2018 年度国家虚拟仿真实验教学项目申报表

学 校 名 称 机械与自动控制学院

实 验 教 学 项 目 名 称 数控机床加工虚拟仿真实验

所 属 课 程 名 称 数控技术

所 属 专 业 代 码 080203

实验教学项目负责人姓名 吴新丽

实验教学项目负责人电话 15869042656 （手机）

有 效 链 接 网 址

http://jxlab.zstu.edu.cn/

教育部高等教育司 制

二〇一八年七月

填写说明和要求

1.以 Word文档格式，如实填写各项。

2.表格文本中的中外文名词第一次出现时，要写清全称

和缩写，再次出现时可以使用缩写。

3.所属专业代码，依据《普通高等学校本科专业目录

（2012 年）》填写 6 位代码。

4.涉密内容不填写，有可能涉密和不宜大范围公开的内

容，请特别说明。

5.表格各栏目可根据内容进行调整。

1.实验教学项目教学服务团队情况

1-1实验教学项目负责人情况

姓名 吴新丽 性别 女 出生年月 1987.05

学历 硕士 学位 硕士 电话 0571-86843662

专业技

术职务 实验师

行政

职务

机械工程实验中心

副主任、虚拟实验

室副主任

手机 15869042656

院系 机械与自动控制学院 电子邮箱 wxl@zstu.edu.cn

地址 下沙高教园区二号大街 928 号 邮编 310018

教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过 5项）；作为第一署名人

在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物名称、时间，不超过 10项）；获得

的教学表彰/奖励（不超过 5项）。

教改项目：

项目名称 项目来源 类（级）别 起止年月 排名/总人数

以提高学生解决复杂工

程问题能力为导向——

机械专业实验教学改革

模式的研究

省教育厅 省教改 2016.9-2018.9 2/6

机械设计实用机构库的

建设与实验教学 浙江理工大学 校教改 2015.6-2016.6 1/6

依托学生专业社团，探索

学生创客教育模式的研

浙江省教育科

学研究院

厅局级

一般 2016.6-2017.9 2/6

教改论文：

题目 刊物名称 时间 级别 排名/总人数

基于 Division MockUp 平台

的典型机械虚拟装配实验教

学系统的研发与应用

湖南农机 2014.04 其他 1/4

机械基础实验成绩评价

体系的探索与实践 科技展望 2015.10 其他 5/6

学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人所起作用，不超

过 5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、刊物名称、署名次序与时间，不超不

超过 5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含奖项名称、授予单位、署名次序、时间，不超过 5项）。

学术研究课题：

学术论文：

项目名称 项目来源 类（级）别 起止年月 排名/总人数

面向产品全生命周期的供应链环境

下碳足迹模型化及其应用研究

（14022152-A）

国家自

然科学

基金委

国家级一般 2015.1-2018.

12 4/10

盲人感知数字图像的关键技术研究

（16020019-E）

浙江省

科技厅 省部级一般

2016.1-2017.

12 2/7

论文、著作题目 刊物(出版社)名称、刊号(书号)

类（级）别 发表 时间

排名/总人数

The value network optimization

research based on Analytic

Hierarchy Process method and the

dynamic programming of cloud

manufacturing,

The

International

Journal of

Advanced

Manufacturing

Technology

SCI 三档 2016.04 1/6

Digital equipment maintenance

decision model and its

application research for low

carbon environment

Int. J.

