工程訓(xùn)練虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為工程認(rèn)知、基礎(chǔ)訓(xùn)練與先進(jìn)制造三個(gè)層次，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也設(shè)置了汽車虛擬博物館、基礎(chǔ)訓(xùn)練虛擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)字制造技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)等三個(gè)模塊。

（1）汽車虛擬博物館

傳統(tǒng)的汽車工程認(rèn)知實(shí)踐通常通過建設(shè)汽車工程實(shí)物展廳向?qū)W生展示汽車的發(fā)展歷史和生產(chǎn)加工的流程，使學(xué)生對汽車行業(yè)的發(fā)展和前景形成初步認(rèn)識，但實(shí)體場館建設(shè)耗資較大，為此，本中心已經(jīng)引入虛擬場景技術(shù)建設(shè)了汽車虛擬博物館，給學(xué)生提供大工程背景。

（2）基礎(chǔ)訓(xùn)練虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K

為了讓學(xué)生對車、銑、刨、磨、鍛、鑄等基礎(chǔ)訓(xùn)練和加工手段等有更全面的掌握，中心按照虛擬結(jié)合的原則設(shè)置了基礎(chǔ)訓(xùn)練虛擬實(shí)驗(yàn)模塊，使得學(xué)生可在金工實(shí)習(xí)前進(jìn)行預(yù)習(xí)，教師可在《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程中布置虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作業(yè)。目前，該模塊已完成了虛擬工廠與鍛造和軋制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)。

l 虛擬工廠

虛擬工廠可模擬真實(shí)工廠的環(huán)境和工作流程，結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《機(jī)械制圖》和《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等課程，了解機(jī)械制造的全過程。體驗(yàn)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而了解制造工藝、生產(chǎn)安全、質(zhì)量保證等，同時(shí)支持?jǐn)?shù)控編程和加工仿真訓(xùn)練。

圖1  虛擬工廠

l 鍛造和軋制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

鍛造和軋制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要用于模擬熱溫和冷鍛金屬成型工藝。結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《機(jī)械制造工藝學(xué)》課程，以3D模擬和2D模擬相結(jié)合，研究材料橫斷面的變形過程（平面變形），或者應(yīng)用于軸對稱零件成形，研究徑向切面變形過程（軸對稱變形）。應(yīng)用FORGE軟件可對可以對鍛造生產(chǎn)和軋制工藝的全過程進(jìn)行模擬。

圖2  鍛造生產(chǎn)和軋制工藝的全過程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

（3）數(shù)字制造技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K

車輛工程與機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)已進(jìn)行了《數(shù)控加工技術(shù)》與《數(shù)控加工技術(shù)實(shí)習(xí)》的一體化教學(xué)改革。主講教師要求學(xué)生先利用虛擬仿真方法進(jìn)行數(shù)控編程與仿真加工，多次反復(fù)確認(rèn)無誤后再上機(jī)床進(jìn)行實(shí)際的加工操作。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的預(yù)操作降低了原材料的損耗成本，減小了機(jī)床加工過程引發(fā)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率與學(xué)習(xí)興趣。

目前，數(shù)字制造技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K已經(jīng)完成了數(shù)控加工編程及仿真實(shí)驗(yàn)和數(shù)控機(jī)床虛擬設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的建設(shè)。

l         數(shù)控加工編程及仿真實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)充分利用長沙理工大學(xué)“機(jī)械工程訓(xùn)練中心”、“現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室” 和“CAD/CAM實(shí)驗(yàn)室”，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程，在實(shí)驗(yàn)室擁有數(shù)控機(jī)床操作和加工仿真軟件的基礎(chǔ)上，開展數(shù)控加工過程仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具體包括車床、銑床、刨床、磨床、鏜床等數(shù)控系統(tǒng)操作仿真。通過多類型數(shù)控系統(tǒng)操作訓(xùn)練和模擬數(shù)控加工過程，實(shí)現(xiàn)了不同種類的數(shù)控系統(tǒng)的操作訓(xùn)練，避免了使用實(shí)物系統(tǒng)有可能發(fā)生安全事故的問題，從而讓學(xué)生深入理解數(shù)控加工原理和方法，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

圖3  數(shù)控加工虛擬仿真             圖4  刀具軌跡路徑模擬

l         數(shù)控機(jī)床虛擬設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)基于ADAMS、MATLAB/SIMULINK等仿真分析軟件，并結(jié)合學(xué)生所學(xué)的《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剖析和運(yùn)動(dòng)仿真，在數(shù)控機(jī)床機(jī)電液一體化建模的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)分析。通過虛擬實(shí)驗(yàn)掌握數(shù)控機(jī)床的各系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能分析。

圖5  數(shù)控機(jī)床虛擬裝配模型                圖6  數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制仿真

 

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