虚拟仿真实验室建设的研究与探索

虚拟仿真实验室建设的研究与探索

朱建军　郑家骅　　上海工程技术大学工程实训中心　　

【摘　要】虚拟仿真技术是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。随着数控仿真技术的不断发展，虚拟仿真实训项目也已成为各高校训练中心的实训项目之一；数控机床在实际加工之前，必须保证数控程序的可靠性，即需要进行数控程序检验，即模拟实训。本文针对以上一些问题加以研究与探索。【关键词】虚拟仿真；模拟实训；数控机床；研究探索

虚拟仿真实验室正随着当前新技术新工艺在机械制造领域的广泛应用的基础上建立起来的。上海工程技术大学工程实训中心近年来积极探索实践，不仅将现代ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＩＭＳ新技术新工艺内容引入金工教学，而且连续几年成功地应用ＣＡＸＡ－ＣＡＤ／ＣＡＭ软件开设了包括数控车床加工、数控电火花线切割加工、数控铣床加工／数控加工中心加工和特种加工等相应的虚拟仿真实习、实验课程和训练，为其它院校虚拟仿真实习实验课程的改革和建设树立了典范。

一、虚拟仿真实验项目

虚拟仿真实验室包括数字化设计平台、数字化工艺平台、数字化网络化制造平台以及数字化生产管理平台，形成统一数据源的设计、工艺、生产一体化流程，做到无纸化、数字化的生产过程管理。

目前，我校虚拟仿真实验室配置６组共３６台计算机，每组６台计算机分别用于：用于订单管理和启动报价流程，１台用于产品创新设计平台的搭建，２台（分别为设计主管、工程师）用户数字化工艺设计平台的搭建，１台（工艺主管／工艺员／编程员）用于先进网络制造平台的搭建，２台（分别为生产主管、计划／调度员）配置１台电脑作为教师机，１台服务器作为体验中心数据服务器，以上计算机、服务器通过交换机与车间数控机床连接成一个局域网。

实验室配置实体设计软件、电子图板软件、分析软件，与原有的三坐标测量仪、快速成型机集成形成数字化设计平台。如图１所示

工艺图表软件和工艺汇总表软件，与网络ＤＮＣ管理软件形成数字化工艺平台。制造工程师软件、数控车软件和线

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切割软件，与网络ＤＮＣ通信软件一起组成数字化加工平台。网络ＤＮＣ管理软件，对图纸、模型、代码、文档、机床节点等进行光了，与实训中心的视频监控、信息采集系统集成，组成先进数字化产品数据及教学管理平台。通过工作流管理模块组织起项目教学，实现项目管理计划、数据浏览、材料统计、工时汇总、生产任务及监控任务流程进展。

　　　图１虚拟仿真实验室配置

　使用虚拟仿真实体设计接收逆向工程的曲面数据（ＩＧＥＳ格式），在三维设计环境中进行产品设计，包含零件设计和产品装配设计。产品模型进行机构运动仿真和碰撞干涉检查。当设计完成三维实体文件后可以通过电子图板的三维接口生成该实体的二维工程图。电子图板在读取三维实体文件时可以选择读取的文件格式，默认情况下读取实体设计软件产生的．ｉｃｓ格式，用户也可以选择ＵＧ、Ｐｒｏ／Ｅ、Ｃａｔｉａ等三维软件产生的标准通用格式．ｘ＿ｔ等格式。生成后用户只需要对生成的工程视图进行修改、标注等操作即可快速完成二维图纸的设计。同时，实体设计中的三维球工具为各种三维对象的各种复杂三维变换提供了灵活、便捷的操作。

在虚拟仿真设计管理软件中提供产品结构管理，以结构树的方式显示产品的装配组成关系。产品结构树为用户提

供关于产品组成的直观视图，在产品结构树的基础上，可以进一步实现产品的变型设计；实现产品结构对应的ＢＯＭ输出。产品结构树的创建有两种方式：一种是手工创建；另外一种是通过批量入库图纸的方式自动创建。手工创建适用于新产品的建立，批量入库方式适合于对历史图纸的入库整理。设计过程中如果先绘制总装图，也可以通过批量入库把总装图中的结构提取出来，生成产品的结构树。

二、 结束语

虚拟仿真技术是在数控机床实际加工之前按照给定指令，通过计算机图形仿真的数控程序检验，建模，在计算机上模拟多种加工方案并对其进行评价，从中选取可靠、优化的加工方案的一种

技术。驱动机床自动进行加工，必须要保证数控程序的可靠性，即需要进行数控程序检验。常用的数控程序检验方法有两种：试切法和计算机图形仿真。试切通常采用比较软的材料如木模、蜡模或铝模代替毛坯在实际数控机床上进行试切削来检验数控程序。这种方法占用了机床的有效加工时间，影响了机床的利用率。而计算机图形仿真的数控程序检验对刀位轨迹、并考虑到实际的加工环境，还能完全保证在复杂结构的数控机床上加工复杂零件的数控程序的可靠性检验等一系列问题。

本文研究充分利用虚拟仿真技术在数控加工仿真中应用的优势，研究其在仿真数控加工过程、数控程序优化中应用的关键技术，开发优化刀具路径、切削参数的数控程序优化应用软件系统，这对提高数控加工的生产效率和经济效益具有重要的意义，供大家参考研究。