虚拟数控机床在数控维修教学中的应用

摘要：分析和总结了现有数控维修教学和实训中存在的主要问题，针对存在的问题，简单介绍了虚拟数控机

床的功能，着重阐述了虚拟数控机床在数控维修教学不同模块中的作用。关键词：数控维修；虚拟数控机床；教

学根据机床行业调查，数控人才的市场需求已从初期的数控操作、数控编程转向了技术含量较高的数控机床调试、

维护与维修，维修力量不足是影响数控机床利用率和完好率的主要因素，汽车、模具、航空航天、装备制造企业

急需大量数控机床维修人才。数控设备是典型的机电一体化设备，涉及机械、电气、液压、计算机、伺服控制、
PLC(可编程控制器)

等多个领域，数控维修人才的培养不仅要求掌握上述相关的理论知识，更重要的是要求对其

中的各项技能进行实践和训练。如何培养出合格的数控设备维修人才是一个紧迫而又系统的工程，数控虚拟机
床的发展为该类人才的培养提供了较好的教学和实训手段。
1

现有数控维修教学手段的不足从实际调查结果看，目前各高校或高职院校数控维修专业或课程配备的实验室

大致有数控机床综合实验室、数控机床装拆实验室、数控机床电气实验室三大类，大部分学校只配备上述三类实

验室的一种或两种。根据多年数控维修教学体会，目前数控维修实训主要存在以下问题：
1.1

数控系统档次低，类型单一数控机床综合实验平台绝大多数配置的是

FAUNC

，

SIEMENS 及国产的经济型

和普及型数控系统，高端数控系统涉及少，数控系统类型少。数控装备制造业

经过多年的发展，国内数控机床的使用逐渐从经济型、普及型数控机床发展到中、高档数控机床，呈现出

“

”

数控系统多样化，机床功能复合化等特点，基于经济型数控系统的简单车、铣床数控实验台逐渐难以满足数控

机床行业蓬勃发展的需要。
1.2

数控机床功能部件装拆实训不够数控机床拆装实验室提供的可供拆装的机床功能部件（如主轴箱、进给传

动系统、刀架、刀库、机械手、液压站）和机床本体的主要来源是生产型数控机床中淘汰下来的功能落后或有故

障的部件，并且数量有限，种类不全。近年来，随着数控技术向着高速高精、五轴联动、功能复合的方向快速发

展，新型的功能部件不断出现，结构复杂多样，价格不菲。装拆实验室本身损坏率高等特点都限制了实验室的建

设和发展，现有的组建数控装拆实验室的模式不适合数控机床行业快速发展的需要，探索新的装拆实验室模式势

在必行。
1.3

缺少数控机床传感检测器的相关实验数控机床传感检测元器件是机床精度的保证，也是故障的高发源，但目

前几乎没有高校为数控维修课程配备数控机床传感检测实验室，即使有也是在论证和建设阶段。可供学生接触到

的传感检测器件也只能在数控机床综合实验平台上，但因为综合实验平台主要功能集中在数控系统和机床

PLC

的调试，大都采用简化设计的机床结构或不带机床本体，因此在综合实验台的数控机床传感和检测环节与实际机

床相比大为减弱和简化。
1.4

机床电气连接实训不够虽然很多学校都有数控机床电气连接实训环节，但是因为数控机床电气接线所需的

机床低压元器件种类繁多，数控系统和伺服系统的连接电缆不易经常

性的插拔，所用导线、端子等耗材消耗严重，所需工具多，教师对学生接线正确与否的排查工作量大等原因，

使得实际动手率大大下降。
1.5

实验室受设备多样性、设备台套数、场地和价格等因素的严重制约无论是数控机床综合实验平台、机床功能

部件，还是传感检测器件都具有种类多，价格高，发展变化快，所需场地大等特点，这些硬性条件极大地制约了

实验室的建设。
2

虚拟数控机床在数控维修教学中的应用虚拟数控机床采用虚拟现实技术在计算机上建立逼真的三维互动机床模

型。通过对厦门创壹虚拟数控机床的使用，分析了虚拟数控机床在数控维修教学和培训中的作用，并对基于该虚

拟数控机床的实验项目进行了设计。
2.1

虚拟机床辅助理论教学数控机床的功能日渐复合，车削中心、钻削中心、

轴以上联动加工中心的使用日

益普及，这类中高档数控机床功能部件的结构、工作原理及其装配工艺知识日益复杂，普通的课件和

Flash 动

画已经无法清晰地展现部件的内部结构和装配关系，这给学生在理论学习环节的理解和掌握带来不少困难。虚拟

数控机床及其功能部件模型可以任意角度旋转，对整机及各功能部件的内部结构可以进行逼真的三维动画分解演

示，清晰地展现了功能部件的内部结构和原理，并自动同步显示相关原理文字，大大加快加深学生的理解和掌握。

2.2

虚拟装拆虚拟机床及每一个功能部件可以进行虚拟的

交互式装拆。铣床整机虚拟安装过程中的某一画

面，系统右侧分别为数控机床的装拆设置了零部件库和工具库，按照实际机床装拆过程，每步首先选择正确的工

具，选择正确的零部件，才能进行正确的安装，提供一个良好的虚拟装拆实训环境。虚拟装拆是解决目前装拆实

验室部件数量有限，种类不全、新型功能部件短缺等问题最有效的途径。新型数控机床装拆实验室应该是虚拟装

拆和实际装拆的有效结合，虚拟装拆可以使学生尽可能多地接触和熟悉各种新型功能部件，并通过重复的虚拟装

拆练习强化和定型学生对结构和装配关系的掌握，然后在实际的装拆练习训练装拆技巧、实际设备的调整、手感

等，这样可以大大提高实际设备的利用率、减少实际装拆中损坏率，提升教学培训效果。图

1 数控铣床整机安

装
2.3

虚拟电气连接和电气故障创壹虚拟机床系统可以完成整个数控机床电气柜的电气连接，从电气布局规划、

“

布置线槽开始，到选择元器件、导线完成电气连线。虚拟系统还设置了与真实万用表、示波器一样的虚拟万用

”“

”

表虚拟示波器，在完成电气连接后，还可以对线路进行检测、最终完成虚拟上电调试。同样，利用虚拟仪器

仪表能对虚拟线路进行检测，在教学和培训过程中，可以进行机床电气故障排查的实验实训和考核。根据实际应

用效果来看，虚拟的电气连接练习可以解决机床电气连接中几乎所有的问题，仅仅需要在实际的电气接线中的锻
炼实际接线操作的具体技能

(如剥线、压线等)