用后的效果看，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、具体，提高学生的学习兴趣，教学效果明显提高。对学生机床操作能力的培养，也起到了极大的提高和加强作用。同时该系统还减轻了教师的工作强度，减少了工件材料和能源的消耗，节约了实践环节的培训成本。但它和真实车床实践操作之间始终还有差距存在，二者不能混为一谈，相互替代，只有在教学中科学、合理、有效地利用，仿真软件才能为教学服务。在教学过程中积极思考其在应用中产生的问题，主动应对措施，并将仿真训练与实践操作训练有机结合，就一定能发挥仿真教学的最佳效果，收到事半功倍的效果。
参考文献：
[1]数控加工仿真系统使用手册。南京宇航软件工程有限公司。
[2]数控加工编程与操作。中国劳动社会保障出版社。
论文摘要：介绍了一种典型零件的数控铣削仿真加工，采用caxa软件生成nc代码，利用caxa软件的cam功能进行数控仿真，然后加载到vnuc仿真软件的 计算 机模拟机床里，模拟真实机床运动，最后通过数据线将g代码传输到实际机床，形成“虚拟＋现实”的仿真模式。这种模式弥补了cad／cam软件数控仿真的种种不足，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体，可使用户既掌握数控铣削加工的基本原理，又掌握数控系统操作的基本技能。
现代 机械制造所需要的大量数控技术人才主要来自相关专业的大中专院校及培训机构。为满足实践性教学培训的需求，需要建立专门的机加工实训基地投人大量的数控设备及场地，其成本非常高昂；并且学生在操作初学阶段，非常容易发生刀具与工件、夹具 、机床的干涉和碰撞现象，既造成 了易耗品的浪费，又使实训教师劳动强度加大，造成人力的浪费。因此 ，某职业技术学院对数控初学阶段的学生首先安排在数控仿真室进 行学习，然后再采 用虚拟现实(virtual reality，vn)技术实行课堂、实习指导一体化化教学。vr技术主要利用计算机对机械制造的作业环境、过程进行完全可视化模拟 ，评价各个焦点对象 (机床、待加工件、刀具等 )的运动 ；然后通过数据线将 g代码传输到实际机床 ，使传统的 vr技术与现实场景结合起来 ，形成 “虚拟 +现实”的模式。
图 1为 “虚拟 +现实”示意图。作者仅从计算机虚拟动画技术来模拟实际的铣削加工。
1 典型零件结构和 caxa软件数控仿真加工
1．1 典型零件结构
图2所示为数控铣削加工零件。该零件长度为120mm，宽度为 100mm，厚度为 20mm，除了需要加工上面的成型面外，还要加工两个深孔，采用的毛坯材料为45钢。
1．2 零件的数控模拟仿真
数控机床通过零件程序对其加工过程进行控制零件程序的正确与否直接决定加工质量和效率的高低，而且不正确的加工程序还会导致生产事故。零件程序的检验方法有几种。方法之一是在正式加工前让机床空运行，空运行只能对机床运动是否正确即有无干涉碰撞作粗略的估计；而若用实物试切的方法，则可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求作出较准确的判断。但试切是一项费时且昂贵的工作，其效率很低而且需要增加生产成本，此外试切过程的安全性也得不到保障。在计算机上利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，可以快速、安全和有效地对nc程序迅速进行修改，免除反复试切过程，降低材料消耗和生产成本，提高工作效率。因此，数控加工过程中的计算机仿真是 nc程序高效、安全和有效的检验方法。
1．2．1 cam软件生成刀具轨迹，输出 nc程序代码
毛坯是用来选择刀具、确定切削用量和计算粗加工刀具轨迹的重要依据。在完成零件造型设计之后，选择加工定义毛坯命令，弹出定义毛坯对话框，在毛坯定义中选择参照模型方式，则毛坯尺寸调整 为120mm×100mm x 20mm，如图 3所示。首先选择等高线加工的加工方式。然后设置软件要求的一些参数，诸如加工边界、刀具参数、走刀方式、切削用量参数等，再由编程人员在屏幕上拾取要加工的实体边界，最后由 cam软件自动生成刀具加工轨迹，如图4所示，再经后置处理，生成 nc程序代码，nc程序代码如图5所示。
