基于数控仿真系统的数控机床编程与操作实训教学研究

孟令威

（长春工业大学人文信息学院，吉林长春，130122）

基于数控仿真系统的数控机床编程与操作实训教学研究

孟令威

（长春工业大学人文信息学院，吉林长春，130122）

计算机技术的不断发展，数控仿真系统越来越完善，在教学中也启到了非常大的作用。数控仿真系统不仅安全、经济实用，减少设备、场地和消耗等，同时也减轻了教师的教学负担，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。因此，本文在分析了数控仿真系统及其应用优势的基础上，重点研究了基于数控仿真系统的数控机床编程与操作实训教学。

数控仿真系统；数控机床编程与操作实训；教学

1 数控仿真系统

数控仿真系统综合了虚拟现实技术、三维实体造型及图形显示技术等，同时融合了软件开发、机床及机械加工等多学科知识。其中，最核心的技术就是虚拟现实技术，虚拟现实技术出现于上世纪九十年代的美国，它是一种富有极高价值的工具，在提升传统产业结构，挖掘产业发展潜力等多方面都发挥了重要作用。数控仿真系统在实际应用过程中，一方面在产品设计与制造中降低了生产成本，削弱了产品开发风险，在产品演示过程中，利用其多媒体效果提升了客户对产品的关注度；另一方面在教学中，通过“虚拟设备”来提升学生的操作熟练程度。本文主要研究的就是数控仿真系统在教学中的实际应用。

数控仿真系统满足了高校数控技术教学的需要，可以实现对数控铣和数控车加工全过程的仿真，全面再现了机床加工操作细节，其中包括毛坯定义与夹具，刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和调试，加工仿真以及各种错误加检测功能，使仿真数控机床在开动和切削过程中，其音响、动画等功能的操作接近真实效果，实现了数控机床操作仿真、数控系统仿真、教学仿真等多种功能。为数控加工技术培训提供了全新的模式。

数控加工仿真系统的应用和传统的教学在几个方面体现出了无可比拟的优势：第一，仿真系统完全模拟真实数控机床的控制面板和屏幕显示，基本等同于对真正的数控机床的操作；第二，在仿真的状态下对数控加工程序代码的加工状态进行检验，可以随时进行修改，做到有问题及时修正，而且保证了操作安全；第三，采用虚拟机床替代真实机床进行教学，降低了教学成本同时提高了教学效果；第四，采用电脑教学，直观且易于接受，激发了学生学习的兴趣，提高了学习效率。

2 虚拟数控机床平台的构建

(1)NC解释平台，数控代码是经任务调度通过任务分配数据库进行翻译的，从而实现虚拟机床各部件及刀具等运动，同时利用计算机模块实现机床响应模拟，而NC解释平台可在自由配置的基础上实现不同数控机床的CNC控制器模拟。

(2)NC验证器，对NC代码语法进行验证。

(3)刀具库，它包括数控机床所需的全部刀具，同时可以对全部刀具号进行自由配置，从而实现对不同数控机床换刀形式及切削加工方式的模拟。

(4)仿真平台，它是虚拟数控机床的核心技术，具体包括三维动画仿真、刀具轨迹仿真、加工精度仿真、切削力仿真等。学生在一种近似于真实的虚拟环境里进行机床运动和切削过程实践操作，并获得其所需的加工数据。

(5)计算平台，它主要执行虚拟数控机床中的各种计算任务，比如通过NC代码进行加工零件几何图形的计算，或通过刀具材料、零件材料、运行时间及润滑介质等进行刀具补偿量和热补偿量的计算。这些计算对于利用虚拟数控机床进行虚拟制造方案的设计与评价具有重要作用，是指导操作者实践操作的重要条件。

(6)设计开发平台，它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，它主要是进行机床控制，提升虚拟机床操作运行的真实度，同时还可实现典型零件的实验性试加工，特别是在高校数控机床编程与操作实训教学中，学生需要进行大量的数控编程练习与实际调试。

图1 基于数控仿真系统的数控机床编程与操作实训教学

3 基于数控仿真系统的数控机床编程与操作实训教学

利用数控仿真系统进行数控机床编程与操作实训课程教学，教师首先要以就业为导向合理设计教学内容。笔者认为在利用数控仿真系统的基础上，可以将实训内容分成三个模块，即：基础模块、提高模块和拓展模块，如图1所示。

基础模块主要讲解实训教学中学生必须掌握的基本内容，包括数控车床、数控铣床、加工中心的编程方法及实践操作等；提高模块要求学生能够进一步掌握不同数控系统机床编程方法，如实训教学中EMENS数控系统的编程与操作；拓展模块要求学生能够更加全面的掌握更多系统的编程与操作，如目前常用的华中、广数等，以拓展学生的知识面。

4 结论

数控仿真系统在数控机床编程与操作实训教学中的应用,有利于改进数控教学方法,提高数控教学水平，既避免了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。因此，本文通过数控仿真系统分析及虚拟数控机床平台的构建，研究了基于数控仿真系统的数控机床编程与操作实训教学，以期为未来的数控机床编程与操作实训教学提供借鉴。

[1]吴长有,刘富凯. 数控仿真软件在《数控机床编程与操作》教学中的应用[J]. 机械管理开发,2011,01:188-189.

[2]周蔚宇,彭钟,何周亮. 高职《数控机床编程与操作》实践教学研究[J]. 职教与经济研究,2013,02:37-40.

[3]纪红兵. 浅论数控机床编程与操作课程的教学思路[J]. 神州,2013,36:69.

孟令威,男，1974年3月出生，吉林四平人，硕士，助理研究员，主要从事机械设计制造技术研究。

Research on NC machine programming and operation training teaching of numerical control simulation system

Meng Lingwei
（College of Humanities and information Changchun University of Technology,Jilin Changchun,130122,China）

The continuous development of computer technology, NC machining simulation system is becoming more and more perfect, in the teaching has also started to a very large role. Numerical control simulation system is not only safe, economical and practical, reduce equipment, space and consumption, but also reduce the burden of teachers, can focus on helping students to analyze and solve practical problems, and ensure the teaching quality to improve teaching effect. Therefore, this paper analyzes the numerical control simulation system and its application advantages, based on the focus of the numerical control simulation system of NC machine tool programming and operation training teaching.

numerical control simulation system; numerical control machine tool programming and operation training; teaching

TG659-4

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