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（通用12篇）

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇1

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。

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇2

随着CAD/CAM技术的成熟和广泛应用,数控加工技术日益广泛地应用于复杂零件的加工[1],但随着零件复杂程度的增加,加工零件的数控程序的潜在危险也随之增加,可靠性降低。因此,在实际加工前,通常要进行试切和计算机图形仿真,以检验刀具轨迹的正确性和数控程序的可靠性,虚拟仿真 技术以其 独有的优 点越来越 受到重视[2,3]。

目前,商业化的CAM软件如UG,Pro/E,Master CAM,Cimatron等都具有一定的仿真功能,如刀具轨迹仿真和材料去除过程仿真功能,并且也提供了功能很强的二次开发接口( API) ,基于这些二次开发接口可以开发专用的功能模块。我国的一些研究机构和学者也开发出了具有一定实用性的数控仿真系统。此类系统通常采用C/C + + 编程语言,利用Open GL作为图形支持开发,该开发方法需要很高的编程技术。然而,不管是商业化的CAD/CAM软件系统还是我国自主开发的数控仿真系统主要集中于刀具轨迹的仿真,没有考虑具体的加工环境。而对于多坐标数控加工,加工系统中的机床部件、刀具、工件、夹具等各组件的相对运动和空间位置超乎想象的复杂,存在很大的潜在碰撞危险[3]。因此,数控加工可靠性的验证必须基于具体的加工环境。

本文在着重介绍虚拟仿真技术的原理基础上,举例说明基于VERICUT软件的虚拟仿真技术,建立基于实际加工环境的虚拟仿真加工系统,模拟与实际加工完全吻合的加工情况,对数控加工的可靠性进行检验。

1基 于 CAD / CAM 的虚拟仿真加工系统的体系构架

在开发虚拟仿真加工系统时,首先应用CAD/CAM的设计功能建立机床和夹具的各主要零部件模型、工件模型,将其“装配”为虚拟仿真加工系统的设备系统; 然后应用CAD/CAM的自动数控编程功能生成零件的数控加工程序,并根据刀具的选择准备刀具模型; 经过这两步就可以完成虚拟仿真加工的模型和信息准备。

虚拟仿真加工系统是建立在实际物理设备及其对应的活动和信息的基础上的,并且能够随着实际加工系统的改变而对其进行维护。根据其功能,基于虚拟仿真加工系统的体系结构可以分为三个层次和两个用户界面,如图1所示。

a) 虚拟仿真加工系统的三个层次

1) 物理层: 该层是对应的现实制造设备资源,它为虚拟仿真加工系统的建立提供必要的设备资源信息。

2) 模型层: 该层通过对现实制造系统的数字化建立三个数据库,实现设备资源和生产活动的集成。

3) 仿真层: 该层执行加工过程中的仿真,它集成了设备模型、数控程序、工件模型等。在该层虚拟仿真加工系统实现了最终功能,完成数控程序的校验等功能。

b) 虚拟仿真加工系统的两个用户界面

1) 建模界面: 操作员通过该CAD / CAM界面实现与物理层、模型层的交互,并且实现对数据库的维护。

2) 仿真界面: 操作员应用CAD / CAM开发专用的应用模块,实现与模型层的交互,建立虚拟仿真加工系统。操作员可通过该界面实现对虚拟仿真加工过程的控制,并接受反馈的仿真过程结果信息。

2 虚拟仿真加工系统中的机床建模

机床建模是虚拟仿真加工系统的关键模型,是实际机床在虚拟仿真加工系统中的数字化模型,包括几何模型和运动模型。

几何模型是在CAD系统中建立的,首先根据实测得到的机床部件尺寸,建立相应的模型,然后再根据相互关系进行“装配”,形成机床的几何模型。虚拟仿真加工系统中,通过改变机床几何模型各运动零部件的相对位置来模拟加工中虚拟机床的切削运动。

运动模型是处理机床几何模型在数控程序控制下如何改变各运动零部件模型相对位置的模型,与机床的结构紧密相关。以DMU 125P五轴加工中心为例,在运动模型建立过程中,机床各部件都视为刚体,这样机床的结构可抽象为一个运动链模型,如图2所示。在运动链各组成环节的刚体上固接坐标系,通过坐标变换,可以分析整个运动链的运动形式,建立运动链的依赖关系,即运动链的拓扑结构关系,如图3所示。

每一个机床零部件在数控指令驱动下的变换矩阵为其自身节点到根节点各个变换矩阵的乘积,如给定当前的数控坐标为( x,y,z,b,c) ,则刀具和工件的变换矩阵分别为:

式中: Mn0表示零部件n变换之前的矩阵;

T( x,y,z) 表示零部件的平移变换矩阵;

Rk( a) 表示绕轴k旋转a角。

3 虚拟仿真加工功能的实现

a) 系统框架的建立

在虚拟仿真加工开始之前,针对工艺信息,选择相应的虚拟机床、虚拟刀具、虚拟夹具、工件模型组成虚拟仿真加工系统。在虚拟仿真加工中,虚拟机床在数控指令的驱动下带动虚拟刀具、虚拟夹具、工件模型等模拟切削过程,实现对数控程序的正确性和可靠性的验证,其系统框架如图4所示。虚拟仿真加工系统主要包括数控程序检查、数控程序翻译、运动仿真、刀具轨迹检查、碰撞检测等模块。

b) 程序检查模块

数控程序检查模块包括词法、语法检查,主要检查程序中是否有数控指令集外的非法字符、数控指令的参数是否有效、语法上是否合乎逻辑等。

c) 程序翻译模块

数控程序翻译模块以机床的数控程序规范为基础,用以提取G指令、M指令、坐标、进给速度、主轴转速、换刀、循环定义等信息,转换为仿真数控代码。这样在虚拟仿真加工中,才能控制虚拟仿真加工系统的运动仿真和状态设置,为运动仿真模块提供必要的信息。

d) 运动仿真模块

该模块是虚拟仿真加工系统最关键的一个模块,决定了后续的刀具轨迹检查、碰撞检查结果的正确性。在该模块中,首先根据机床的运动模型,建立虚拟仿真加工系统各运动组件( 包括虚拟机床各运动零部件、虚拟刀具、虚拟夹具和工件模型) 的运动模型( 即变换矩阵) ; 然后根据翻译模块所提供的坐标值计算各运动组件的变换矩阵并应用以改变各运动组件的位置,从而可以模拟虚拟仿真加工系统的运动,具体步骤如图5所示。

e) 刀具轨迹检查模块

该模块主要用于刀轴矢量的检查,以避免刀轴的剧烈变化。大多数的CAM系统都提供了加工仿真和刀位轨迹( 刀具轨迹数据包括刀位数据和刀轴矢量) 仿真检查功能。但对多坐标加工而言,加工仿真和仅显示刀位轨迹是远远不能满足要求的。在虚拟仿真加工系统运动模拟的过程中,该模块在显示刀位轨迹的同时,也显示刀轴矢量,这样可以准确地检查刀具相对于工件位置及刀轴的变化。

f) 碰撞检测模块

对五坐标加工而言,刀具相对于工件的运动轨迹很复杂,难以预测,通常需要进行仿真检验数控程序中可能出现的碰撞干涉。大多数CAM系统提供的加工仿真功能仅考虑刀具与工件、夹具间的碰撞检查,而不能检查可能出现的刀具与工作台间、主轴与工件、夹具间的碰撞。在该模块中,根据经运动仿真模块处理后的各运动零部件的相对位置,全面检查可能出现的碰撞。

4 应用实例

DECKEL MAHO公司的DMU 125P机床是五轴五联动加工中心,具有立卧转换功能。在立式状态下,其结构形式如图6所示,a轴为工作台摆动,c轴为工作台转动。在卧式状态下,主轴绕b轴旋转90°,其他状态与立式结构相同。在该机床上进行五轴五联动的加工时,刀具相对于工件的空间运动轨迹复杂,加工前必须进行虚拟仿真加工。

本文以VERICUT软件为平台,构建了DMU 125P加工中心的虚拟仿真加工系统,用来检验数控加工程序、刀具轨迹与潜在的碰撞危险。在构建125P加工仿真环境时,首先根据运动链关系建立机床拓扑结构关系[4],如图7所示; 然后建立机床的数字模型,如图8所示; 最后根据工件、刀具、夹具和机床的数字模型构建虚拟仿真加工环境,如图9所示。