1．2．2 cam软件三维加工仿真
cam软件自动生成 nc程序代码之后，软件要进行语法检错与译码，转换成仿真模块所接受的格式，然后刀具轨迹 计算 模块计算刀具轨迹，驱动软件实现仿真运动。同时控制刀具沿轨迹走刀，对毛坯切削的动态图像显示过程进行全方位的模拟仿真，如图6所示 ，并对代码进行反读校验。仿真过程可以随意放大、缩小和旋转，便于观察 细节；可 以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果；仿真过程中可以检查刀柄 干涉 、快速移动过程(g00)中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉情况；可以将切削余量用不同颜色 区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较。灵活、强大的加工仿真将加工的风险降为最低。
2 vnuc软件中的数控仿真加工
在数控加工实训教学中，有很多问题需要解决，诸如实训设备少，学生多，设备无法分配；实训教学的安全问题；教师在实训教学中的劳动强度太，神经高度紧张等。为了解决这些问题，在实训初级阶段，建议在数控仿真软件上进行操作练习。
vnuc数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程，用它验证数控加工程序的可靠性，预测切削过程的正确性，减少工件的试切，提高生产效率。vnuc数控加工仿真软件是让学生在操作真正机床前先充分掌握安装了不同类型数控系统的加工仿真操作，同时通过仿真演示积累一定的数控加工操作经验，用起来形象、 科学 、安全、 经济 。
选择华中世纪星数控铣床，安装毛坯和刀具，进行机床回零操作，然后进行对刀，并把刀具偏置值输入到 g54坐标系中，最后把 caxa生成的 nc代码加载到 vnuc数控加工仿真软件里，这时选择 自动加工方式，再循环启动就可以进行仿真加工了。图7为在vnuc数控加工仿真软件里进行仿真加工。然后把nc程序代码通过工厂的局域网送到车间进行实际加工，加工之前再校验 g代码功能，看一下加工代码的轨迹形状，做到加工之前心 中有数。这样就形成“虚拟 +现实”的仿真模式，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体。
3 结束语
“虚拟 +现实”的仿真模式弥补了仅 cam软件仿真的不足，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体，可使用户既掌握数控机床加工的基本原理，又掌握数控系统操作的基本技能。因此，“虚拟 +现实”的仿真模式是以计算机虚拟机床代替真实机床，可以减少培训成本，保证培训质量。具有强大的生命力和广阔的 发展 前途。
参考 文献 ：
【1】陈明，刘钢，等．caxa制造工程师——数控加工[m]．北京 ：北京航空航天大学出版社，2006．1：373—393．
【2】陈乐尧，王兴波．一种新的数控车削仿真系统[j]．机电工程技术 ，2005(9)：81—83．
【3】杨伟群．数控工艺培训教程[m]．北京：清华大学出版社 ，2005：178—179．
数控加工仿真技术在预防加工过程的缺陷、优化加工过程参数等方面有着不可替代的作用，近年得到了越来越广泛的应用。介绍了国内外数控加工仿真技术的研究进展，重点阐述了几何仿真以及物理仿真中涉及的关键技术，包括切屑预测、力热耦合作用模拟、加工变形预测和刀具磨损预测。最后，对数控加工仿真技术现存的问题进行了分析，并对数控加工仿真技术的发展趋势作了探讨。
关键词：
数控加工；几何仿真；物理仿真；智能加工
