宏指令在数控编程加工中的应用

“西南风”通过精心收集，向本站投稿了7篇宏指令在数控编程加工中的应用，以下是小编整理后的宏指令在数控编程加工中的应用，仅供参考，希望能够帮助到大家。

篇1：宏指令在数控编程加工中的应用

摘 要： 本文根据宏指令和CAD/CAMD 在数控编程加工中的应用分析，分析其各自的特点;并通过典型零件的宏指令编程实例，说明利用宏指令编程对程序往往能起到化难为易、化繁为简的作用，使程序具有通用性、灵活性。

恰当地使用宏变量，可用同一程序完成一个系列零件的加工，大大提高编程效率。

关键词： 数控机床 数控编程加工 宏指令 CAD/CAM

数控编程作为数控加工的关键技术之一，其程序的编制效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产效率，尤其是随着数控加工不断朝高速、精密方向发展，提高数控程序的编制质量和效率，对提高制造企业的竞争力有着重要的意义。

随着CAD/CAM软件的不断普及，数控编程的模式逐渐由自动编程取代了手工编程。

但CAM软件和手工编程有着各自的特长，且现有的CAM软件不能满足所有数控系统的特殊功能。

如何充分结合两种编程模式，合理有效地利用数控机床的各种功能，编制精简合理的小容量数控程序，有着非常重要的意义。

一、CAD/CAM和用户宏程序在编程加工中的性能对比

当今CAD/CAM软件越来越具有智能化，非常适用于各种复杂曲线零件编程和加工，但并不意味着CAD/CAM编程能绝对取代用户宏程序。

相反，在实际应用中用户宏程序相对于CAD/CAM软件有其适用范围和特点，具体如下。

首先，用户宏程序是程序编制的高级形式，素质较高的编程人员在宏程序里应用大量的编程技巧，使程序简洁易懂，并具有较好易读性和修改性。

而采用CAD/CAM编程，必须先几何建模，后设定各种加工参数，然后计算刀具轨迹，再经后处理生成程序。

这个过程非常耗时，且生成的程序十分繁琐，内容较多，可读性和修改性较差。

对于中等难度的零件，使用宏程序编程要比CAD/CAM方便得多。

其次，一般的数控系统内部存贮空间不超过256K，而采用CAD/CAM生成的`程序比较繁琐，基本上都超过额定存贮空间，因而只能通过DNC方式加工，即通过数控机床配备的通信接口在线加工。

现在的机床常备的是RS-232串行接口，其最大的传输波特率为19200bit/s，当计算精度、计算速度F值较大时，程序的传输速度就跟不上机床的节拍，出现进给运动有明显的继续的现象，采用其他方法也不会太大的改观。

由于宏程序一般都短小精悍，存储空间一般为3K以下，完全可以存储在数控系统内部。

在计算的速度较快，使用宏程序不会出现加工中断续的现象。

最后，CAD/CAM软件生成的程序具有一定的误差，使得对零件加工精度具有很大的影响。

误差来源于很多方面，从用户使用的层面上说，使用CAD/CAM软件来生成刀路及程序是非常容易的事，但是剖析CAD/CAM软件计算刀路的原理，就知道它存在一定的弊端。

在CAD/CAM软件中，无论构造规则或不规则的曲面都有一个数学运算的过程，也必然存在着计算的误差和处理，而在对其生成三维加工刀路时，软件是根据你选择的加工方式、设定的加工参数，并结合所设定的加工误差(或称为曲面的计算精度)，使刀具与加工表面接触点(相交点或相切点)逐点移动完成加工，从本质上看，其实就是在允许的误差值范围内沿每条路径用直线去逼近曲面的过程。

例如手工编程中用G02或G03表示圆弧，CAD/CAM生成的程序使用n边形去逼近一个圆。

CAD/CAM软件生成的程序除了受NC刀具轨迹的计算精度影响，还受多方面因素的影响，例如受CAD建模时的计算精度的影响、不同软件之间CAD图档的转换精度的影响和后处理环节的影响等。