5 结语

随着虚拟仿真技术研究的深入,该技术已不仅仅用于检验数控程序的可靠性,也用于数控程序的优化。基于CAD / CAM软件平台,利用二次开发接口( API) 开发数控加工的优化系统具有一定的可行性。通过建立典型零件和刀具的优化参数知识库,数控加工程序的优化技术将得到越来越广泛地应用,可以显著提高数控加工的效率,对于制造企业具有明显的经济实用价值。

摘要：虚拟仿真技术是通过建立基于实际加工环境的虚拟仿真加工系统,模拟与实际加工完全吻合的加工情况,对数控加工的可靠性进行检验。介绍了基于CAD/CAM的虚拟仿真加工系统的体系构架、虚拟仿真加工系统中的机床建模和虚拟仿真加工功能的实现,并以实际案例说明了虚拟仿真技术的实现过程。

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇3

关键词：虚拟仿真；数控加工；VERICUT系统应用

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0047-02

虚拟仿真技术在加工过程中的应用，对于缩短研制周期，提高产品的竞争力有着重要意义，面对高精度、高速度、高智能、高效率的追求，只有将虚拟仿真技术充分运用到数控加工中，才能有效降低错误率、降低成本、提高效率，进而提高整体的竞争优势，促进制造业的发展。

1 仿真的概念

仿真指的是把要研究的对象通过别的手段进行模仿的一个过程。计算机虚拟仿真不同于实物仿真，它是借助计算机对比较复杂的系统的行为及结构开展的动态模仿，从而得到这个系统和它变化过程中的一些特性指标，用于预测和评价这个系统未来的行为效果，获得决策所需信息的方法。实质就是建立计算机仿真模型，并针对该模型在计算机上开展试验。

2 仿真的意义

①仿真便于进行多次的重复性的试验，并且有参数易控制、代价小、时间短的优点；②仿真能够在建立真实系统之前，对它的行为效果进行预测，并确定出最好的模型；③针对解析表示不能进行准确求解的系统，仿真可以帮助其得到系统运行时的各种数据结果，以便于求解；④仿真技术可以针对那些随机性的系统开展大量的重复性的试验，以获得有参考价值的特性指标。

3 仿真系统

3.1 VERICUT系统

这是一款数控加工使用最广泛的仿真软件，它不但能够很好的对数控代码查证进行模拟，还能很好的提升去料切削的效率。它是对数控加工的轨迹代码的去料切削进行交互式的模拟，并将所模拟的部位在屏幕上充分展示出来，对刀具轨迹进行精度验证，保证验证后的部位满足设计的标准。在开始正式加工前，系统还可以及时发现会对加工过程产生阻碍的矛盾，并找出有效的加工轨迹的序列号，有利于及时修改。

VERICUT系统几乎可以识别和执行所有刀具轨迹代码。与真实的加工类似，系统要求输入原材料的详细描述、走刀的轨迹代码以及针对刀具的描述。验证的结果包括加工之后的三维模型（产品）和整个模拟过程中测出的关于所有错误的一个日志性的文件。并且，通过这个系统得出的模型还能够被保存、检测或者用于当作其他走刀轨迹的初始材料。

这个系统能够模拟直到五轴的钻孔、铣削及线框EDM的相关操作，还能够对铣车和车削组合的加工过程进行模拟。因为大量增加特征以及机械性专用模块的出现，VERICUT已经成为一个可以从全方位进行验证、模拟以及优化的好方法，并且这种方法能够有效提高数控加工的效率。

3.2 VERICUT Machine Simulation模块

模块的功能主要包括对能够识别的代码文件进行解释，并对机床依据数控代码展开加工的整个过程进行可见性的模拟。对于那些坐标系的加工、补偿刀具长度、补偿刀具直径等复杂性较高的加工技术，该系统都能够进行仿真。

Machine Simulation对机床的运动进行模拟，对机床的碰撞和过程进行错误探测，VERICUT对工件加工的过程进行模拟，并对数控代码进行正确性的检验。这样就形成了对整个数控加工过程进行全面错误检测的一个系统，以便获得最高效率的加工过程。

3.3 VERICUT MULTI-AXIS模块

MULTI-AXIS（多轴模块）：模拟验证四轴及五轴铣、钻、车、车铣复合加工。

由于多轴机床的复杂性，出现损坏的可能性大大增加。该模块在VERIFICATION和MACHINE SIMULATION模块的基础上，使VERICUT能够模拟和验证多轴（三轴以上）的车、铣和车铣复合加工。对这些多轴加工进行干涉、碰撞检查，以提前预知并想办法解决可能出现的事故，是保护昂贵机床的很好手段。用户可以直接调用、修改该模块中的自带的多轴机床模型，也可很方便地自己建立与车间机床相应的机床模型。

3.4 VERICUT OPTIPATH模块

OPTIPATH（优化模块）：优化NC程序，实现高效切割。

优化NC程序，使其更快，效率更高。该模块根据机床、刀具等切削条件优化进给率，特别是在拐角处和高速铣时调整速度，保护了机床和刀具。同时，减少了机床和刀具的磨损，降低了成本。该模块能节约30%或更多的加工时间，仿佛多了一台机床，极大地提高了NC机床的生产率。

4 VERICUT仿真软件的应用

选择VERICUT系统进行加工仿真前，第一步，要借助Mac-

hine Simulation建立相关的机床运动学的模型，这个过程中系统会向使用者提供一些控制文件库供其修改或调用，进而达到定制的要求，再借助建模模块进行机床几何模型的建立，依据图纸对机床的初始位置进行设定，得到相应的工作文件、机床文件以及控制文件。第二步，借助VERICUT对毛坯和夹具进行定义，将走刀轨迹调入，对刀具的文件及形状进行定义，并进行参数的设定。第三步，从VERICUT内进到Machine Simulation中，依据机床的模型进行机床实体、毛坯及夹具实体的添加，进行相关参数的设定，就能够进行机床运动和刀具轨迹的同步仿真。依据系统提供的相关文件以及仿真的实际情况，可以对刀具轨迹的一些参数和文件进行修改，直到仿真符合要求为止。此外，系统的一些模块还可以将设计的模型与加工之后的模型进行比较，确定出它们之间的差异，以便于对仿真中可能出现的欠切或过切进行探测。

5 数控加工中的仿真应用

对于数控技术，工艺路线的编制是重点，刀具和加工参数的选择是整个工艺的难点。在相同的路线条件下，不同的刀具与加工参数对工作效率和零件质量有很大的影响。不论是复杂零件的外轮廓加工还是腔体的加工，还是五轴对零件的加工，选择合适的刀具都是整个零件加工工艺的难点，对整体的加工工艺有着很重要的影响。

当前阶段虚拟加工技术被广泛的应用，可以完成验证数控代码，同时还可以对整个工艺路线的合理性、正确性进行验证，但是，道具和参数的选择只能做定性分析，一些其他的软件可以做到有关的定量分析，比如VERICUT软件，这种软件可以进行自动化的对比，在零件加工过程中，可以使工作人员快速、准确的选择刀具。还可以根据实际的条件进行虚拟验证，从而可以检查出工作时存在的潜在问题，使工艺方案更加优化。

一些仿真软件可以使数控加工全过程实现仿真模拟。这种方法可以大大的缩短程序调控时间，同时还可以减少设备的消耗。应用仿真技术在加工一些复杂的零件时，可以减少程序出现错误的可能性，从而使操作者更加安全，减少刀具损害的现象。提高工作效率和加工质量，促进制造业的快速发展。

6 结 语

虚拟制造和智能加工已经成为制造业发展的目标和方向，虚拟仿真技术在数控加工中的应用，借助相关的系统和软件对各个环节的模拟，可以大大提高加工的准确性，减少错误率，缩短产品的研制周期，增加产品的竞争优势，还对促进整个制造业的高速发展有重大的意义。

参考文献：

[1] 马海涛.数控加工仿真软件在数控教学中的应用[J].新课程研究（中旬刊），2012，（1）.

[2] 庄磊.关于仿真技术在数控加工中应用的思考[J].科学大众（科学教育），2014，（11）.

[3] 梁春鸿.数控技术在机械加工中的应用及其发展前景[J].中国高新技术企业，2015，（5）.