为确保数控加工过程的正确性，在数控加工之前对加工程序进行验证是一个十分重要的环节。目前，计算机仿真技术的发展使得在计算机环境中对数控加工过程进行验证的技术在实际生产中广泛应用。采用仿真方法可以在计算机上模拟出加工走刀和零件切削的全过程，直接观察在切削过程中可能遇到的问题并进行调整，而不实际占用和消耗机床、工件等资源。此外，还可以利用计算机仿真技术预先对数控加工结果进行估计，统计各种加工数据并对加工过程进行优化，实现智能化的加工。数控加工仿真的主要目的包括：（1）检验数控加工程序是否有过切或欠切。通过数控加工仿真，可用几何图形、图像或动画的方式显示加工过程，从而检验零件的最终几何形状是否符合要求，目前主流的CAD/CAM软件中都具备数控加工轨迹模拟及过切、欠切的分析功能。（2）碰撞干涉检查。通过数控加工仿真，可以检查数控加工过程中刀具、刀柄等与工件、夹具等是否存在碰撞干涉，以及检查机床运动过程中主轴是否与机床零部件、夹具等存在碰撞干涉，从而确保能加工出符合设计的零件，并避免刀具、夹具和机床的不必要损坏。（3）切削过程中的力热仿真。近年来，随着仿真技术的发展及实际生产的需要，对加工过程中产生的力、热等物理量的分析受到越来越多的关注。通过仿真切削过程中力、热等物理量，可以对加工过程中的受力状态、热力耦合、残余应力等进行分析，从而为加工过程控制、切削参数优化等提供参考。（4）切削参数优化。数控加工过程仿真的重要目的之一是切削参数优化，即通过数控加工过程的仿真，发现现有轨迹中存在的问题以及参数设置有待提升的部分，从而对切削参数进行优化以提高加工效率。（5）刀具磨损预测。在难加工材料、高精度材料零件的加工过程中，刀具的磨损速率较快且刀具磨损导致零件加工精度和已加工表面的完整性受到影响。因此，预测加工过程中刀具磨损对确保加工精度与工件的表面完整性有重要作用。其中，针对过切、欠切和碰撞干涉检查的仿真通常称为几何与运动仿真，主要是检查数控加工过程中的几何量及运动关系是否正确；力热仿真与刀具磨损的预测等通常称为物理仿真，主要是用于仿真数控加工过程中物理量，并可以对加工后的工件变形与质量进行分析。
一、数控加工中几何仿真
几何仿真系统是将数控机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统当作一个刚性系统，不考虑系统的各种物理因素而建立的仿真系统，对加工过程进行直观动态图形描述和精度检验。几何仿真方面主要分为两类：不带机床的轨迹验证和带完整机床的轨迹验证。不带机床的轨迹验证主要用于检验CAM软件中轨迹的正确性，并对加工过程中可能出现的过切或欠切、碰撞干涉等进行判断。目前主流的CAD/CAM软件以及Vericut、NCSIMULMACHINE等数控加工仿真软件都具备较为成熟的轨迹验证功能，这一仿真技术发展已较为成熟。图1所示为SiemensNX软件加工仿真结果，采用不同的色彩来标识加工余量，从而可以判断过切或欠切量。带完整机床的轨迹验证除了可以对加工轨迹本身的正确性进行验证外，还可以对机床的运动过程、潜在的机床碰撞等进行分析。加工过程中，一旦发生碰撞事故，不仅维修难度大、费用高，延误生产计划，造成严重经济损失，更会对机床操作工人的人身安全带来威胁。因此，数控机床运动的防碰撞成为了数控加工的关键问题之一。目前主流的CAD/CAM软件以及Vericut、NCSIMULMACHINE等数控加工仿真软件都具备带完整机床的仿真功能。通过对完整加工环境的建模与配置，可以实现对加工过程的仿真（图2）。上述软件的仿真过程通常为离线仿真，针对数控机床加工现场的诸多不确定性因素，西安交通大学发展了一种对数控加工碰撞干涉检测的在线监测方法，开发了数控机床在线运动防碰撞系统。该系统建立了虚拟数控机床，通过从数控机床编码器中实时获取数控机床运动信息进行在线运动仿真，实现对碰撞干涉的检测[1]。这是数控加工过程几何仿真的一种新发展。
二、数控加工中物理仿真
几何仿真只是对加工过程中的几何因素和运动过程进行了仿真，而对加工过程中力、热、振动、变形等并未进行仿真计算。物理仿真能揭示加工过程的物理本质，对了解加工过程中的切削力、切屑、振动以及刀具与工件的交互作用等具有重要作用。由于产品的可制造性与切削过程中的物理条件密切相关，通过切削过程的物理仿真可以模拟切削过程的动态力学特性、优化切削参数，确保获得好的加工表面质量。物理仿真的主要内容与流程如图3所示。物理仿真技术中涉及到的关键技术包括：切屑预测、切削力热仿真、零件加工变形预测、刀具磨损预测等。物理仿真主要采用有限元技术，目前较为专业的切削加工过程物理仿真软件包括ThirdWaveAdvantEdge、Deform3D等。
