基于VNUC仿真软件的数控教学

摘要：以VNUC仿真软件数控教学为研究主题，介绍了VNUC仿真软件及其功能特点，分析了数控仿真软件在数控教学中的优缺点，通过教学实践证明，VNUC仿真软件的应用不仅弥补了设备的不足，而且调动了学生的学习积极性，提高了教学质量。

关键词：数控教学；VNUC；仿真加工

Abstract: The VNUC simulation software of NC teaching as the research subject, introduced the VNUC simulation software and its features, analyzes the advantages and disadvantages of CNC simulation software in the teaching of NC, proved by teaching practice, the application of VNUC simulation software can not only make up the equipment deficiencies, and mobilize the enthusiasm of students, improve the quality of teaching.

Key words: CNC teaching; VNUC; the simulation process

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

随着“三本”院校加强对于学生动手能力的要求，以及数控加工在机械制造业中的广泛应用，对数控相关技术人员的需求日益增加，数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中，数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行，这既占用了设备加工时间，又具有风险，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏[1]。随着计算机技术的发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真软件。它用计算机仿真软件进行培训，不仅可迅速提高操作者的素质，而且安全可靠、费用低。

数控机床仿真加工是数控技术课程的辅助教学手段，能充分利用现有资源节省时间降低风险，最大限度为学生提供动手实践机会，将课本上所学数控加工知识通过仿真加工模拟完成。数控仿真通过不同类型典型零件的模拟加工弥补实践操作中的种种不足，从而刺激学生的感官认识，提高他们学习的主动性和积极性，快速提高学生的理论和实际水平。因此VNUC数控仿真软件在数控教学中发挥着重要的作用。

结合我校数控技术这门课程来说，由于学生基础差，学习被动无兴趣等，要在这样的条件下要培养一个合格的数控技术人才谈何容易，这就要求探索出一套适合当前现状的教学方法。通过一段时间的数控教学，发现数控仿真软件能在其中显示出桥梁作用，能使理论和实践有效的衔接，打破了传统的数控教学模式，增加了学生动手的机会，提高了操作的熟练程度。因此，把数控仿真软件用于教学，是解决这一问题的有效途径[2]。

1 VNUC数控仿真软件的简介

在数控加工过程中，为了检查数控程序的正确性，传统上采用试切的方法进行检验，但这种方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。后来又采用轨迹显示法，即用计算机控制铅笔绘图器，以笔代替刀具，以纸代替毛坯来仿真刀具运动轨迹的二维图形。这种方法可以显示二轴加工轨迹，也可以检查一些大的错误，但其运动仅限于平面，局限性很大。对于工件的三维和多维加工，也有用易切削的材料代替工件（如石蜡、木料、改性树脂和塑料等）来检验加工的切削轨迹。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的仿真方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展。在这种情况下，数控加工的计算机仿真软件应运而生。

目前国内已经出现了各种数控加工仿真教学系统，如北京斐克(VNUC)、上海宇龙和南京宇航等不同数控加工仿真软件。但结合学校现有的资源，在教学中主要以北京斐克(VNUC)系统为主辅助教学。该软件由北京市斐克科技有限责任公司和北京联高软件开发有限公司依据《全国现代制造技术应用软件课程远程培训》中的教学要求，联合研制开发的一款基于虚拟现实技术的数控加工技术教学软件[1]。

VNUC包含了常见型号的数控机床，如卧式数控车床、3轴立式数控铣床和3轴立式数控加工中心。该软件更包含了种类繁多的主流数控系统，如FANUC、GSK、华中HNC、KND和SIEMENS等系统。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。数控车床上的圆柱状毛坯可以是实心棒料和空心套筒两种，铣床或加工中心的毛坯是可以自行定义大小尺寸的长方体毛坯。不论车床还是铣床其毛坯材料的种类十分丰富，操作者可以根据实际情况来选择使用。

2 VNUC数控仿真系统功能

（1）熟悉数控系统的操作

系统中包括国内外大部分数控系统。如：FANUC、西门子、华中数控等，在主要的三大系统中，又分车、铣、加工中心，不同的系统型号共20多种。学生可以通过此软件熟悉多种数控系统的操作。