虚拟现实技术在电网监控中的应用 篇4

根据图形显示领域的.现实技术和电力网络监控系统的建模手段,结合电力企业信息化,网络化的需求,提出了基于虚拟现实技术的公共信息交互平台设计方案.VRML是面向对象的一种语言,它类似WEB超级链接所使用的HTML语言,也是一种基于文本的语言,并可以运行在多种平台之上,只不过能够更多的为虚拟现实环境服务.

作 者：冀明 孔凡伟 庄磊 作者单位：冀明,孔凡伟(河北衡水供电公司,河北,衡水,053000)

庄磊(邯郸供电公司,河北,邯郸,056035)

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇5

摘要：虚拟现实技术是利用计算机科技，将编辑好的三维数据通过各种不同的传输途径呈现在人们面前的新兴科技。博物馆是征集、典藏、陈列和研究代表自然和人类文化遗产的实物的场所，是对公众开放的非营利的，为社会发展提供服务，以学习、教育、娱乐为目的的永久性机构。本文将从虚拟现实技术的特点和博物馆应用方面探析二者的结合。关键词：虚拟现实技术；博物馆；技术应用

一、虚拟现实技术

虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。将编辑好的三维数据输入到虚拟现实软件的程序中，然后用直观的方式将信息展现到人们眼前，使人们能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，让人们可视、可知、可感，甚至是可嗅。

虚拟现实技术可跨越地域的限制，将人们无法亲临的景物呈现在人们的眼前，更可直观的剖析很多无法拆卸和展示的事物。使人们更深入的了解事物的本质和内涵。

二、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术已经广泛应用在我们生活的各个角落。应用在商业上，可以缩短开发周期，减少投资费用。应用在医学研究上，可以数字化人体结构，虚拟手术过程，很好的解决了人体实验对象资源匮乏的问题。应用在娱乐行业，虚拟滑雪场、4D电影等更是丰富了消费者的娱乐生活。

现在虚拟现实技术更进一步深入到了教育行业。虚拟校园、虚拟教学、虚拟博物馆的出现，改善了传统语言教学的略显枯燥的教育方式。使人们更直观、更深刻的获取知识信息。

三、虚拟现实技术在博物馆中的应用

博物馆是人们学习知识、参观文物、感受文化的地方，其社会意义强、教育功能直接，国家重视博物馆建设，主张更多的博物馆向社会开放。把虚拟现实技术应用到博物馆中，不仅能够加强博物馆的社会功能和教育功能，同时也为博物馆新的运作模式提供了可实践的方式，转变传统博物馆随走随看、走不到看不见的情况。故宫文化资产数字化应用研究所利用虚拟现实技术制作了四部大型虚拟现实作品，利用虚拟现实打造的互动展示、自主选取视角等技术，让人们感受到了虚拟现实博物馆的奇妙。

虚拟现实技术可以应用到博物馆数字技术的各个层面，它可用于馆内展品和古建筑的数字展示与数字保存、也可用于展品和古建筑的虚拟修复与文化遗产监测、还可用于博物馆展品随展以及博物馆之间的展览合作。虚拟现实技术应用到博物馆中意义重大，能够在保护文化遗产不受损害的同时，更好的满足观众和游人的参观游览需求。

（一）.基于文物保护目的的虚拟现实技术应用

基于文物保护的目的，博物馆内的展品都收藏在展柜中，受到展柜空间的限制，观众无法近距离观看展品细节，也看不到文物被展柜遮挡的部分，虚拟现实技术解决了这一难题。它将文物的信息利用计算机数据化展示，逼真的呈现在观

众面前。更可外接感应终端，模拟文物形态、重量等外部特征。观众可通过对感应终端的操作，实现对虚拟文物的旋转、放大缩小等操作。从而实现了真实文物无法提供的新颖的交互式参观模式。

（二）.基于古建筑保护与内部展示的虚拟现实技术应用

基于古建筑保护的目的，很多时候，观众只能在围栏外或者隔着玻璃参观古建筑内景，受到室内光线和参观距离的限制，室内陈设模糊不清，往往无法达到理想的参观效果。虚拟现实技术引入后，可将文物古迹用数字化形式展现给观众，故宫博物院出品的《天子的宫殿》系列大型虚拟现实作品可带领观众在太和殿、中和殿、保和殿、养心殿和倦勤斋等实际游览中无法进入的著名宫殿建筑中无忧畅游，让观众零距离观赏宫殿内部陈设和古建筑原貌，在保护文物古迹不被损伤的同时满足了人们的求知欲。

（三）.基于文化内涵展示的虚拟现实技术应用 内涵是指事物内部包含的实质和意义，在众多博物馆中文物古迹中蕴涵的是中华上下五千年的历史积淀。利用虚拟现实技术可以将文物古迹背后的历史背景、宗教文化、传统制作工艺等文化内涵传达给观众。利用虚拟现实技术的特点，将这些文化内涵形象化、具体化，并配合动画、解说等后期效果，带给观众超越视觉感受的文化体验。

（四）.基于博物馆合作的虚拟现实技术应用 随着我国国际地位的提升，越来越多的外国友人了解并痴迷于中国的传统文化。我国各大博物馆也与许多国际知名博物馆建立了友好的往来关系。在共同探讨研究相关文物保护知识，交换展览展示经验的同时，博物馆之间会定期举办专题性的借展展览，以此来满足广大观众对异国文化的渴望。但是受到时间、距离以及相关条例的限制，每次参展的文物等级和数量都受到严格的控制，大型展品和宫殿建筑更是无法参展。虚拟现实技术挣脱上述种种束缚，它能将不可移动的宫殿建筑带到展览现场，也可以把宫殿建筑的建造过程和文物的制造工艺以交互式方式传递给观众。虚拟现实技术在随展中的应用丰富了借展内容，把更多的知识信息带给观众，吸引了更多参观者，更好的完成了博物馆文化传播的社会职能。

（五）.基于文物虚拟修复与数据保存的虚拟现实技术应用

光阴荏苒，博物馆中的大量文物古迹都出现脆化、脱色、剥落等现象。保护和修复这些文物古迹也是博物馆日常工作的重中之重。利用虚拟现实技术可以数字化记录文物古迹的现实状态，跟踪监测受损程度，还可以制定出相应的虚拟修复方案，预先模拟修复过程，检验修复技术和手段的可行性，从而避免直接人工操作带来的不必要的文物损伤。同时，这些高精度的数据可以保持起来，以便日后开展更精密的研究工作。总结：

虚拟现实技术的发展前景十分乐观，它在博物馆界的应用也会越来越广泛，越来越深入。它能更好的发挥博物馆的社会功能和教育功能，不断为博物馆的发展注入新的活力。参考文献：

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇6

数控仿真在数控专业教学中的应用论文【1】

摘要：随着数控加工技术的广泛应用，数控机床的编程与操作已成为中专数控专业学生必须掌握的一项技能。

根据中专院校在数控加工教学中存在的投入大、消耗多、成本高的问题提出了数控加工仿真软件，并在教学中逐渐得到了广泛的应用。

关键词：数控教学仿真教学

1.什么是仿真教学

所谓数控加工仿真教学就是模拟实际机床加工环境及其工作状态，应用虚拟现实技术于数控加工操作技能训练中的一种教学。

数控仿真作为一种新兴的教学模式，改变了传统的教学模式，提高了学生的学习兴趣;其次仿真软件的网络功能为师生交流提供了平台;再次仿真软件具备多种数控机床和数控系统，弥补了实训设备的不足，降低了实训成本。

2.仿真教学在数控技术专业教学中的优势

(1)方便了教师授课

实习教学中，如果教师光在课堂上讲解，学生会难以理解，但教师在机床上对学生进行示范时，又很难保证所有的学生能够听清、看清，教学效果往往都不太理想。

而数控仿真软件的互动教学功能使得教师可以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。

(2)减少设备投入，一对一仿真实习解决实习设备与学生人数不成比例的问题

由于数控设备具备“高速、高效、高精度”的加工特点，且属于集机电、通讯、传感于一身的智能化产品，这就决定了其高额的成本。

因此，数控专业的实训教学仅依靠购买数控机床则投入过大，若采用数控仿真进行一对一实习教学可以很好的解决这一难题。

(3)提供多种机床多种系统，解决设备型号单一，学生的知识面狭窄等问题

由于数控技术发展迅速，当前数控机床的种类和系统众多，对学校而言不可能将所有系统配齐，这就导致学生所学与工厂所用不符，而数控仿真软件提供了基本涵盖当今我国数控加工中常见的数控机床和主流的数控系统，所以在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，弥补了实习设备型号单一，学生的知识面狭窄等问题。

