浅谈虚拟现实技术在数控加工教学中的应用

浅谈虚拟现实技术在数控加工教学中的应用作者：肖苏慧

来源：《职业·下旬》2011年第04期

随着我国高等职业教育的飞速发展，以及数控加工技术在机械制造业中的广泛应用，大批数控机床操作人员的专业培训，成为迫切而又难以解决的问题。与传统的机械加工实习教学相比较，数控实习教学存在多方面的困难。例如，数控机床的系统多、型号多且更新较快，学校不可能将所有的系统配齐，这就会出现学生在校期间所学的系统与工厂中不符的情况，使学生进入工厂后不能尽快适应机床操作。另外，数控机床是自动运行的，学生在初学时，常常会由于在编程中的疏忽或操作中的失误，造成刀具或机床的损坏，甚至是人身危害。因此，传统的机床操作培训方法效率低、教师工作量大、培训费用高，需要用更新的方法来取代。

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术作为一项尖端科技，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。它最早源于美国军方的作战模拟系统，上个世纪九十年代初逐渐为各界所关注，并且在商业领域得到了进一步的发展。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学实习、军事训练、建筑设计、教育培训等众多领域。以计算机仿真和数控加工技术为基础，利用计算机来模仿真实的数控设备工作环境，形成了虚拟数控技术。如果将其应用于数控技术教学上，必将对整个教学产生深远的影响。

二、数控加工仿真系统

目前，国内已有一些高等院校将计算机仿真运用于数控操作人才培训的教学之中，也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、武汉金银花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。数控加工仿真系统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，将加工过程用三维图形或者二维图形的方式演示出来；可以进行数控编程的教学，能够完成整个加工操作过程的教学，使原来需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能在这个虚拟制造环境中实现。

三、数控仿真系统在教学中的应用

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功能和特点：

1．利用数控仿真软件可以弥补设备不足

由于大部分的实训活动可以在仿真系统中实现，使用仿真软件，大大减少工件、刀具、材料和能源的消耗，从而可以降低培训成本。

2．提供多种机床和系统

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当前我国数控加工中常见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，使学生进入工厂后能在最短的时间内融入到生产当中。

3．安全性高，便于学生学习

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．方便教师授课

数控加工仿真软件的互动教学功能，使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．在计算机上完成所编程序的检验，减少操作出错率

在实际操作前，学生可以在数控仿真软件上输入程序，将校验的步骤放在计算机上完成，观察零件的加工情况，最后将正确的程序通过键盘或数据传输方式输入到数控机床中。这样，既可节省时间，又提高了加工中的安全性。

尽管虚拟数控机床具备如此出众的功能，但数控加工仿真系统只是加工过程的模拟，并非真实加工过程，它无法代替真实切削加工。因此，在进行虚拟仿真教学时，要合理安排数控加工仿真软件学习的阶段，严格按实际操作的要求进行，要求学生按照实际操作加工中的要求来做，如正确装夹零件，合理选用刀具及切削用量。另外，对刀的步骤和动作也要规范，让学生在学习的初期就养成正确的习惯。

综上所述，数控仿真系统的引入，能使学生在学习数控编程理论时，课堂教学变得更加生动、更加具体，提高学生的学习兴趣，提高教学效果。在学习实际操作时，仿真软件不存在安全问题，使学生可以大胆地、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，提高学生对机床的操作能力。

（作者单位：山东省烟台工程职业技术学院）