CAD/CAM/CAE虚拟仿真实验概况

数控技术类课程，是机械和机电等各类专业本、专科教学计划中开设的一门应用性和实践性很强的专业课程。学好本课程，不仅要掌握数控编程的基本理论知识和编程方法，更重要的是要通过一定的实践教学，在实践教学中运用所掌握的机械加工工艺知识、数控编程的理论知识、数控编程的方法编制零件加工程序，并完成对零件的数控加工。采用仿真软件在计算机上进行模拟加工，是完成这一实践教学的有效手段。因此，在各专业本、专科数控技术类课程的教学计划中均设有“仿真实验”这一实践教学环节。其实验的目的是：

l  熟悉并学会运用计算机仿真技术，模拟数控车床、数控铣床及数控加工中心完成零件加工的全过程；

l  为后续的“数控编程与加工实训”，实地操作数控机床进行数控加工，积累和打下操作技能训练的基础。

图25  虚拟零件加工

《数控加工仿真系统》是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心，以及机床厂家的多种常用面板，具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。在操作过程中，具有完全自动、智能化的高精度测量功能和全面的碰撞检测功能，还可以对数控程序进行处理。为了便于教学和鉴定工作的进行，本系统还具有考试、互动教学、自动评分和记录回放功能。基本功能包括以下三个方面：

l  机床与控制系统

数控加工仿真系统提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心，以及机床厂家的多种常用面板；控制系统有FANUC 0，FANUC 0i，FANUC Powermate 0，FANUC 0i Mate，Siemens 810D，Siemens 802D，Siemens 802S/C，PA8000，三菱、大森、华中数控，广州数控,华兴、凯恩帝等。

l  丰富的刀具材料库

采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀，支持用户自定义刀具以及相关特征参数。

l  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、机床手动操作等仿真。

 

图26  数控加工仿真系统

1）可以弥补设备数量的不足

由于大部分的实验和实践教学环节可以在仿真系统中实现，使用仿真软件将大大减少在数控机床设备上的资金投入，同时使学生的实际上机时间大大增加，从而可以加快学生的学习进行度。由于使用仿真软件，也大大减少工件材料和能源的消耗，从而可以降低实验成本。

2）提供了多种机床和多种系统

当前数控机床的种类和系统厂家众多，数控仿真软件提供了基本涵盖当今国内外数控加工中常见的数控机床和主流的数控系统，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。

3）安全性高，便于学生学习

由于数控加工仿真系统不存在安全问题，不会因为学生的错误操作而损坏机床，更不会造成人身伤害，学生可以大胆地、独立地进行学习和练习。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。

4）方便了教师授课

实训教学中，如果教师仅仅在课堂上讲解，学生会难以理解，所以较多的授课内容是需要教师进行示范的，教师在机床上对学生进行示范时，很难保证所有的学生能够听懂、看清，教学效果往往不太理想。而数控加工仿真软件的互动教学功能使得教师可以以广播的方式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。

5）可在计算机上完成所编程序的检验，减少实际操作出错的概率。

表8 主要实验项目