(4)安全性高，便于学生直观性学习，降低教师工作强度

由于数控加工仿真系统是一种虚拟加工技术，不存在安全问题，所以学生的错误操作也不会损坏机床，更不会造成人身伤害，使学生可以抛开思想包袱大胆地、独立地进行练习。

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。

这些功能使得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。

(5)可在计算机上完成所编程序的检验，模拟加工，减少实际操作出错的概率，提高加工效率

在实际加工时，一般要反复检查程序，并利用机床的图形模拟校验功能来检验程序的正确性，这就导致占机调试时间过长。

并且图形模拟也无法对刀具的干涉、运动中与夹具的碰撞、工件上一些细小的结构等进行全面真实的反映。

所以在加工之前，可以将程序输入仿真软件，先模拟加工，观察零件的加工过程，并初步检验零件的形状尺寸，最后将正确的程序导入到数控机床中，既可节省时间提高加工效率，又保证了加工的安全性。

(6)实现虚拟加工，减少实训费用

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，它完全模拟零件的切削过程，能检验指令正确与否，并用三维动画实时模拟显示程序路径和工件图形，从而真实的再现了零件的加工过程，并且在模拟加工过程中不会有机床、刀具、材料的损耗，极大的减小实训费用。

3.与真实机床相比，仿真软件在数控技术专业教学中的不足之处

(1)安全性方面

仿真软件与真实机床相比，安全系数较高，主要由于仿真加工中，不会出现任何事故，使学生容易放松对安全生产的要求，一些严格的操作规程无法得以实施。

如加工过程中不要把头和手随意伸进机床中、加工前关闭机床安全门等，这些环节在仿真时往往都可忽略不计，而对于在练习时出现的撞刀等现象也毫不在意。

如果学生一旦养成这样的不良习惯，将会在实际生产中造成重大损失。

因此，在平时的教学过程中教师应不断强调安全操作，严格要求，并给学生讲解仿真与实操的差别。

(2)产品质量准确性方面

数控加工仿真软件进行编程与操作练习时，比较容易忽视切削用量、刀具的选用，零件的装夹等问题。

而且无法判断工件的表面粗糙度、尺寸精度等。

所以学生在实际机床上加工时也会不自觉的忽略这些重要的部分，从而导致加工的工件无法达到尺寸精度要求，更有甚者发生碰撞等事故。

因此，教师一定应严格要求学生按照实际操作的要求来做，如合理选用刀具及切削用量，正确装夹零件;规范对刀的步骤和动作，让学生从开始就养成正确的习惯，提高产品的准确度。

(3)教学质量方面

仿真加工与实际机床有一定差异，如车刀在数控仿真上加工时，背吃刀量不大于刀刃长度就可以直接切削。

但在实际数控机床上加工，则会受机床、刀具和材料性能的影响，不可能选取太大背吃刀量。

再如切断刀在实际加工中只能用来切槽或者切断加工，而在仿真系统中即使用来车削外圆也不会有错误提示。

这些问题就需要我们在教学过程中反复强调，及时说明软件与机床不符之处，并根据机床的实际情况对学生详细讲解，以免使学生产生误解，影响到将来在机床上的编程与操作，提高教学质量。

总之，在今后的教学中应分配好仿真软件学习和机床操作练习的时间比例。

实习条件较好时，上机操作的时间应占较大比例，因为数控仿真软件的优势体现在入门基础培训上，学生实际操作技能的提高主要还是要依靠上机实际操作练习。

只有在教学中将仿真训练与实践操作训练有机结合，摆正仿真软件在整个专业教学中的位置，才能充分地发挥其作用，才能真正为教学服务。

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇7

1 虚拟技术及其特征分析

虚拟技术指的是利用三维声场就似乎以及多传感交互技术、高分辨率现实技术等先进的技术,生成一定的三维立体画面,使得客户也能够成为三维虚拟环境的一个部分,实现实时的交互技术,并且能够实现感知和操作虚拟世界中的各种对象,最终实现身临其境的感受和用户体验。

虚拟技术本身最基本的特征就是沉浸性、交互性和空间的想象性。我们所说的沉浸性指的是由计算机生产的相对逼真的三维立体画面,这样就能够使得用户产生一定的身临其境的感受,并且最终获得和客观世界一样的体验。交互性就是客户能够自然而然的实现与虚拟环境中的各个对象的交互操作感受,从而能够进一步的感受和相应虚拟环境。空间的想象性指的是虚拟环境中,环境中的各个对象可以对客户提供发挥想象力的各种机制,并且能够启发用户本身的思维创造性,提高对产品的感性认识和理性的理解。

由于虚拟技术本身有可操作性、真实性和可重复性的有点,在数控机床的设计中,其作为一个平台,有巨大的发展潜力,现在已经在数控车床设计的教学中有很大的作用,也是未来数控车床设计和开发的一个重要的技术依托。

2 虚拟技术在数控车床设计中的应用

2.1 虚拟技术能够补充现代工业设计理念的不足

针对工业设计来讲,由于工业的机械设计是工业革命的产物,也是科学技术与文化艺术等多个学科之间相互交叉的学科。其核心的问题就是针对产品进行产品造型的设计。如果对于工业设计本身的重要性认识不够充分的话,最直接的就是导致所设计的产品造型相对粗放,产品缺少设计的美感和设计感。缺乏一定的时代性,这样就使得产品的界面相对比较混乱,缺乏一定的人文关怀。我们中国的机床设计以及相关的制造与国外同行业相比的话,是有很大的优势的。但是,我们现阶段所缺少的就是工业设计的意识。就机床的市场来讲,在功能和性能以及产品质量等硬的指标都差不多的情况下,所制造产品的造型和相关的设计意识已经越来越得到人们的关注,使用者将选择那些操作人性化的机械设备,甚至在一定的程度上这会决定产品的销量。

虚拟技术在机床设计中的应用却可以有效的改变这样的局面。我们可以通过三维的画面来展示机床的设计理念,同时,通过对于机床的设计功能的介绍,设计出先关的人性化设计方面,首先就能够节约大量的设计成本,同时还增加了企业对于新理念和新技术的应用,提高了设计的实际效率。

2.2 虚拟技术能够树立机床设计的新理念

在数控机床的设计过程中,树立一个新的,相对长远的设计目标和理念,同时树立自己的品牌意识将对企业的发展产生很大的影响。对于一个行业或者是一个单纯的企业来讲,缺乏一定的品牌概念和新的设计理念,对于一个产品来讲将会产生很大的影响。缺乏品牌意识和设计理念是现阶段很多企业的通病,尤其是行业内部的很多中小企业,由于大环境和本身实力的影响,中小企业本身不能够设计出一些具备品牌概念和设计意识先进的产品。在数控车床的设计过程中,利用虚拟技术,可以有效的解决这样的问题,首先就可以有效的节省成本,保证中小企业的设计理念得到有效的展示。同时,也能够实现设计理念的多方论证,将数控机床的设计理念进一步的完善。这样的话也就能够保证企业逐渐的在设计中树立自己的品牌。

2.3 虚拟技术能够有效的展示数控技术的文化特色

产品的语义学告诉我们,对于产品来讲,其不仅仅具备了一定的物质功能,还需要体现一定的文化功能和特征。机床的造型设计本身就是一个创意和设计理念的体现。需要的是不仅仅要体现出其本身设计的物理功能,还要能够体现出民族特征和文化的内涵。在追求科学价值的机床设计领域,我们不仅仅要将机床本身的功能做出科学的设计,还要追求机床本身的文化内涵和艺术内涵,甚至要将民族的东西加入到机床设计过程中。机床的造型将在一定的程度上体现出一个国家或者是一个行业的设计水平。而将虚拟技术应用在机床的设计中,将能够有效的保证机床的设计能够体现出科学价值与艺术价值的融合,并且能够做到不断的改进和展示。实现机床设计的飞跃。

3 结语

虚拟技术在机床的设计过程中主要包含了实体建模和仿真两个方面的过程。整体上通过利用计算机技术来完成整个产品的开发,以数字化的形式虚拟并且可视的完成产品的开发,并且在制造实体物品之前可以对产品的结构以及性能做出有效的分析和仿真实现制造过程的早期反馈,并且能够及时的发现和解决问题。与传统的设计方法相比,产品的虚拟技术可以减少甚至可以取消物理样机的研制次数,尽可能的降低开发的周期和成本,提高产品的设计质量。虚拟技术可以支持数控机床在开发的过程中所有的实体建模都采取真是的尺寸,基于该项技术的产品设计模型可以方便的针对虚拟样机进行设计和开发工作。这样就能够满足开发和设计的要求,实现产品的进一步优化。

摘要：本文针对我国数控技机床设计的现状和相关的目标入手,进一步的分析了数控机床设计和发展的趋势。通过对于虚拟技术的介绍和分析,详细的分析了虚拟技术在数控机床设计中的应用。对于提高数控机床本身的文化概念和人性化理念,确立数控机床本身的文化内涵和品牌内涵,提出了笔者的观点。

关键词：数控机床,机床设计虚拟技术

参考文献

[1]杨巍巍,郑东旭.浅谈基于现代工业设计理念的机床设计[J].今日科苑,2009(22).

