工程訓練虛擬仿真實驗平臺分為工程認知、基礎(chǔ)訓練與先進制造三個層次，相應的實驗教學內(nèi)容也設(shè)置了汽車虛擬博物館、基礎(chǔ)訓練虛擬實驗和數(shù)字制造技術(shù)虛擬實驗等三個模塊。

（1）汽車虛擬博物館

傳統(tǒng)的汽車工程認知實踐通常通過建設(shè)汽車工程實物展廳向?qū)W生展示汽車的發(fā)展歷史和生產(chǎn)加工的流程，使學生對汽車行業(yè)的發(fā)展和前景形成初步認識，但實體場館建設(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，給學生提供大工程背景。

（2）基礎(chǔ)訓練虛擬實驗模塊

為了讓學生對車、銑、刨、磨、鍛、鑄等基礎(chǔ)訓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)訓練虛擬實驗模塊，使得學生可在金工實習前進行預習，教師可在《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程中布置虛擬仿真實驗作業(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驗的建設(shè)。

l 虛擬工廠

虛擬工廠可模擬真實工廠的環(huán)境和工作流程，結(jié)合學生所學的《機械制圖》和《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等課程，了解機械制造的全過程。體驗生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，從而了解制造工藝、生產(chǎn)安全、質(zhì)量保證等，同時支持數(shù)控編程和加工仿真訓練。

圖1  虛擬工廠

l 鍛造和軋制虛擬仿真實驗

鍛造和軋制虛擬仿真實驗主要用于模擬熱溫和冷鍛金屬成型工藝。結(jié)合學生所學的《機械制造工藝學》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）。應用FORGE軟件可對可以對鍛造生產(chǎn)和軋制工藝的全過程進行模擬。

圖2  鍛造生產(chǎn)和軋制工藝的全過程虛擬仿真實驗

（3）數(shù)字制造技術(shù)虛擬實驗模塊

車輛工程與機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)已進行了《數(shù)控加工技術(shù)》與《數(shù)控加工技術(shù)實習》的一體化教學改革。主講教師要求學生先利用虛擬仿真方法進行數(shù)控編程與仿真加工，多次反復確認無誤后再上機床進行實際的加工操作。通過虛擬仿真實驗的預操作降低了原材料的損耗成本，減小了機床加工過程引發(fā)安全事故的風險，提高了學生實驗的成功率與學習興趣。

目前，數(shù)字制造技術(shù)虛擬實驗模塊已經(jīng)完成了數(shù)控加工編程及仿真實驗和數(shù)控機床虛擬設(shè)計實驗的建設(shè)。

l         數(shù)控加工編程及仿真實驗

本實驗充分利用長沙理工大學“機械工程訓練中心”、“現(xiàn)代制造技術(shù)實驗室” 和“CAD/CAM實驗室”，并結(jié)合學生所學的《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程，在實驗室擁有數(shù)控機床操作和加工仿真軟件的基礎(chǔ)上，開展數(shù)控加工過程仿真實驗教學，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)操作訓練和模擬數(shù)控加工過程，實現(xiàn)了不同種類的數(shù)控系統(tǒng)的操作訓練，避免了使用實物系統(tǒng)有可能發(fā)生安全事故的問題，從而讓學生深入理解數(shù)控加工原理和方法，從而提高學生的創(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)控機床虛擬設(shè)計實驗

本實驗基于ADAMS、MATLAB/SIMULINK等仿真分析軟件，并結(jié)合學生所學的《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程，實現(xiàn)數(shù)控機床結(jié)構(gòu)剖析和運動仿真，在數(shù)控機床機電液一體化建模的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)控制系統(tǒng)分析。通過虛擬實驗掌握數(shù)控機床的各系統(tǒng)設(shè)計和性能分析。

圖5  數(shù)控機床虛擬裝配模型                圖6  數(shù)控機床運動控制仿真

 

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