（2）检验程序的正确性

学生在学习编程知识后，编写好程序后，可模拟加工仿真过程，像数控机床一样，进行一系列的数控加工过程，看程序是否正确。

（3）检测操作的规范程度

学生在操作VNUC仿真软件时，出现操作真实数控机床时相同的误操作，软件可以发出报警，以便改正。

（4）记录操作功能

在学生操作过程中，可以把操作过程全程记录下来，以备老师来检验操作是否正确。

（5）全面的检测功能

碰撞和干涉检验在这里主要检验刀具和主轴相对于非加工部件如夹具、工件的非加工部位、加工工作台的干涉现象，也可用来检验由用户指定的物体之间的干涉现象，由于加工过程由NC代码驱动，通过有数控程序预检查和运行中的动态检查功能，干涉出现位置的NC代码信息可及时反馈提交用户进行检查和修改，从而防止了误操作的发生。

（6）具有数控程序处理功能

能够通过DNC导入各种CAD／CAM软件生成的数控程序，例如Mastercam、Pro／E、UG、CAXA等，也可以导入手工编制的文本格式数控程序，还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序。

（7）具有互动教学功能

仿真软件的互动教学功能也使得教师通过教师机，在每位学生机上演示其教学内容，学生可以非常清楚地观看和练习，同时教师也能在教师机上观察每位学生的操作情况，对学生进行教学指导；还可利用仿真软件的考试功能对学生进行考试，了解学生对数控加工过程的掌握情况，不断调整教学进度。利用数控加工仿真软件教学，可使抽象内容形象化，以达到最佳教学效果 [3]。

3 VNUC数控仿真软件教学中的优缺点

VNUC数控仿真软件在教学中的优点：

1)通过情境教学，提高学生学习的主动性、调动学生学习的积极性，培养他们的创新意思。

可以弥补学校数控设备不足的问题。

通过在教学过程中利用VNUC数控仿真软件学习，结合“三本”加强动手能力的特点，充分体现理论指导实践的理念。通过边学边练，让他们在愉快的氛围中接受新知识和新技能。

利用VNUC数控仿真软件的全面检测功能，可以设计出实际加工中可能出现的任何问题，让学生进行思考和解决，从而加深认识在课堂教学中无法达到的效果。

数控加工仿真软件的应用，虽然为我们在相当程度上弥补了因数控设备不足而无法满足学生实际动手操作训练的缺陷，但也不是完美无缺，事实上在它发挥优势的同时，也存在一定的问题。如下：

1）VNUC数控仿真软件无法替代学生在真实切削加工中的实际感受。譬如：加工过程中刀具的影响、切削用量选择合理与否在加工中的作用、产品粗糙度无法检验以及加工环境和氛围的感受等。而这些恰恰是学生技能训练的要求。

2）利用VNUC数控仿真软件教学容易使学生对仿真加工产生依赖心里，

疏于实际加工，造成学生的自满情绪，从而放松学习，懈怠训练。

3）虽然它的操作面板和系统和实习机床是相同的，但VNUC仿真软件在车床上安装毛坯时，毛坯只能选成棒料，在选择好的一个机床上加工好的零件不能在另外的机床上后续加工等。

4）学生对数控的加工工艺的合理安排、工艺参数的正确设置无法产生深刻的体会。如应用仿真软件时无论学生任意安排工艺路线及工艺参数，比如切削速度和刀具设置不一样，加工出来的工件效果几乎一样，因此学生们对合理的工艺路线和参数难以仔细考虑。

因此作为一个仿真软件，它和实际机床还是有很多区别的，无法真正代替实际机床，所以仿真软件使用只能作为缩短实习时间，提高实习效率的一种辅助手段，必须适当的安排实际操作来弥补其不足之处。

4 结语

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，可使用户既能掌握数控机床加工的基本原理，又能掌握数控机床操作的基本技能。将该软件应用于教学培训和实际生产中，可以减少培训成本，保证生产质量，具有十分重要的意义[4]。总之，只有科学、合理的将VNUC仿真软件与实际操作有机结合起来并应用到数控教学中，就能更好地为教学服务，提高教学质量。

参考文献：

[1]李芹.基于VNUC数控仿真软件下的教学[J].科技风,2009,（19）

[2]陈国庆,沈先君.数控机床仿真在数控教学中的应用[J].科教文汇,2007,（30）

[3]蒋永松.数控仿真软件在数控教学中的应用与思考[J]. 科学咨询,2010,（1）

[4]韩伟娜,李欣玉.基于VNUC的虚拟数控机床仿真加工[J].北华航天工业学院学报,2010,20(6)