二、用户宏程序在数控编程加工中的优点

宏功能是数控编程技术的一项关键技术，是提高数控加工性能的一种特殊功能。

宏功能的主体是宏程序，由一系列指令组成，宏程序用一个总指令作代号，也称宏指令。

其特点是可以对变量得对变量进行运算，用变量执行相应操作，使程序应用更加灵活、方便。

1.宏程序中的变量有局部变量、公共变量、系统变量三种，可满足不同的赋值需求。

在宏程中，用事先指定的事变量代替地址符后面直接给出的数值，在调用宏程序或该宏程序本身执行时，给出计算好的变量值，这种使宏程序有广泛的通用性。

更改也非常简单，若程序中某数据要更改，只需将相应变量重新赋值即可。

2.在宏程序中已赋值的变量，在后续程序中可被重新赋值，原先的内容被新内容代替，利用数控系纺对变量值进行计算和变量可以理新赋值的特性，使得在进行复杂非圆轮廓的曲线加工中，而不必人工逐点计算，从而用很短的直线或圆弧线段逼近理想轮廓曲线，满足零件加工精度。

3.宏程序中的算术和逻辑计算功能，如：反正运算、指数函数运算、异或运算等，满足了用户不同的计算要求，减少了编程的繁琐计算，使编程更佳快捷、方便。

4.宏程序所具有的转移和循环功能，包括GOTO、IF、WHILE语句，可方便地实现语句的无条件、有条件跳转和重复多次循环减少了编程语句的数量，满足了用户对不同情况的编程要求。

三、宏指令编程实例

篇2：宏指令在数控编程加工中的应用

在工厂实际生产中，常常生产不同型号的同类产品，每一型号的产品都有不同的规格，这些规格不同而型号相同的产品一般结构和形状相似，仅尺寸大小不同。

所以其壳体零件也是结构和形状相似，只是尺寸或数量不同。

而基本上所有产品的壳体零件，其加工内容无非是轴孔镗削加工、断面铣削加工、连接孔钻削加工，如果对每个规格壳体的零件都去编程，很费时，易出差错，且占用内存空间大。

为了提高程序的通用性，可以将同类形状的表面加工采用宏指令编程，加工时给宏程序中的变量赋值就可调用宏程序，大大简化加工程序。

例如阀门产品型号很多，然而同一型号的阀门其结构及外形却非常相似，阀体结构基本一样，仅是尺寸大小即规格不同。

篇3：数控加工技术在飞机制造中的应用

数控加工技术在飞机制造中的应用

论述了飞机典型结构件的数控加工,井对数控技术在飞机制造中产生的影响进行了阐述.

篇4：子程序在数控车编程的应用

【摘 要】 子程序常用于加工几何形状完全相同或相似的加工轨迹，是数控车床手工编程的常用方法之一。

正确使用子程序，可以有效简化手工编程工作量，减少程序所占内存，提高加工效率。

本文主要对子程序进行简要介绍，并以具体实例加以说明。

【关键词】 数控车子程序 编程 应用

1 引言

在数控加工中，有时在一个零件上，有两处或两处以上形状和大小都相同的加工部位，为简化程序的编制，可以用子程序来加工，或调用子程序实现循环加工，以减少编制程序时需要计算的基点的个数，简化编程。

2 子程序介绍

(1)子程序的定义。

某些被加工的零件中，常常会出现几何形状完全相同的加工轨迹，在编制加工程序时，有一些固定顺序和重复模式的程序段，通常在几个程序中都会使用它。

这个典型的加工程序段可以做成固定程序，并单独加以命名，这组程序段就称为子程序。

(2)子程序的作用。

使用子程序可以减少不必要的重复编程，从而达到简化编程的目的。

主程序可以调用子程序，一个子程序也可以调用下一级子程序。

子程序必须在主程序结束指令后建立，其作用相当于一个固定循环。

(3)子程序的格式。

子程序的格式与主程序相同，在子程序的开头编制子程序号，在子程序的结尾用M99指令结束子程序并返回主程序。

O××××

…

M99

(4)子程序的调用。

在主程序中，调用子程序的指令是一个程序段。

指令：M98

格式：M98 P×××× ×××× (前四位为调用次数，后四位为子程序号)

或M98 P×××× L××××(P后面为子程序号，L为调用次数)

说明：省略循环次数时，默认循环次数为一次。

(5)子程序的嵌套。

子程序调用另一个子程序，称为子程序的嵌套。

主程序调用同一子程序执行加工，最多可执行9999次，但是子程序的嵌套不是无限次的，在编程中使用较多的是二重嵌套(不同的系统其执行的次数及层次不同)，其程序执行情况如图1所示。