[2]陈晓林.浅谈数控加工仿真系统原理及其在教学中的应用[J].大众科技,2010(03).

[3]王博.浅析虚拟现实技术与新媒体艺术结合[J].科技致富向导,2011(21).

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇8

虚拟机是在一台普通计算机上虚拟出来的独立逻辑计算机。它构造出了一个完整的计算机系统，拥有独立的CPU、内存、硬盘、适配器等。通常情况下，一台计算机上可以同时运行多个虚拟计算机系统，并且他们不会相互干扰。引进这种技术后，学生可以利用虚拟机技术模拟真实的计算机操作，不仅可以激发学生学习的兴趣，还可以避免学生无机器使用的尴尬局面，极大地弥补了教学资源的不足。

一、虚拟机有其他普通计算机不可比拟的优点

1.低廉的运营成本

虚拟机技术利用几个磁盘软件和配置文件就可以完成基本配置，而且通过简单的复制就能创造新的虚拟机，从而实现设备资源的扩大，成本远远小于传统设备建设费用。

2.提高了服务水平

虚拟机技术为师生创造了一个高效的上机环境，让机房管理员从传统繁重的机器维护工作中解脱出来，可以把更多精力放在教授操作和服务上，优化了教学。

3.高度的安全性能

虚拟机系统是由普通计算机的两个文件构成的，在虚拟机上的操作也都是在这两个文件中完成的。所以，学生的不当操作不会损坏主机的硬件系统和操作软件，而且新开发的虚拟机软件还提供了一键还原功能，让使用者没了后顾之忧。

二、虚拟机的应用主要有以下几个方面

1.系统操作模拟

信息技术课程最基本的任务就是系统操作，但是系统操作中类似格式化等操作方式会对计算机信息和硬件设施造成一定程度的损害，而虚拟机技术的应用给学生更大的权限来完成一系列计算机操作步骤，真实体验却不浪费资源，降低了设备损毁风险，提高了教学效率。

2.网络教学实验模拟

通过《网络基础》课程的学习，我们了解到实践操作在信息技术教学中的重要性，不过考虑到学生实际操作对设备数量和质量要求较高，并且实际操作过程中设备的损坏情况也十分严重，学生的实践操作总是难以顺利实施。

3.数据保护与恢复

很多学生由于缺乏足够的实践经验，经常会因为操作失误导致计算机硬件损坏和数据丢失，造成不可挽回的灾难。而在虚拟机中，用户只需要在软件的操作界面点击恢复按钮，选择要恢复的数据类型，点擊“继续”就可以对磁盘进行扫描修复，虚拟机软件既可以通过模拟数据环境来训练学生的实践操作能力，给学生提供更广阔、安全的空间，将课堂上的知识付诸实践，从而激发学生的学习主动性，促进独立思考，增强他们将知识转化为实践的能力，既精简了行政人员，节约了开支，同时又提高了教学效率，让教育质量再上一个台阶。

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇9

虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用

作者：刘娜

来源：《电子世界》2012年第19期

【摘要】本文在介绍虚拟仪器的概念及特点的基础上，指出测控专业应用虚拟仪器的必要性及其作用，并分析了虚拟在测控技术与仪器专业教学中的应用。

【关键词】虚拟仪器；测控技术；仪器；教学；应用

相比传统仪器，虚拟仪器具有开放性、灵活性并可与计算机技术保持同步发展、能够实时升级、价格低、利用率高、维护成本低等优点，对教学尤其是实验教学有着传统仪器无法比拟的优势。

一、虚拟仪器简介

20世纪80年代末期，美国成功研制出了虚拟仪器，其发展也标志着电子测量和自动检测仪器领域的革新。虚拟仪器英文全称为Virtual Instrument，简称VI，指的是在计算机为核心的硬件平台上，通过用户定义、设计出的一种具有测试功能和虚拟版面的计算机仪器系统。通过运用PC计算机的显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，用其他方式代表输出的检测结果，从而完成各项检测功能的一种计算模拟仪器系统。

其中虚拟具体包括两层意思：第一层意思是指虚拟仪器的功能是由软件编程实现。在硬件平台中，以计算机为核心组成的平台支持下，运用软件编程或软件的组合来实现虚拟仪器的功能，体现着计算机与测试技术深入的结合。第二层意思是指虚拟仪器的面板是虚拟构成的。与传统的虚拟仪器不同的是，其虚拟仪器的面板控件是实物和外形相似的图标，代表“放大”、“通”、“断”等等的图标相对应的软件程序。使用者只要通过鼠标点击面板中的控件就能进行操作，而不是由“触摸”、“手动”来进行操作。

二、虚拟仪器应用于测控教学的必要性

我国高等学校工科一般普遍开设例如《控制工程》、《工程测试技术》等专业基础课，这些课程综合和汲取了各学科的新发展、新成就，是一门综合性极强的学科，同时它对新发展的技术有较高的要求，敏锐度较高，这样以来对于学生的学习也就提出了一些新要求。第一，学生应明确建立频谱的结构概念，掌握数字分析、频谱分析等相关概念与基本原理。第二，学生要能够掌握并准确运用各种测试装置，明确他们的基础特性、使用方法、测试评价方法等。第三，工科学生应了解各种常用传感器、记录仪器、信号调理电路等仪器设备的性能与工作原

理，会选用并恰当使用，掌握一二阶系统动态特性和必要的测定方法。第四，学生需要动态测试工作的完整流程及其先关概念，能够运用并完成机械工程中参量的测量与记录。

通过以上的此类专业学生应该掌握的课程内容与要求中可以看出，这些课最大的特征就是有极强的实践性要求，具体内容也是较为抽象的，学生需要通过大量的实验与演示去理解课程内容，这样才有利于学生更好的理解和掌握基本的原理和概念，才能提高后期实践动手的能力。这样以来，我们在课堂中就需要有虚拟仪器来帮助教学，它在此类学科教学中无可比拟的优势。

三、虚拟仪器在课堂教学中的应用

前文我们已经提到，在测控技术与仪器专业等工程的课程教学过程中强调原来的理解和掌握，上课除了必须得多媒体设备外还需要一些硬件的实验设备，因为这样才能使得原本抽象性极强的课程变得更容易理解，让学生更容易掌握，然而一般课堂将大量的硬件实验设备设置在课堂中是非常不现实的。为了满足课程教学的现实需要，也能够满足现实教学条件，我们可以采用验证性实验来帮助所需要掌握的原理与概念，它以软件的虚拟仪器实验代替了大量的硬件实验设备，可以将信号产生到分析、处理、存储通过一台PC机就可以实现，实际上就是通过虚拟的仪器来模拟真实设备的过程。学生使用也非常方便，它可以根据上课内容与课程要求的变化随时调整实验数据与方案，增减实验项目，学生也可以自己将编好的程序输入电脑来自行设计实验内容，灵活度非常高，同时它的操作界面美观且便于操作，也进一步提高了学生的兴趣及动手能力。