1切屑预测切屑预测包括瞬时未变形切屑厚度的预测和切屑形状的预测两类。瞬时未变形切屑厚度是指刀齿在切削工件时，刀齿所切削位置尚未发生变形的切屑厚度，如图4（a）所示。瞬时未变形切屑厚度主要通过刀齿与被切削面的相对位置关系进行计算，通常采用解析方法[2]。瞬时未变形切屑厚度的计算是物理仿真过程中切削力计算的重要组成部分之一，其计算精度在理论上对切削力预测的准确性有重要影响。切屑形状预测主要是预测切屑从刀具前刀面脱离后的形状，目前主要采用数值计算的方式进行模拟，如图4（b）所示。在最新发展的技术中，通过基于分层的工件形状跟踪，可以精确计算多轴加工中的未变形切屑形状，如图5所示[3]。
2切削力热耦合作用模拟数控加工过程中的金属切削过程具有高温、高速、大应变的成形特点，剧烈的摩擦和材料流动及变形使得局部的温度可以在很短的时间内上升几百摄氏度。因此，剧烈的温度变化与快速的材料流动对工件表面的成形质量以及刀具的磨损会产生重要影响。温度的变化会对材料的属性产生重要影响，从而反过来影响切削过程中的切削力。因此，切削过程中的力与热是相互耦合的。目前加工过程中的热力耦合作用主要通过有限元技术进行模拟，该方法主要建立在与温度耦合的塑性变形理论基础之上。切削过程中的切削热主要来源于工件的塑性变形以及切屑-刀具界面的摩擦。工件内部的温度场分布则主要由工件和刀具的初始温度、工件的塑性变形和切屑-刀具界面的摩擦等因素决定。目前切削过程中的力热耦合模拟已可以实现典型过程的2D与3D模拟，但是计算周期普遍长。最新的发展中，通过预先建立加工参数与力热耦合之间的映射关系及相关数据库，可以实现沿加工轨迹的力热耦合趋势的快速仿真。
3零件加工变形预测对薄壁工件加工后变形的仿真一直是薄壁零件加工中研究的热点与难点。薄壁零件加工后的变形主要由残余应力引起，而残余应力主要来源于工件毛坯制造过程中产生的残余应力和加工中产生的残余应力。因此，预测加工过程中产生的残余应力，进而预测薄壁工件的变形是加工仿真中的一个重要研究任务和研究热点。目前的研究主要还集中在加工中产生的残余应力的定量预测方面。由于残余应力重复测量的困难性，定量预测的准确性也依赖于测试结果的准确性。然而，考虑工件内部初始残余应力和加工过程所致残余应力共同作用下的工件变形则很少研究。针对这一问题，美国ThirdWaveSystems公司提出了面向薄壁件加工变形预测的实现流程，如图6所示[4]。该方案结合数据库，通过加载工件初始残余应力和加工引起的残余应力，利用FEM分析最终实现对薄壁件加工变形的预测。
4刀具磨损预测切削加工过程中，刀具与切屑之间以及刀具和工件之间存在很高的应力和温度梯度。同时，新切出的工件表面通常没有氧化物或氮化物保护层，化学特性较为活跃。因此，刀具的磨损会直接影响刀具的寿命和工件表面的质量。切削加工中刀具的磨损机制有多种，主要的几种磨损形式包括磨粒磨损、粘附磨损和扩散磨损等。由于切削参数以及刀具-工件材料组合的不同，不同的磨损机制对刀具的磨损都有一定的影响。目前针对刀具磨损的仿真中，通常采用较为熟知的Usui磨损模型等进行仿真，并且在FEM仿真中进行了很好的应用。然而，目前的刀具磨损仿真多是简单几何形状的非涂层刀具的仿真。实际加工中使用的刀具通常是复杂几何形状且带有涂层，因此现有的仿真方法与真实加工过程有较大差距。针对这些问题，德国亚琛工业大学通过试验校准改进Usui刀具磨损模型，对刀具的磨损进行仿真，实现流程如图7所示，刀片磨损仿真与试验对比结果如图8所示[5]。该方法可以有效地对不同阶段的刀具磨损进行预测。数控加工仿真技术存在问题从目前数控加工仿真技术的仿真趋势来看，为获得更高的仿真精度与仿真效率，仍需要从以下几个方面开展深入研究：（1）几何模型的准确性。目前的仿真技术中，刀具的几何模型通常采用简化的三维模型进行仿真计算，这导致在仿真精度上受到很大的影响。