3 应用子程序编程实例

(1)等距槽可以利用循环或子程序进行编程，但加工不等距槽时，就体现出了利用子程序进行编程的优势。

例如：图2所示为车削不等距槽，已知02号刀为切槽刀，刀刃宽度为4mm，左刀尖对刀， 35mm外圆已加工好，试通过调用子程序的形式编写其加工程序。

1)主程序。

O0001

N10 G50 X100.0 Z100.0;设定工件坐标系。

N20 M03 S900;主轴正转，转速900r/min。

N30 T0202;换02号切槽刀。

N40 G00 X38.0;快速定位到38mm处。

N50 Z-20.0 M08;快速定位，准备切槽，开冷却液。

N60 M98 P31000;调用O1000的子程序3次。

N70 G00 X50.0 Z-138.0;快速定位。

N80 G01 X0 F30;切断。

N90 M30;程序结束。

2)子程序。

O1000

N10 G00 W-4.0;Z轴负向移动4mm至第一槽处。

N20 G01 U-13.0F30;切第一槽至指定尺寸。

N30 G04 X1.0;槽底停留1S。

N40 G01 U13.0;X方向退出。

N50 G00 W-14.0;快速定位第二槽处。

N60 G01 U-13.0;切第二槽至指定尺寸。

N70 G04 X1.0;槽底停留1S。

N80 G01 U13.0;X方向退出。

N90 G00 W-20.0;Z轴负向移动20mm。

N100 M99;子程序结束，并返回主程序。

(2)如果加工等距槽，但是形状较复杂时，循环指令就失效了，这时应用子程序就可以大大提高编程的效率。

例如：图3所示为车削等距复杂型槽，已知02号刀为切槽刀，刀刃宽度为3mm，左刀尖对刀，28mm外圆已加工好，试通过调用子程序的形式编写其加工程序。

1)主程序。

O0002

N10 G50 X100.0 Z100.0; 设定工件坐标系。

N20 M03 S600; 主轴正转，转速600r/min。

N30 T0101; 选择1号外圆刀。

N40 G00 X30.0 Z2.0;定位至30mm，距端面正向2mm。

N50 G71 U1.0 R0.5; 采用复合循环粗加工半圆球、外圆、外圆锥面等，

N60 G71 P70 Q130 U0.5 W0 F100; X正方向留精加工余量0.5mm。

N70 G42 G01 X0 F50;

N80 Z0;

N90 G03 X20.0 W-10.0 R10.0;

N100 G01 Z-42.0;

N110 X25.0 Z-50.0;

N120 Z-55.0;

N130 G40 X30.0;

N140 M00 M05;主轴停，程序加工暂停，检测工件。

N150 M03 S1200;主轴正转，转速 1200r/min。

N160 G70 P70 Q130;精加工半圆球、外圆、外圆锥面等。

N170 G00 X100.0 Z100.0;返回换刀点，主轴停。

N180 M03 S800;主轴正转，转速 800r/min。

N190 T0202; 换02号切槽刀。

N200 G00 X22.0 Z-10.7M08;快速定位，准备切槽，开冷却液。

N210 M98 P3;调用O2000的子程序3次，加工3处等距外沟槽。

N220 G00 X100.0 Z100.0; 返回换刀点。

N230 M30; 程序结束。

2)子程序。

O2000

N10 G00 W-8.6;刀具沿Z轴负方向平移8.6mm。

N20 G01 U-10.0 F20;沿径向切槽至槽底。

N30 G04 X1.0;槽底停留1S。

N40 G00 U10.0 F500;快速退至22mm处。

N50 W1.3;沿Z轴正方向平移1.3mm。

N60 G01 U-2.0;沿径向移动至20mm处。

N70 U-8.0 W-1.3;刀具切沟槽右侧面至槽底。

N80 G00 U10.0;快速退至22mm处。

N90 W-1.3; 沿Z轴正方向平移1.3mm。

N100 G01 U-2.0;沿径向移动至20mm处。

N110 U-8.0 W1.3;刀具切沟槽左侧面至槽底。

N120 G00 U10.0;快速退至22mm处。

N130 M99;子程序结束，并返回主程序。

4 结语

编写子程序时注意应用增量坐标写出加工路线，让程序沿X向(或Z向)循环进刀，设置好背吃刀量，计算出加工次数，在主程序中进行调用。

这种方法可减少基点的计算个数，适用于各种形状复杂的零件，使这类零件在数控机床上的编程变得简便。

灵活的应用子程序，在很大程度上提高了零件的加工效率，并且在实际生产中收到了良好的效果。

参考文献：

[1]谢晓红.数控车削编程与加工技术.北京：电子工业出版社，.7.