四、虚拟仪器在实验教学中的应用

“实践出真知”，任何知识只有学以致用，将书本中得理论知识与实践相结合，在实际操作中得到应用才是最终学习的目的，前文我们所提及的验证性试验是为了满足课堂教学实际而采用模拟的方法来验证所学理论的正确性及一定程度上得操作，它仅是一种教学手段而不能代替真正的实验教学，事实上，只有将软硬件更好地结合起来的这种实证教学是教学的关键所在。在传统实验室中得实验中需要软硬件相结合，学生通过实验来认识各种硬件仪器与设备，以此来了解与掌握仪器连接、操作方法以及各种数据的采集方法。然而在实际教学中却越到了现实的瓶颈，工科专业为了保证各种实验的开设，就必须购进各种价格不菲的仪器设备，而且因为现代技术的不断发展，仪器设备更新速度非常快，这样以来学校要保证正常的教学就必须考虑购置新设备，就出现了新旧设备交替、旧设备淘汰、教育资源配置等等一系列问题。如果我们将虚拟仪器设备也引入了实验教学之中就可以很好的解决这些矛盾，我们可以将学校现有的计算机设备与虚拟软件结合起来，创新一种实验模式，在具体教学中采用虚拟仪器、实测信号、数据采集卡相结合的实验方式不仅可以节省了支出，将各种资源平衡运用，同时也可以提高学生兴趣与动手能力以及实际分析与解决操作问题的能力。

以机械传动实验来说，在虚拟仪器的帮助下，实验传动部分可以随意更换硬件模块，学生可以根据课程内容要求自主设计不同的传动方案，例如可以将单片机设计为下位机，而上位机

则可以采用虚拟软件LabVIEW来配合，单片机通过数据采集卡收集起来，上位机接受这些数据并利用虚拟仪器软件LabVIEW来处理数据、显示波形、存储及生成报表，同时还可以完成对电动机转速和载荷进行控制。此软件还有一个最大的特点是虚拟软件的替换性与通用性，具有非常高的灵活性，软件采用了组建模块化的设计，将各个组件与虚拟仪器设备相结合，基本及常用功能惊醒模块设计，做实验的同学可以根据实验要求而灵活地调用这些模块，使得实验变的非常方便。如果有学生有能力自己开发组件来扩充系统功能，也是值得鼓励的，这样可以提高的学生的创新和实际的能力，而不只是原来按指导书上的要求去机械地去做实验了。还一个值得注意的现象是随着我国教育教学条件的不断发展，网络实验和远程实验操作已经成为了目前的新趋势，LabVIEW很好地顺应了这一形势。值得一提的是LabVIEW为了满足不同应用、不能层次的需要而提供了多种网络通信途径供用户自行选择，通过其中的Remote Paner功能可以利用Web，使得用户可以不需要编程即能够在远程的计算机上连接本地面板并操作此服务器上的软件，进行数据的收集，还可以通过LabVIEW或者浏览器直接进行控制。这样非常使得学生的学习实验变得非常的便利，学生可以不去实验室即可完成实验操作，他们只需要在任何有网络的地方就可以进行实验，方便了教与学，也实现了教学资源的真正共享。

五、结束语

面对当前新的教学要求与教学形势，为了适应期需求就要求我们不断摸索新的教学手段和教学方法，虚拟仪器正好为我们在测控教学中提供了新思路。虚拟仪器不管是在实验教学过程中，还是在课堂教学中都让我们感受到运用高科技教学方法的创新之路。

参考文献

[1]闫晓梅，高文华.虚拟仪器在电子技术实验中的应用[J].电气电子教学学报.2011（1）.[2]刘晓东，杨宝民.虚拟仪器技术在专用测试设备上的应用[J].电子测量技术.2010，33

特种印刷技术在包装加工中的应用 篇10

2009-7-8 特种印刷技术在包装加工中的应用—

一、烫印技术全息烫印技术是目前在世界范围内被认证了的较为安全和成功的防伪手段之一，全息烫印工艺大批量应用全息图，烫印在承印物上的全息图非常薄，与承印物融为一体，与其上的印刷图案和色彩交相辉映，可以获得很好的视觉效果。根据烫印工艺的不同，全息烫印大致可分为3种类型，即低速全息烫印、快速乱版全息烫印和高速定位全息烫印。其中高速定位全息烫印技术要求最高、防伪力度最大，需要保证在较高的生产效率下，将全息图完整、准确地烫印在指定的位置上，定位精度不低于±0.25mm。全息定位烫印采用相应的防伪图案，工艺特殊，其通过使用全息定位探头，对电化铝进行精确控制，烫金质量高，已在世界范围内得到共识。由于全息电化铝制造比较困难，生产厂家较少，工艺复杂，所以成本较高。

冷烫金技术是一种全新的烫金工艺，不需要使用加热后的金属银版，而是将粘合剂直接涂在装饰的图文上，使电化铝附着在印刷品表面上。冷烫金通常采用圆压圆的方式加工形成，烫金速度快，但烫金表面效果和牢固度差，所以印刷品还需要上光或覆膜加工。冷烫金工艺成本低，节省能源，生产效率高。目前市场上有的烟厂取消了烟包条盒的纸包装，改用彩膜替代条盒包烟以降低包装成本。使用冷烫金技术，可以在纸张和薄膜上做出类似热烫金的效果，增加烟包的吸引力。

先烫后印是 和烟标设计的新创意。先烫后印是先在白卡纸上烫印银箔，再在烫印银箔的表面上印刷图文，是一种大面积的烫印技术。这种加工方法通常采用圆压平或圆压圆烫金机，烫印时压力为线接触方式，在大面积烫印时，不像平压平烫印时会出现气泡，烫印表面非常平整，同时，满版烫印不会增加机器的负荷。

立体烫金是利用腐蚀或雕刻技术将烫金和凹凸的图文制作一个上下配合的阴模和阳模，实现烫金和压凹凸一次完成的工艺过程。这种工艺同时完成烫金和压凹凸，减少了加工工序套印不准所产生的废品，提高了生产效率和产品质量。立体烫金常采用分辨率很高的烫金压凸材料，在不同的角度观看图文可呈现出不同的颜色，实现了理想的防复制和防伪造的功能。将图文细微层次进行遮盖，避免了文件被篡改和伪造。立体烫金可以采用平压平、圆压平和圆压圆烫金模切机，烫金使用腐蚀紫铜版或雕刻黄铜版。腐蚀紫铜版用于平面烫金，使用寿命短，一般为10万次，而雕刻黄铜版的使用寿命可以达到100万次，适用于长版活，而且烫金质量好。

二、雕刻凹版技术

先进的雕刻凹版制版和印刷技术印制完成的印刷品，纹线墨层厚实，颜色厚重，在纸面上凸出的线纹有一定的光泽，部分图案特别凸起的效果，使用触觉这种传统的感觉方式是很容易鉴别凸起的凹印图纹的，简单地用指尖触摸图纹即可确认其手感。同时，它的明显的凸起、厚重鲜明的颜色以及精细的连续线纹，都会给人的视觉造成一种与众不同的感觉。

就是这些普通胶印无法复制的外观效果体现了其防伪价值之所在。雕刻凹印不仅是安全防卫的一种传统技术，还是如磁性、红外吸收等机读特征有效的、可靠的载体。

三、新型 技术

具有墨层厚、图文层次丰富、立体感强、承印材料广等特点，在高档烟酒，食品包装纸盒方面的应用逐步增加。使用UV丝网油墨，在烟盒上印刷磨砂、折光、冰花、皱纹等效果，极大地刺激了消费者的购买欲望。但由于平压平方式印刷速度低、油墨固化速度慢、印刷质量难以控制、印刷材料消耗大，无法满足香烟纸盒规模、批量生产的需要。采用高速轮转 生产线，印刷速度快、生产率高、印品质量稳定、消耗低，改变了传统平压平手动供纸、供墨方式，适合高速自动、大规模批量生产精美折叠纸盒。

卷筒纸轮转 使用镍金属圆丝网印版、内置刮墨刀和自动供墨系统，刮墨刀将印刷油墨从圆丝网版上转移到由压印滚筒支撑的承印物表面。整个印刷过程从进纸、供墨、印色套准，UV干燥等均由电脑全自动控制。圆形丝网印版电铸成型，其网孔呈六角形丝形孔，整个网面平整匀薄，确保印迹的稳定性和精密性。因此，卷筒纸轮转 既能满足印刷磨砂、冰花等特殊效果的要求，又能联机烫印全息防伪标识、压凸、模切成型，易于实现高速自动印刷纸盒。由于圆压圆烫印、模切是线接触，模切时线压力要比平压平的面接触压力小得多，从而设备功率小，平稳性好。由于是连续滚动模切，生产效率高，最大模切速度可达350米/分钟，圆压圆模切机配有高精度的套准装置及模切相位调整装置，可获得相当高的模切精度。