同时，准确计算多轴加工过程中的切屑厚度也是提高几何与物理融合仿真精度的重要途径。（2）基础切削数据库支持。几何与物理融合的仿真技术已成为数控加工仿真技术的重要仿真方向，为进行复杂加工过程中的仿真与预测，通常需要大量的基础切削数据支持。这些数据包括：刀具和工件材料的基础数据、基于真实试验的基础切削数据（力、热、应力数据等）。这些基础数据的完整性与准确性对切削加工过程的物理仿真，以及几何与物理融合仿真的准确性有着重要作用。（3）更多真实物理因素的仿真与预测。在实际加工过程中，仍有很多对加工过程有重要影响的因素尚未被充分反映到目前的仿真系统中。例如，在真实安装过程中，刀具一般会存在或多或少的偏心，而偏心的尺度通常会接近甚至超过切削过程中未变形切屑的厚度。这将严重影响铣刀的每齿负载并造成崩刃或加速磨损，导致实际加工结果和预测结果差距较大。因此，考虑到更多对加工过程有重要影响的真实物理因素会对仿真精度的提高有重要作用。（4）刀具磨损预测。在真实加工过程中，刀具的磨损一直真实存在。尤其是在难加工材料的切削过程中，刀具的快速磨损会对复杂零件的加工精度、表面完整性造成严重影响。因此，如何对加工过程中的刀具磨损进行有效的预测并进行控制，是加工过程仿真中的难点。
三、数控加工仿真技术新发展
1几何仿真与物理仿真的融合发展从几何仿真与物理仿真的发展及涉及到的关键技术可以看出，两种仿真方式由于计算量的差别一般相对独立发展。然而，随着加工技术的发展，对工件加工表面完整性、加工变形控制、尺寸精度控制等提出了同等要求。因此，如何将几何仿真与物理仿真相结合，并达到实时的仿真速度与精度成为数控加工仿真技术发展的重要方向。近年来，工业界与学术界针对几何与物理的集成仿真开展了大量研究工作，取得了重要进展。在Vericut最新版本中推出了ForceTM模块。该模块针对给定的加工条件可以给出最大的可靠进给速度，其中计算的约束条件为：刀具承载的切削力、主轴功率、最大切屑厚度和允许的最大进给速度。计算过程中，通过分析刀具的几何形状和参数、工件和刀具的材料参数以及每个切削位置的切削条件，计算出理想的进给速度。软件中用到的材料数据是从真实的切削试验中获取的，而不依赖于有限元分析结果。为对多轴数控加工过程中的物理参数进行更为精确的快速计算，匈牙利学者Tukora等基于多维体素模型，采用通用图形处理器（GPGPU）实现了对多轴数控加工过程与切削力的同步仿真和预测[6]。除对切削力可以进行预测之外，美国ThirdWaveSystems公司的“ProductionModule”模块还可以同时对多轴加工过程中的切削温度等进行预测，并在此基础上对切削参数进行优化。因此，数控加工过程仿真技术的发展已经从单纯的几何与运动仿真发展到了几何与物理融合仿真。
2数控加工仿真支撑智能加工技术发展智能加工技术借助先进的检测、加工设备及仿真手段，实现对加工过程的建模、仿真、预测，对加工系统的监测与控制；同时集成现有加工知识，使得加工系统能根据实时工况自动优选加工参数、调整自身状态，获得最优的加工性能与最佳的加工质效[7]。为实现加工过程工况的在线判定，在线监控系统必须获知每个切屑位置处的理论数据，并将实际监测结果与理论结果进行对比分析。此外，为实现加工过程的快速在线调整，数控机床实际运行的程序必须是较为接近优化结果的参数。从数控加工技术几何仿真与物理仿真技术的发展及其关键技术可以看出，通过数控加工仿真技术可以获得产品加工过程中优化的几何尺寸信息、切削力信息等。数控加工仿真技术可以为智能加工提供理论预测值以及很好的优化初值，从而为智能加工技术的应用提供支撑。同时，智能加工技术在线监测与调控结果又可以为离线的数控加工仿真系统提供更为真实的边界条件、材料参数等，使得数控加工仿真结果更为接近真实数据。因此，数控加工仿真技术将逐渐发展为智能加工技术的重要组成部分，并相互促进与共同发展。
四、结束语
【关键词】数控加工仿真系统软件；教学；实习
一、引言
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）