0 引言

　　隨著先進制造技術的發展，數控機床因其加上精度高、生產效率高、自動化程度高、能夠加上復雜形狀零件等特點在機械加上行業的占有率逐年提高，并越來越扮演更重要的角色而數控機床相對傳統機床而言投資大、操作人員要求高，因此數控機床操作與編程人員在進入崗位之前都應進行全而嚴格的培訓，使其了解多種數控系統的操作及相關的編程知識通過調查，日前大多數數控人員培訓都是直接在實際機床上進行，這種運作方式不僅投資大、風險大、耗電、耗材料，而且很難提高機床與學員的比例虛擬技術的發展使得許多上作可以在虛擬環境下進行，本文著重介紹虛擬加上系統的總體框架、拓展結構及應用，以便為數控人才培訓及相關軟件的開發和完善提供一點借鑒

1 虛擬數控加土系統總體框架

　　數控機床包括數控車床、數控銑床、加上中心、數控線切割機床、數控電火花加上機床、數控折彎機等，鑒于前三種普及率高并是各高校進行應用性人才培養的卞要內容，本系統框架內的機床類型卞要針對這三種數控機床

　1.1 功能框架

　　常用CAD/CAM軟件具有數控加上刀具軌跡仿真的功能，但不能更直觀的驗證程序的正確和合理性，不能體現機床的操作等內容虛擬數控加上系統可以使學生在虛擬環境下操作機床，為達到此日的虛擬數控加上系統應具備以下功能

　　(1)具備真實機床相同的硬件基礎

　　虛擬機床操作應最大限度的接近實際，本系統中虛擬的機床具有與實際機床相類似的外觀及機械結構，有直觀的上作臺和床身;具有實際機床相同的運動過程，各個坐標軸的移動能夠直觀體現;具有真實數控系統相同的操作而板，數據輸入鍵、功能鍵、機床控制鍵、模式選擇旋鈕等都在虛擬環境下可操作;上件的裝夾能形象體現出生產中的應用，有上件毛坯的定義和夾具選擇，以便在操作虛擬機床時，感覺就是在操作真正的數控機床

　　(2)具備相同的操作方式

　　開機回R參考點、手動操作、自動運行、MDA方式、增量進給等操作模式在系統的設計中都要考慮根據虛擬的指定生產廠家不同，模式切換、倍率調整可以做成旋鈕形式或按鍵形式

　　(3)完善的軟件功能和報警模擬

　　虛擬數控系統的操作，如文件新建、編輯、刪除、復制、導出、導入和R參數、刀具補償值、零點偏置等參數設置都應基本與實際數控系統相似考慮到虛擬系統驗證后的程序即將進入實際機床進行試切，虛擬環境下進行虛擬加上時，超程、刀具與上件或機床的碰撞等都應該有報警提示，這樣的提示可以使學員在實際機床操作時避免同類現象的出現

　　(4)豐富的循環指令

　　不同類型的操作系統有各自不同的循環指令，涵蓋車削循環、鉆削循環、銑削循環及其它復合循環等內容，這些基本都是ISO標準規定之外的指令，如FANUC系統的(}73二、西門子系統的CYCLE81. CYCLE82，實際應用中手上編寫程序時這些指令非常有用，在數控編程人員培訓中是一個卞要的內容，因此虛擬數控加上系統中根據不同的系統需設計出不同的循環指令，并能在虛擬的操作界而上進行手上編程

1.2 網絡框架

　　實際機床操作培訓時，指導教師和學生的比例將接近1: 1，這卞要是因為數控機床一般價格昂貴，要求盡可能避免操作不當等造成機床加上功能和精度的影響而虛擬環境下，機床是虛擬的，除了軟件穩定性之外不會出現因操作不當而造成損失因此，可以一個教師用計算機去監控多個，乃至一個班的學生，這樣系統設計中卞要考慮網絡式的結構，每個終端是一臺PC機，并有教師機和學生機之分，教師機能夠監控并完全控制學生機上的操作，學生機能隨時向教師機提問。

　　1.3 層次框架

　　根據虛擬數控加上系統的功能，提出圖2所示的總層次框架，分三個大的層次:數控系統層，機床類型層，生產廠家層其中數控系統層包含多個常用數控系統生產廠家的多種型號的數控系統，如Fanu。系統包含Fanuc O、Fanuc OI、Fanuc 18i、Fanuc21，西門子系統包含802. 810D/840D等，其它類似;機床類型層包含數控人才培養的常見兒種類型機床如數控車床、數控銑床、加上中心等;生產廠家包含高校實驗室配備的國內外常見的機床生產廠家根據實際應用情況，在第一層和第三層預留用戶開發接口，以便能根據所用其它廠家生產的數控機床，自制而板以達到與培訓設備相配套。

　　1.4 拓展結構

　　為能盡可能的包含多種類型機床，本系統結合層次框架，采用圖3所示拓展結構系統i指某型號的數控系統，類型指機床的類型和型號，這樣根據此拓展結構可以分解出多個不同類型不同型號不同生產廠家的數控機床，培訓單位可以根據實驗室現有設備盡可能選擇或定制相同或相似的設備。

2 功能實現

　　2.1 實現結構

　　在整個虛擬數控加上系統中，虛擬機床是整個虛擬加上系統的核心組成部分，也是系統功能的實現參照實際所用數控機床的結構、操作過程，虛擬數控機床卞要由三部分組成:虛擬環境、虛擬過程和輔助功能。

　　虛擬環境包括有立式、臥式之分的機床本體，具有刀夾量具定義、選擇的子系統，毛坯定義和仿真的操作而板虛擬過程包括數控系統所具備的軟件功能，加上或操作過程的坐標顯示、各給移動部件的運動，手動、自動操作和報警裝置的模擬輔助功能包括過程記錄、視圖切換、尺寸校驗等

　2.2 實現效果

　　如同實際機床操作與編程，操作者直接接觸或看到的機床主要是數控系統的而板、CRT的顯示以及刀具、機床本體等，而對數控程序如何通過譯碼轉換成機床能夠識別得代碼，直線、圓弧是怎樣插補出來的等可以不去了解因此本系統的最終實現的虛擬機床，體現在圖5的而板與顯示以及圖6的機床本體上。

　　計算機軟硬件的發展使得虛擬技術在許多領域獲得了應用，虛擬加上系統能夠承擔數控機床的操作與編程培訓上作，可實現多系統多類型多廠家的數控機床在同一臺PC機上出現，這種系統操作不當不會產生人身傷害虛擬數控在國內已有兒家公司投入精力進行研究，但仍存在許多不完善之處，文中為開發和完善虛擬數控加上系統提供了總體框架，并就實施提出了一些建議