Computing

Science and

Mathematics

EI 期刊 2017.03 2/6

触觉再现的分层电磁式盲文点

显器 系统仿真学报 二级 2016.09 1/7

基于视嗅觉认知的虚拟嗅觉生

成装置 中国机械工程 一级 2015.11 2/4

Workspace Modeling and

Analysis for Dexterous Hands

International

Journal of

Humanoid

Robotics

SCI 四档 2015.03 2/3

学术奖励：

项目名称 奖项名称

及等级

授予单位

级别

获奖 时间

排名/总人数

多自由度机械手的关键技术研

发及产业化应用

浙江省技术发

明二等奖

浙江省

科技厅

省

二

等

奖

2016.11 2/5

1-2实验教学项目教学服务团队情况

序号 姓名 所在单位

专业技术

职务

行政职务 承担任务 备注

1 夏旭东 浙江理工大学 助理实验师 机构拆装实验 在线教学

2 杨金林 浙江理工大学 高级实验师 国家级机械基础实

验教学示范中心

副主任、机械工程

实验中心主任

机构拆装实验 在线教学

3 马善红 浙江理工大学 实验师 机构拆装实验 在线教学

4 陈元斌 浙江理工大学 实验师 网站建设 技术支持

5 潘翔伟 浙江理工大学 助理实验师 网站维护 技术支持

6 周静恺 浙江理工大学 助理实验师 机构仿真实验 在线教学

7 娄海峰 浙江理工大学 高级工程师 机构仿真实验 在线教学

8 陈明 浙江理工大学 助理实验师 机构仿真实验 在线教学

9 杨文珍 浙江理工大学 副教授 虚拟实验室主任 机构仿真 在线教学

10 竺志超 浙江理工大学 教授 国家级机械基础实

验教学示范中心

主任

机构优化 在线教学

注：1.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一单位。

2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。

2.实验教学项目描述

2-1实验名称

数控机床加工虚拟仿真实验

2-2实验目的

本实验项目依托浙江理工大学国家级机械基础实验教学示范中心、国家级虚

拟纺织装备实验教学示范中心和浙江理工大学机械与自动控制学院虚拟实验室

进行实验项内容开发及教学工作。在当前的数控车床、加工中心实验教育教学中，

由于仪器设备成本高，占用空间大，因此实物实训需要的设备数量有限；同时，

实验设备零部件复杂多样，装调的步骤流程复杂，实物实训具有很大的危险性，

实验通常也需要很长的时间来装调检测，这使得人员与设备的安全性无法保证；

即使开展了实物实训，往往由于人数众多，后排的学生经常无法听清或看到教师

的讲解及操作；并且通常只能了解单一、片段的工艺，很多时候不能真正了解到

贯穿的操作案例；老师也无法在课上看顾所有学生进行实验，因而实物加工数控

车床、加工中心实验较难开展。

因此，本项目提出使用虚拟仿真技术，以数控车床（图 1）、加工中心（图 2）

为对象，采用“理、虚、实”一体化的教学方式，构建虚拟仿真软件及云平台等，

向学生提供能随时随地进行虚拟仿真的实验条件，让学生在虚拟环境中开展实

验，弥补实际实验实训中的不足，提高实训效果。

图 1 数控车床

图 2 加工中心

数控车床虚拟仿真实验，通过虚拟实验让学生基本理解、掌握以下内容：

1、了解数控车床机械组成部分零件及结构组成

2、通过数控车床机床操作，了解数控车床程序编辑与管理、切削、进给与

补偿、程序自动/手动运行、显示与设定数据等步骤。

3、通过数控车床的操作流程，掌握台阶轴加工、轴类零件加工、轴套加工、

螺纹和槽加工、综合零件加工等技能。

4、培养良好的操作规范和安全意识，技能训练与养成教育并重，有效保障

实训安全。

加工中心虚拟仿真实验，通过虚拟实验让学生基本理解、掌握以下内容：

1、了解加工中心机床机械组成部分零件及结构组成

2、掌握加工中心机床操作，如切削、进给与补给、程序自动运行、显示和

设定数据。

3、通过数控车床的操作流程，掌握动模板模框加工、开放槽综合、外轮廓

综合、钻孔加工、平面铣加工、矩形槽加工等技能；

4、培养良好的操作规范和安全意识，技能训练与养成教育并重，有效保障

实训安全。

通过本实验对虚拟数控车床、加工中心构造、原理、操作知识的掌握，学生

所学机械基础知识得到应用拓展，观察能力和知识综合应用能力得到很好的锻

炼，可以为以后从事专业工作奠定一定的基础。

2-3实验原理（或对应的知识点）

数控车床、加工中心虚拟实验涵盖了整个机械工程教学中的多门课程实践要