四、特种光泽印刷

特种光泽印刷是近年来包装印刷界较流行的新型印刷技术。特种光泽印刷工艺目前主要有金属光泽印刷、珠光印刷、珍珠光泽印刷、折光印刷、可变光泽印刷、激光全息虹膜印刷、结晶体光泽印刷、仿金属蚀刻印刷和哑光印刷等。其中金属光泽印刷是采用铝箔类金属复合纸，着以较透明的油墨，在印品上形成特殊金属光泽效果。珠光印刷是在印品表面首先着以银浆，再着以极透明的油墨，银光闪光体透过墨层折射出一种珠光效果。珍珠光泽印刷是采用掺入云母颗粒的油墨印刷，使印品产生一种类似珍珠、贝类的光泽效果。折光印刷是采用折光版通过一定压力将图文压印在印品上产生光折射的独特效果。哑光印刷是采用哑光油墨印刷或普通油墨印后再覆以消光膜，可产出朦胧的弱光泽特色，因此也有较安全的防伪作用。

五、防伪油墨印刷

防伪油墨印刷是防伪技术最为重要的技术分支之一，这类防伪技术的特点是实施简单、成本低、隐蔽性好、色彩鲜艳、检验方便（甚至手温可改变颜色）、重现性强，是各国纸币、票证和商标的首选防伪技术。但使用油墨技术合理地应于防伪包装并取得理想的防伪效果需要考虑的因素很多，包括印刷方式的选择、印刷机的选用、被印件的加工处理、油墨基料的使用等，对企业技术水平要求很高。

六、多色串印

多色串印也称串色印刷，一般多采用凸版印刷机印刷，根据印品要求，在墨槽里放置隔板后，再在不同隔版里分别放入多种色相的油墨。在串墨辊的串动作用下，使相邻部份的油墨混合后再传至印版上。采用这种印刷工艺，可以一次印上多种色彩，并且中间过渡柔和。由于从印品上很难看出墨槽隔板的放置距离，故也能起到一定的防伪作用。在大面积的底纹印刷上采用这种工艺时，其防伪作用更为突出。

七、磁性模切滚筒技术

传统烟包的圆压圆模切方式使用的是一体式模切刀，当活件的模切尺寸或图案改变后，印刷厂需要重新定制整个模切滚筒。

工厂不仅要投入大量的资金去购买各种刀辊，而且刀辊存储也要占用不少的场地空间及人力物力。而采用新的磁性模切滚筒技术，则避免了上述情况的发生。磁性模切滚筒技术，底辊为带磁性的钢辊，能重复使用，模切钢刀皮安装很方便，可以像贴胶带一样被吸附在磁性底辊上。若两批活件的模切重复周长相同，换活时只需要重新更换模切刀皮即可，不用更换模切底辊，而模切刀皮比模切滚筒便宜得多，使用这种技术，企业可以节约相当的成本。

特种印刷技术在包装产品印后加工中的发展趋势，除了各种特种印刷工艺组合之外，也包括机器设备等硬件条件的改善，总体而言，当前特种印刷技术在包装产品印后加工中的应用具有如下的特点，而这些特点也是未来的发展趋势。

八、多工艺组合

柔印、凹印、各有不同的印刷适用范围，在层次表现、实地印刷和特种效果的油墨使用等方面各有千秋。一些包装印刷企业将多种印刷方式灵活的结合在一起，并根据不同产品形成了独特的工艺方法。

丝网的网滚筒制版材料分编织网和电镀金属网两种。编织网的网滚筒适用于对品质要求不高，生产批量不是特别大的产品，也可用于打白底等工艺。金属网采用整体式电镀镍网焊接而成，传墨性能比较好，印刷速度比编织网快50％左右，但制版成本相对较高。这种方式适用于对品质要求高，生产批量大的产品。凹印的上墨量大，在印刷如大实地等墨色要求厚实的印品时效果非常好，在印刷有颗粒的金属油墨方面也强于柔印、胶印。另外，如灵活应用全息烫印技术，可以做到先烫、后印、再烫，使用连线全息（定位）转移，配合全息定位烫，组成定位转移＋定位印刷＋定位烫＋定位印等工艺，极大地提高了防伪特性，形成新的防伪工艺。

九、生产联机自动化

虚拟现实技术在教学中的应用 篇11

[关键词]虚拟现实教学；沉浸理论；多样性；专一性

一、虚拟现实技术在教学的发展

近年来，随着虚拟现实技术的蓬勃发展，虚拟现实在教学中的应用作为一种新型的教学手段越来越引起大家的兴趣，也有越来越多的學校、教育机构和教师看到了其可在教育教学领域中发挥的作用，包括哈佛大学在内的知名大学纷纷将虚拟现实引入到课程教学中。

利用虚拟现实教学是能够提供三维仿真情境的、支持师生在特定教学模式中自己创建对象的、给予师生现实世界无法获得的体验、允许学习者间以多种形式互动的教学手段。虚拟现实教学并不是三维环境与普通虚拟学习环境的简单叠加，它是一种拥有独特设计和全新功能的学习环境。

二、虚拟现实教学的优点

1.身临其境的真实体验

沉浸理论表明当人们因为聚精会神地投入到某种活动中而处于完全不受其它因素干扰的状态时，他们会表现出愉悦感，这种状态即为“沉浸”。沉浸状态是人的内在动机的最佳状态，在这种状态下人们完全专注于他们的工作。在虚拟现实教学中生成的交互式人工世界，可以使置身于其中的学习者产生身临其境的感觉，沉浸在虚拟的环境中，取得更高的学习效率。

2.灵活多样的交互方式

学生学习知识是在个体与社会的互动、个人适应社会的过程中逐渐建构起来的。教学应从学生所处的真实生活环境中追寻问题情境，让学生感受到不足或与其已有的认知相互矛盾之处，以激发其学习动机；要根本变革教学模式，要从“独白”走向“对话”、从“个体式学习”走向“合作式学习”。虚拟现实教学支持学习者之间以化身的方式进行文字、语音、肢体语言等多种形式的沟通和交流，具有天然的社会性，是学习者实现社会化建构的良好平台。

3.学习体验多样性

学习不仅植根于某个特定的情境中，它还应该发生于复杂的社会情境中。情境认知非常注重真实活动在学习中的意义，并认为，真实的活动可以简单地定义为文化的日常实践。真实的经验是很重要的，而由于身体和特定环境的限制，学习者不可能获得所有的真实经验。但虚拟现实教学提供了独特的尝试，使个体能够跳出身体和先前经验的制约，在接近于现实世界的环境中体验各种状态的变化。同时虚拟现实教学允许学习者自己创造物品。学习者可以在教学模式和教学内容的框架下，自己进行尝试、探索，逐渐达到教学目标的要求。

4.学习环境的专一性

在虚拟现实教学中，虚拟学习环境系统可以需要根据学习者的现有水平设计有挑战性的任务，并根据学习者的学习情况实时做出反馈与调整。适当的学习情境能够帮助学生完成对新知识的理解、促进知识的迁移。与学习者相适应的学习环境使得学习者在学习体验上更加愉悦主动，更有效的提高学习水平。

5.增进师生感情

良好的交互有利于缩小师生间的距离在网络学习状态下，由于师生分离的原因，师生之间存在跨越心理空间和物理空间的交互影响距离，加强师生交互可有效地缩短这个距离。虚拟现实教学所提供的全新虚拟环境和交互方式，可以模拟教师和学生的多种行为，从而大大增进师生交互，有效地缩短交互影响距离。

6.有利于相关技能的掌握

传统教学系统中，学习者的动作与技能的培养一直是难题，因为动作技能需要在相关操作的体验中习得，而操作环境和指导教师总是受到限制。虚拟现实教学具有很强的仿真功能，可以模拟大量的技能训练环境，学习者在这样的虚拟环境进行技能训练可以获得接近于真实环境的体会与感受。

三、虚拟现实教学的技术支撑

1.Web3D

Web3D是在互联网上实现三维图形技术的总称，被视为Web技术与3D技术相结合的产物，实际上也是基于单机的3D图形技术向互联网的扩展。Web3D所包含的技术各有所长，但是在网络环境下一个共同的目标是更高效的三维计算能力、更优化的实时渲染引擎和更快的传输速度，这为虚拟现实教学的开发奠定了技术基础。