[2]黄康美.数控加工编程.上海交通大学出版社，.8.

[3]宋放之.数控工艺培训教程.清华大学出版社，.8.

主程序调用子程序的编程方案在数控教学中的应用【2】

一、手工编程在教学和生产中的概况及意义

在制造业非常发达的华南(以珠三角地区为代表)和(以江浙地区为代表)，各类CADCAM软件的应用由来已久，而且非常广泛和成熟，即使在那些只有1～2部数控铣床或加工中心的“路边加工店”里，也随处可见Mastercam、 UG、 PROE、Cimatron、Powermill、Surfcam等世界知名CADCAM软件的身影。

到目前为止，各类CADCAM软件应用日趋普及，特别是数控三维曲面加工，使手工编程几乎已没有用武之地。

但是必须强调的是，手工编程是根本，是基础，各种疑难杂症的解决往往还要利用手工编程;再者，学习手工编程有利于进一步完善数控程序，所以在学校中教学手工编程有着极其重要的意义，特别是“模块式”课程教学手工程序。

另外，当一些中小型认为使用正版CADCAM软件成本过高时，手工编程(更高层次的变量编程，即宏程序的运用)就会显示其使用价值。

因此手工编程在教学和生产中仍具有极其重要的'地位。

笔者根据多年的数控生产实践经验和教学实践，提出采用主程序调用子程序的编程方案，编写结构化数控程序，有效地改善数控程序的可读性与安全性，给教学和生产带来了安全与便利。

二、用主程序调用子程序编程方案的优点

GSL990M铣床数控系统中，在主程序中用M98指令调用子程序，而在子程序中用M99指令返回主程序。

采用主程序调用子程序进行编程有两大用途，一是把需要重复使用的边界程序段编写成子程序，避免了程序编写重复，使程序简洁;二是把需要重复实现的功能用子程序来完成，使程序清晰易读。

阵列孔加工程序采用子程序结构，充分说明了以上第一用途;多工序加工中，系列辅助功能(如换刀、刀具长度补偿等)采用子程序结构，说明了以上第二个用途。

三、两个重要子程序

多工序加工中无原则经常换刀，换刀后在刀具接近工件的过程中，又需建立刀具的长度补偿。

如果将这两项功能编写成两个子程序，将使主程序结构清晰、易变，而且不容易出错。

下面介绍两个子程序。

1.换刀子程序

O5555;

N0001 G80G40M09;撤消固定循环、撤消半径补偿、

关冷却液

N0002 G91G28Z0M05;通过当前点返回参考点、主轴

停转

N0003 G49;刀具长度偏移注销

N0004 M06;换刀准备，具体调用的刀具号由主程序

指定

N0005 M99;返回主程序

由此可见，换刀子程序除实现换刀功能外，还撤销了固定循环、刀具半径补偿、刀具长度补偿，实现关冷却液、停止主轴旋转功能，使系统基本复原到初始状态，起到防止误操作的作用，提高了程序的安全性。

2.刀具接近子程序

O5554;

N0001 G90G00X0Y0;检验X、Y坐标原点是否正确

N0002 M03;主轴正转，具体转速由主程序指定

N0003 G43G00Z100;建立刀具长度补偿，并移动到

Z=100mm的位置，具体补偿参数由主程序指定

N0004 M07;开冷却液

N0005 M99;返回主程序

刀具接近子程序建立了刀具的长度补偿，并且使刀具到坐标点(0，0，100)的位置，起到了检查工件坐标系(WCS)原点是否正确的作用，提高了程序运行的安全性。

四、数控加工中工序概念的定义

为了说明多工序加工数控编程，需对数控加工中的工序概念进行重新定义。

传统机械加工中的工序概念，以两个方面区分工序，一是工序过程是否连续完成;二是工作场地是否发生变化。

显然，这种传统的工序定义在数控加工中已不适用，应对数控加工工序提出新的定义。

数控加工以是否更换加工程序来区分工序，更符合数控加工的实际情况。

进一步说，数控加工工序是指工件的一次安装中，使用同一把刀具、同一工艺参数和同一数控加工程序对工件进行加工，所连续完成的那一部分工艺过程。

基于以上数控加工工序的定义，数控加工工艺过程卡包括：工序号、工序名称(应说明加工部位、加工性质、加工阶段)、刀具、安装方案和有关工艺装备、工艺参数、数控程序号、加工区域简图等内容。