求，为学生学习专业基础和专业课程起到承前启后的作用，该实验对应的知识点

如下：

1. 数控机床结构与原理认知，了解数控基础的组成及原理。

数控机床一般由输入输出设备、CNC 装置（或称 CNC单元）、伺服单元、驱动

装置（或称执行机构）、可编程控制器 PLC及电气控制装置、辅助装置、机床

本体及测量反馈装置组成。使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几

何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序; 然后将加工程序输

入到数控装置，按照程序的要求，经过数控系统信息处理、 分配，使各坐标

移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工

2. 数控机床操作

（1）台阶轴加工；（2）轴类零件加工；（3）轴套加工；（4）螺纹与槽加工；

（5）综合零件加工

3. 加工中心结构与原理认知

加工中心(Computerized Numerical Control Machine )简称 cnc，是由机

械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中

心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进

行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数

控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转

速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了

工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要

求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

其结构除机床基础件以外，包括主轴部件、进给系统、回转定位装置和附件、

辅助功能装置、刀库和自动换刀装置等。

4. 虚拟加工中心机床操作

（1）动模板模框加工、（2）开放槽综合案例、（3）外轮廓综合案例、（4）钻孔

加工案例、（5）平面铣加工案例、（6）矩形槽加工

2-4实验仪器设备（装置或软件等）

数据服务器、个人客户端等。

2-5实验材料（或预设参数等）

1、 数控机床虚拟仿真实验预设参数

（1）运行环境

单平台模式：虚拟数控车床本体及数控面板均在同一台电脑或笔记本（WINDOWS）

上运行。

双平台分屏模式：虚拟数控车床本体在台式机或笔记本电脑（WINDOWS）上运行，

虚拟数控面板在平板电脑或手机（ANDROID 系统）上运行，并通过无线通讯对虚

拟机床本体进行操作和控制。

（2）软件界面

隐匿式菜单或工具条：软件界面上看不到菜单、功能图标，全部用于显示场景和

虚拟设备，以保持界面的纯净。

整屏展示：使用完整的屏幕显示场景，而不是将屏幕切割成若干区域。

（3）部件认知

引出线：引出线将同时显示各部件名称，可根据用户观察视角与设备的距离自动

进行层级显示。距离设备越近，显示项目越多。

部件提示：鼠标移动到零部件时，自动显示其名称。

（4）虚拟装备

虚拟数控车床本体：外形尺寸与真实数控车床完全相同，并拥有高度逼真的外观。

表面可见结构、零部件与真实机床一致。

虚拟数控面板：可操作的独立数控面板，操作方式与真实面板高度一致。经专业

绘制，精美大方，与真实面板高度逼近。两种显示模式，一是显示在电脑屏幕上，

与机床本体叠放，并有“全部显示”、“仅显示液晶屏”、“隐藏”三种显示方式。

二是放置与移动终端（如 PAD）上，与机床本体分离。

刀具、夹具：虚拟刀具、夹具外形尺寸与真实刀具相同，并拥有高度逼真的外观。

（5）机床操作

程序编辑与管理：程序列表信息显示、程序搜索、字搜索和地址搜索、程序光

标移动控制、程序字段选择和全选择、默认程序恢复。

切削：利用软件配套提供的各种教学及实训案例，可方便地进行实时的切削仿真，

包括数控程序切削和手工切削，切削效果逼真。

进给与补偿：快速移动、直线插补、圆弧插补、暂停功能、半径补偿功能、长度

补偿功能等。

程序自动运行：存储器运行、MDI 运行、进给保持、单段运行、部分程序段跳

过、程序运行编程轨迹线显示与控制、程序运行实际运行轨迹线显示与控制。

显示和设定数据：

1）POS 位置信息显示，包括绝对坐标值显示与预置、相对坐标值显示、归

零和预置、综合位置信息显示、实时速度显示、操作时间及加工零件数的显示、

剩余移动量显示等。

