工程训练虚拟仿真实验平台分为工程认知、基础训练与先进制造三个层次，相应的实验教学内容也设置了汽车虚拟博物馆、基础训练虚拟实验和数字制造技术虚拟实验等三个模块。

（1）汽车虚拟博物馆

传统的汽车工程认知实践通常通过建设汽车工程实物展厅向学生展示汽车的发展历史和生产加工的流程，使学生对汽车行业的发展和前景形成初步认识，但实体场馆建设耗资较大，为此，本中心已经引入虚拟场景技术建设了汽车虚拟博物馆，给学生提供大工程背景。

（2）基础训练虚拟实验模块

为了让学生对车、铣、刨、磨、锻、铸等基础训练和加工手段等有更全面的掌握，中心按照虚拟结合的原则设置了基础训练虚拟实验模块，使得学生可在金工实习前进行预习，教师可在《机械制造技术基础》课程中布置虚拟仿真实验作业。目前，该模块已完成了虚拟工厂与锻造和轧制虚拟仿真实验的建设。

l 虚拟工厂

虚拟工厂可模拟真实工厂的环境和工作流程，结合学生所学的《机械制图》和《机械制造技术基础》等课程，了解机械制造的全过程。体验生产中的各个环节，从而了解制造工艺、生产安全、质量保证等，同时支持数控编程和加工仿真训练。

图1  虚拟工厂

l 锻造和轧制虚拟仿真实验

锻造和轧制虚拟仿真实验主要用于模拟热温和冷锻金属成型工艺。结合学生所学的《机械制造工艺学》课程，以3D模拟和2D模拟相结合，研究材料横断面的变形过程（平面变形），或者应用于轴对称零件成形，研究径向切面变形过程（轴对称变形）。应用FORGE软件可对可以对锻造生产和轧制工艺的全过程进行模拟。

图2  锻造生产和轧制工艺的全过程虚拟仿真实验

（3）数字制造技术虚拟实验模块

车辆工程与机械设计制造及其自动化专业已进行了《数控加工技术》与《数控加工技术实习》的一体化教学改革。主讲教师要求学生先利用虚拟仿真方法进行数控编程与仿真加工，多次反复确认无误后再上机床进行实际的加工操作。通过虚拟仿真实验的预操作降低了原材料的损耗成本，减小了机床加工过程引发安全事故的风险，提高了学生实验的成功率与学习兴趣。

目前，数字制造技术虚拟实验模块已经完成了数控加工编程及仿真实验和数控机床虚拟设计实验的建设。

l         数控加工编程及仿真实验

本实验充分利用长沙理工大学“机械工程训练中心”、“现代制造技术实验室” 和“CAD/CAM实验室”，并结合学生所学的《机械制造技术基础》课程，在实验室拥有数控机床操作和加工仿真软件的基础上，开展数控加工过程仿真实验教学，具体包括车床、铣床、刨床、磨床、镗床等数控系统操作仿真。通过多类型数控系统操作训练和模拟数控加工过程，实现了不同种类的数控系统的操作训练，避免了使用实物系统有可能发生安全事故的问题，从而让学生深入理解数控加工原理和方法，从而提高学生的创新能力。

图3  数控加工虚拟仿真             图4  刀具轨迹路径模拟

l         数控机床虚拟设计实验

本实验基于ADAMS、MATLAB/SIMULINK等仿真分析软件，并结合学生所学的《机械制造技术基础》课程，实现数控机床结构剖析和运动仿真，在数控机床机电液一体化建模的基础上，实现控制系统分析。通过虚拟实验掌握数控机床的各系统设计和性能分析。

图5  数控机床虚拟装配模型                图6  数控机床运动控制仿真

 

附件：