反之，数控加工工序过程卡也正好明确了数控加工工序的概念。

五、多工序加工中采用的主程序结构

在建立数控加工工序概念的基础上，通过调用两个重要子程序，可以对多工序数控加工编写出结构性、可读性好的主程序。

假如要完成两道工序的数控加工，这两道工序分别使用说明01#、02#刀具，长度补偿值分别存放在H01、H02内存单元，转速分别为1000r/min、1200r/min，加工子程序号为O1000、O2000。

篇5：虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文

1虚拟仿真数控机床的建模

依据企业现有的三坐标数控镗铣床用CATIA软件进行机床部件的三维实体造型建模，如主轴、床身、导轨、刀库等；接着以STL格式输入到VERI－CUT软件系统中进行组装，组装时应把握其装配约束关系（即几何约束关系、运动约束关系和排斥约束关系）设定机床坐标系、部件坐标系和它们之间的关系，然后根据机床的拓扑关系进行装配。虚拟仿真数控机床建模完成后，要设置各运动部件的运动参数，如工作行程范围、刀具补偿等，其中主轴中心到主轴端面的距离和主轴线的偏移距离参数较为重要，应正确设置，以免影响仿真结果的正确性。

2虚拟仿真数控镗铣床应用研究

通过虚拟仿真数控机床的建立，除对机床的运动进行论证和虚拟设计好所应用的机床夹具外，主要是对数控加工过程进行仿真论证，以解决刀具运动轨迹错误、刀具干扰选择错误等问题，同时，利用虚拟仿真技术可以进行加工过程的优化，以充分利用机床和提高生产率。

2．1验证数控加工过程的错误

进行仿真验证时，通过系统应用等软件将零件的加工信息转换为STL格式输入到仿真加工系统生成数控加工程序，最后进行仿真加工，验证程序轨迹是否存在错误。在实际工作中，由于输入数据有误造成仿真加工时零件形状错误与输入图形信息不符，如刀具未进行补偿、未抬刀、啃刀等，此时可返回原图形信息输入模拟数据，进行检验校正干涉碰撞错误，这是数控加工经常产生的错误之一。验证时观察刀具对非加工部件，如对工作台、夹具等的干涉、碰撞及对工件非加工表面的碰撞，也可对经常发生的干涉现象进行专门的`验证。

2．2优化数控加工程序

应用VERICUT软件时，其带有在知识库基础上建立的优化模块，根据所加工小样的类型选择加工机床参数、应用刀具参数、金属切削数据库等知识进行加工过程的优化，其优化内容主要为粗加工、精加工及高速切削加工时的优化。

2．2．1粗加工优化

为提高生产效率、达到尽快去除粗加工余量的目的，根据已给出的进给量对刀具走刀路径上应去除的金属材料进行速度优化，实现粗加工安全、稳定、高效率。

2．2．2精加工优化

切削力的变化是影响加工尺寸精度和表面粗糙度的主要因素，为此在刀具切入、切出时应调节进给率，使其切削力产生较小的变化，减少振动，从而提高加工质量、延长刀具的使用寿命。值得注意的是，在用球状铣刀加工倾斜面或曲面时进给量会有较大影响，加以适当调节则可使切削平滑、顺利地进行。

2．2．3高速切削加工优化

在工件刀具不产生振动的前提下，高速切削是切削加工的发展方向，通过高速切削不仅可提高生产效率，同时会降低工件的表面粗糙度值。减少切削力的优化方法主要是控制进给量，保持较为稳定的切削力和切屑去除率，通过实际应用对球状铣刀加大进给率，提高主轴转速进行精加工的效果较好。当然也可采用优化切削速度，即对主轴转速进行精加工优化，达到提高表面质量的目的。