2.云计算

云计算是一种按需调用的虚拟化资源池，它将计算任务分布在资源池上，使各种应用系统能根据需要获得各种软件服务、计算能力和存储空间。云计算技术的应用普及，可以为虚拟现实教学提供更加灵活、高效的实时运算和三维建模等服务。

3.移动互联移动互联

移动互联移动互联就是将移动通信和互联网二者结合起来，个人智能终端或电脑可以借助移动通讯系统访问互联网。随着终端设备智能化和处理能力的提高，在便携式设备就能完成多媒体传输和3D图形实时渲染，为虚拟现实教学的移动化提供了便利。

四、结语

随着硬件技术的飞速进步，终端的显示技术发展迅猛，这为需要在显示设备上进行快速渲染的虚拟现实教学的推广奠定了设备基础。可以预见，具备良好情境性和沉浸性的虚拟现实教学将很快为学习者所广泛接受，成为一种重要的学习工具，对这一技术我们还有很长的路要走，还需要更加深入地进行研究。

虚拟仿真技术在数控加工中的应用论文 篇12

机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素, 是发展机器制造业以至整个工业必不可少的复杂生产工具, 既是生产力要素, 又是重要商品, 而数控机床是机床工业的主流产品。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展, 致使数控机床不断升级而逐渐成为评价现代工业发展的重要指标[1], 一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。因此, 装备制造业尤其是技术含量高、工艺先进的数控机床的研制与批量生产是国家发展的重点之一。

2 虚拟设计概念

虚拟设计是以虚拟现实技术为基础, 以机械产品为对象的设计手段, 虚拟地制造产品, 在计算机上对虚拟模型进行产品的设计、制造、测试。它是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合发展的产物[2]。其本质是以计算机支持的仿真技术为前提, 在产品设计阶段, 实时、并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响, 预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等, 从而提高产品设计的一次成功率。虚拟设计开发的产品能够在产品投入制造前先看到产品, 在运行前先感受过程或亲历过程, 在设计与开发过程中无须代价不断修改产品直到满意, 这是一种完全的低投入、崭新的产品设计制造理念;可利用虚拟三维网络技术, 对同一设计产品, 在不同设计部门进行分布式设计, 快速、方便地融合各方技术优势, 减少产品的设计时间与设计周期;采用虚拟设计技术可以为许多科研项目提供虚拟实验, 减少真实实验的次数和付出, 增加真实实验的可靠性。总之, 虚拟现实技术的开发与应用研究能为产品设计、加工、制造提供相当优秀的开发平台、实验与测试环境。减少产品的测试成本, 缩短投放市场的时间, 这对于促进高科技产业和制造业的快速发展有着极大的作用, 它有利于更有效更经济灵活地组织设计制造生产, 以达到产品的开发周期成本的最小化、产品设计质量最优化、生产效率的最高化。

数字化建模或参数化设计是虚拟技术的发展方向之一。

3 数字化设计平台

Siemens NX软件是面向产品、企业级、集成完整的CAD/CAM/CAE解决方案的, 以建立全局产品模型为目标的三维设计与分析软件, 它为工程设计人员提供了非常强大的应用工具, 这些工具可以对产品进行设计 (包括零件设计和装配设计) 、工程分析 (有限元分析和运动机构分析) 、工程图绘制、数控加工程序编制等, 极大地提高了企业的技术创新能力和对市场的快速反应能力。NX软件基本工作流程是:设计人员先按照有关理论对零件进行三维造型, 然后利用其数字化装配检查干涉和间隙调整等。利用其工程分析功能可以验证其运动学和动力学性能, 据此可进一步完善设计。完善后的零件, 一方面可自动转换为工程图以便加工, 另一方面可根据需要, 将一些复杂型面直接转换为数控加工程序。

NX软件装配建模提供并行的自下而上 (Bottom-up) 和自顶而下 (Top-down) 的产品开发方法。

自下而上 (Bottom-up) 是指在设计过程中, 先设计单个零部件, 把所有单个零部件设计好后, 进行总体装配, 生成总体设计。这种装配建模需要设计人员给定配合构件之间的配合约束关系, NX软件装配建模中提供包括坐标系定位和逻辑对齐、贴合、偏移等灵活的定位方式和约束关系, 方便在装配中安放零件或子装配件, 并可定义不同零件或组件间的参数关系, 之后由UG系统自动计算构件的转移矩阵, 并实现虚拟装配。然而当零部件之间的配合较多时, 这种装配方式容易出现约束不当或约束出错等情况, 而且有些零部件只有在装配中才能发现其设计不合理, 需要修改, 还有就是机床的好多零部件是通用紧固件组和其他重复部件, 这时通常会采用自顶而下 (Topdown) 的产品开发方法。

Top-down的设计方法是指在装配环境中创建与其它部件相关的部件模型, 是在装配部件的顶级向下产生子装配和零件的装配设计方法。即先由产品的大致形状特征对整体进行设计, 然后根据装配情况对零件进行详细的设计。这种设计方法是一个由粗入精的过程, 多用于全新的开发过程, 可以保证设计出的产品相互间有一个合理的位置。基于Top-down的装配设计技术也与工程实际相符合, 而UG的装配建模技术完全支持Top-down的设计方法。

NX软件的装配建模技术生成的装配模型中零件数据是对零件本身的链接映像, 保证装配模型和零件设计完全双向相关。在单个零件修改后, 装配模型中的零件会自动更新, 同时还可在装配环境下直接修改零件结构。同时还提供独特的装配导航、零件搜索、零件装机数量统计、调用目录、引用集、装配部分着色显示、标准件库调用以及重量控制等丰富功能。通过装配导航, 可在装配层次中快速切换, 并允许直接访问任何零件或子装配件, 使装配结构定义、维护、查询、统计、选取、切换等装配设计任务非常方便地完成。

4 数控机床虚拟设计

数控机床通常由上百种零件组成, 有些零部件是通用的标准件, 有些零件是同时在几个大部件中使用, 而且布局相当复杂, 一件一件直接设计要花很多时间。依据数控机床的结构特性, 将机床按结构分为Y轴系统、X轴系统、Z轴系统、主轴箱系统四大部分, 然后就每一部分分别采用自底向上 (Bottom-up) 设计方法, 比如整部机床的最底部分Y轴系统, 而Y轴系统的最底部件为Y轴床身 (见图1) , 先固定好Y轴床身, 然后按照Y轴系统的结构, 将电机座、Y轴螺母座、Y轴轴承座等主要部件装配好, 确定Y轴丝杆的位置, 等等。间中也采用自顶向下 (Top-down) 设计方法, 比如在设计Y轴直线导轨副时, 每根Y轴直线导轨副上还安装有两个滑块 (见图2) , 先根据Y轴直线导轨副的大致形状特征进行整体设计, 然后根据装配情况对Y轴直线导轨副、滑块进行详细的设计, 保证设计出的产品相互间有一个合理的位置。这样就可以一一把Y轴系统中的零部件组装好, 如图3所示。

然后按照相同的方法分别建立X轴系统 (见图4) 、Z轴系统、主轴箱系统等各自的装配文件, 最后再按相应的装配约束条件进行机床的整体参数化总装配 (见图5) 。

使用虚拟装配建模, 可以对需要检查的部件进行局部或全部的检查, 通过过滤配件结构、着色和消隐等功能, 进行可视化装配干涉检查 (见图6) , 对出现的问题及时进行修改, 而且可以进行无数次的修改直至满意为止。

5 结论

对于像数控机床的这样有着复杂布局的产品, 进行全数字化的虚拟样机装配, 利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式探索虚拟物体功能, 对产品进行几何、功能、制造等许多方面交互的建模, 以及为后续的结构优化分析设计提供完整的数字化模型, 避免等到样机出来时才进行修改, 可极大地缩短产品的研发时间, 节约产品研发经费, 为产品的创新设计和抢夺市场先机发挥作用。

摘要：论述了虚拟设计的概念, 在数控机床研究开发中应用Siemens NX数字化设计平台进行虚拟设计。

关键词：虚拟设计,数控机床,研究开发

参考文献

[1]中国标准出版社第三编辑室.机床常用标准汇编[M].北京:中国标准出版社, 2009.