3应用特点

利用虚拟仿真技术对数控加工进行仿真试验，通过一段时间应用获得较为显著的效益，主要表现在以下几方面。

3．1提高生产效率

通过仿真切削加工的优化，提高了加工过程的合理性，针对不同加工对象优化切削速度和进给量，使其达到最优切削状态，减少刀具的非正常损坏，从而减少辅助时间，提高加工效率。

3．2提高加工质量

据统计，飞机制造业新机研制过程中加工废品的30％是由于工人操作不当造成，60％是由于数控程序错误造成，10％是其他原因而形成；为此，利用该仿真系统可模拟加工过程，提高了数控编程的正确性，可以大大减少废品的产生。

3．3减少数控机床事故

数控加工时，刀具的碰撞、干涉会导致较大的损失，采用虚拟仿真技术可以避免并减少机床和刀具在加工时不必要的损失。缩短新产品的研制周期新产品研发时，加工出合格的关键零、部件是其中重要环节之一。传统方法试制单一零件耗时费力，容易出现废品，而通过虚拟仿真技术则可基本上验证了所编数控程序的正确性和可靠性，为新品试制节省了大量时间，降低了新品试制的成本和研发周期。

4结语

随着自动化制造技术的不断发展，数控加工已成为机械加工的主流加工手段之一，数控机床的应用已日益普及，在数控加工中开发和应用虚拟仿真技术，提高了价值昂贵的数控机床利用率，减少了机床故障及辅助时间，提高了产品零件的加工质量，并有利于企业员工的继续教育和培训。而这些经实践证明已取得显著经济效益，笔者希望通过该文的介绍能对国内从事数控加工技术的同行有所裨益。

篇6：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

郑州轻工业学院轻工职业学院 李宏兵 隋丽慧

摘 要：本文针对当今出现的数控加工仿真软件、数控加工教学和培训的要求、以及数控机床实训环节易出事故、机床损耗严重、费用高等特点，论述了数控加工仿真系统的原理、作用、功能，以及在数控教学中，如何有效地使用数控加工仿真系统软件，对学生、学员进行数控机床的基本操作培训，以达到多、快、好、省的目的。

关键词：数控机床 数控加工 虚拟现实 仿真系统

0 引言

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。在传统的操作培训中，数控机床编程与操作的有效培训必须在真实的机床上进行。可是随着学生人数的不断增加，有限的机床数量难以保证每位学生有足够的上机操作时间，同时学生在真实机床上操作还具有一定的危险和不安全性，培训中的误操作经常会导致设备、刀具等的损坏，甚至引发人身伤害事故，增加了培训成本。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。

1 虚拟现实技术

虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实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，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。这种技术的特点在于通过计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是由计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。

虚拟现实是发展到一定水平上的计算机技术与思维科学相结合的产物，它的出现为人类认识世界开辟了一条新途径。虚拟现实的最大特点是：用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效的扩展了自己的认知手段和领域。另外，虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，它以视觉形式产生一个适人化的多维信息空间，为我们创建和体验虚拟世界提供了有利的支持。由于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，它在军事和航天领域的模拟和训练中起到了举足轻重的作用。近年来，随着计算机硬件软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。

虚拟现实技术在改造传统产业上的价值体现于：用于产品设计与制造，可以降低成本，避免新产品开发的风险；用于产品演示，可借多媒体效果吸引客户、争取订单；用于培训，可用“虚拟设备”来增加员工的操作熟练程度。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。

2 数控加工仿真系统

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，它是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训的仿真软件。利用计算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅可以迅速提高被培训人员的理论、操作水平，而且非常安全，可靠好，培训费用低。

目前在国内已经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。独立运行即机床模型方式，其培训设施只需一台微机，数控机床的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型通过三维动画演示。实践证明，用这种方式进行初步培训是非常经济有效的。在线运行即机床工作方式，在这种方式下，教学系统将与实际机床连接，由硬件实现零件切削过程，这时除了操作者是用仿真面板操作外，其它则与实际机床的真实情况一样。即利用计算机和其他的专用硬件、软件去产生一种真实场景的仿真，操作者可以通过与仿真场景的交互，来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此，采取这种方法能进一步提高操作者的实际操作技能。

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个重要的执行单元。它不仅在数控加工过程中为产品设计提供了可制造性的分析，而且在数控系统的学习和培训中，为被培训人员提供了完善的学习方法和学习环境。数控仿真系统完全模拟真实零件的加工过程，可以检验各种数控指令是否正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全。

3 虚拟数控机床平台的构建

虚拟数控机床一般是通过以下的构建平台来实现上述功能：

（1）NC解释平台。NC解释平台包括NC解释器和NC验证器。任务分配数据库从任务调度中接受数控代码并将其翻译为虚拟机床的部件、刀具等运动的信息，并将其通过计算模块来模拟机床的响应，NC解释器能够被自由地配置从而能够模拟任何一种数控机床的CNC控制器。

（2）NC验证器。能够验证NC代码的.语法是否正确。

（3）刀具库。刀具库应包括一台数控机床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具库中的刀具号，从而能模拟任何一种数控机床的换刀形式及切削加工的要求。

（4）仿真平台。仿真平台包括刀具轨迹仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三维动画仿真、加工工时统计分析，仿真平台是虚拟数控机床的核心技术。操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等的仿真，从中获得相关的加工数据。如进给轴的位移量、换刀状态、主轴转速、加速度、进给量、加工时间等。通过加工过程的仿真，了解所设计工件的可加工性，验证NC代码的正确性以及评价和优化加工过程，并通过在线修改NC代码来将其优化。

（5）计算平台。计算平台用来完成虚拟数控机床中各种计算，如根据NC代码计算加工零件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、零件的材料性质和润滑介质的性质计算刀具的补偿量和热补偿量。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中的加工方案评价以及可制造性分析所必须的。

（6）设计开发平台。虚拟数控机床的设计平台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。在虚拟环境中完全实现真实机床的操作，让使用者完全感受到真实机床的运行特性。在这些基础上的监控硬件和软件，用来控制简易机床．增加虚拟数控机床的真实感．并且可以进行典型零件的实验性试切加工，让使用者有一种身临其尽的感觉。尤其是在数控教学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术，这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。

篇7：数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用

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的功能和特点：

虚拟数控机床具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失，并与真实机床有完全相同的界面风格和对应功能，如动态旋转、缩放、移动等功能的实时交互操作，从而为学员的学习和培训提供保证。

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。

丰富多样的刀具库。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。

全面的碰撞检测。手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀炳刀具与夹具、压板、刀具，机床行程越界，主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。出错时会有报警或提示，从而防止了误操作的发生。

强大的测量功能。可实现基于刀具切削参数零件粗糙度的测量，能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。

具有完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数，并能将其他CAD／CAM软件，如UG、Pro/E、Mastercam等产生的三维设计后置处理的NC程序，直接调入加工。

实用灵活的考试系统。可用于远程网络学习、作业、考试等功能，并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能，轻松实现无纸化的考核与测评。

虚拟数控机床强大的网络功能，可实现远程教育。不仅在局域网上具有双向互动的教学功能，还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能，数据传送可以采用卫星、宽带（ADSL,ISDN,有线CABLE等）或窄带互联网（56K Modem）等方式进行。这使得远程教学成为名副其实，它代表未来教育的发展方向。

4 结束语

鉴于虚拟数控机床具备如此出众的功能，针对目前各院校数控教学课程和参加数控实习学生人数不断增加的现实，以及数控机床精密、昂贵的特点，把数控加工仿真系统软件引入到教学之中，使之用于数控机床编程与操作培训，无疑是个明智之举。这样既可以避免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。同时由于其成本较低，可以大量地配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题，使每位学员都能有足够多的实践机会，因此能够让学生更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法。其更大的好处还在于，在实现了同样培训效果的情况下，将加工出错率及事故发生率降低到了最低程度。

从我院使用后的效果看，数控仿真系统的引入，使学生在学习数控编程理论时，课堂的教学变得更加生动、更加具体，提高学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高。在学习实际操作时，由于仿真软件不存在安全问题，这使得学生可以大胆地、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，对学生机床操作能力的培养，起到了极大的提高、加强作用。同时该系统还可以减轻老师的工作强度，减少工件材料和能源的消耗，节约了实践环节的培训成本，效果十分显著。相信不久的将来，它必将成为数控教学中一种不可或缺的重要手段。

参 考 文 献：

1．曾小惠，吴明华，潘铁虹．在线数控加工仿真教学系统的实现，1998

2．余勤科，岳应娟，刘宏．虚拟数控机床技术及其应用，2000

3．王晓楠，王仲海．虚拟现实技术及其应用，2002

4. 袁修干，人机工程计算机仿真 2005