2）PROG程序信息显示，包括程序内容显示与编辑窗口、程序列表显示与自

动更新、程序自动运行检查画面显示、当前程序段画面、下一段程序画面、显示

光标自动跳转等。

3）<OFFSET>设置信息显示，包括 1-64号磨损和形状刀补数据显示与设定、

指定刀号的快速检索与定位、相应的刀补数据计算与输入、各工件坐标系的显示、

按工件坐标系号快速检索、指令轴位置的测量、指定工件坐标系的计算与输入、

与绝对坐标相关联等。

（6）教学

项目化案例教学：可直接用于仿真实训。包括：台阶轴加工、轴类零件加工、轴

套加工、螺纹和槽加工、综合零件加工。

即学即练：可选择不同的实训项目，一步步演示虚拟数控车床的操作过程，并同

步伴随操作说明。演示过程中，无需任何切换，就可以操作练习，即演示和操作

练习可以随时转换。

（7）练习

操作方式：人性化的操作方式，简便、快捷、明了。有充分的提示引导信息，如

以手形图标结合说明文字提示下一步操作。

（8）考核

智能考核：对学生的每一步操作的正确性、规范性、安全性进行自动记录、评估、

计分，并输出和提交详细的考核记录单。

防作弊功能：自动输出考核记录表，自动加密。

（9）辅助功能

加密方式：提供注册文件、加密狗、网络三种可选解密方式，由用户任意选择其

中一种。

行为监控：软件可在实训全程自动实施监控，及时发现、提醒和制止不良操作行

为，从而培养良好的操作规范和安全意识，技能训练与养成教育并重，有效保障

实训安全。被监控的行为包括：未打开 NC 电源时操作面板提示警告、急停状态

下操作报警、代码编译错误时报警、数控程序运行时超程报警、手动启动主轴时

判断是否在 JOG或者 MPG手轮模式、手动夹紧卡盘时判断是否为 JOG或 MPJ模式、

手动换刀时判断是否在 JOG或 MPJ模式、工件未夹紧开启主轴报警、主轴旋转时

更换毛坯报警、毛坯尺寸超出限定范围报警、机床锁住运行完未回零报警、机床

部件发生碰撞报警等等。

系统配置：可以对软件一些参数进行配置，例如可通过系统配置功能开关语音提

示。

自主开发：所有能够由用户自定义的参数均应向用户开放，如所有的说明文字、

配置参数均应采用 EXCEL表驱动，甚至一些软件功能参数也可用 EXCEL表驱动。

2、 加工中心虚拟仿真实验预设参数

（1）运行环境

1）单平台模式：虚拟加工中心本体及数控面板均在同一台电脑或笔记本

（WINDOWS）上运行。

2）双平台分屏模式：虚拟加工中心本体在台式机或笔记本电脑（WINDOWS）

上运行，虚拟数控面板在平板电脑或手机（ANDROID 系统）上运行，并通过无线

通讯对虚拟机床本体进行操作和控制。

（2）软件界面

1）隐匿式菜单或工具条：软件界面上看不到菜单、功能图标，全部用于显

示场景和虚拟设备，以保持界面的纯净。

2）整屏展示：使用完整的屏幕显示场景，而不是将屏幕切割成若干区域。

（3）部件认知

1）引出线：引出线将同时显示各部件名称，可根据用户观察视角与设备的

距离自动进行层级显示。距离设备越近，显示项目越多。

2）部件提示：鼠标移动到零部件时，自动显示其名称。

（4）虚拟装备

1）虚拟加工中心本体：外形尺寸与真实加工中心完全相同，并拥有高度逼

真的外观。表面可见结构、零部件与真实机床一致。

2）虚拟数控面板：可操作的独立数控面板，操作方式与真实面板高度一致。

经专业绘制，精美大方，与真实面板高度逼近。两种显示模式，一是显示在电脑

屏幕上，与机床本体叠放，并有“全部显示”、“仅显示液晶屏”、“隐藏”三种显

示方式。二是放置与移动终端（如 PAD）上，与机床本体分离。

3）刀具、夹具：虚拟刀具、夹具外形尺寸与真实刀具相同，并拥有高度逼

真的外观。

4）操作手柄：可操作的独立手柄，操作方式与真实手柄高度一致。面板经

专业绘制，精美大方，与真实手柄高度逼近。两种显示模式，一是显示在电脑屏

幕上，与机床本体叠放。二是放置与移动终端（如 PAD）上，与机床本体分离。

（5）机床操作

1）切削：利用软件配套提供的各种教学及实训案例，可方便地进行实时的

切削仿真，包括数控程序切削，切削效果逼真。

2）进给与补给：快速移动、直线插补、圆弧插补、暂停功能、半径补偿功

能、长度补偿功能等。

3）程序自动运行：存储器运行、MDI运行、进给保持、单段运行、部分程

序段跳过、程序运行编程轨迹线显示与控制、程序运行实际运行轨迹线显示与控

制。

4）显示和设定数据：POS位置信息显示，包括绝对坐标值显示与预置、相

对坐标值显示、归零和预置、综合位置信息显示、实时速度显示、操作时间及加

工零件数的显示、剩余移动量显示等。

PROG 程序信息显示，包括程序内容显示与编辑窗口、程序列表显示与自动

更新、程序自动运行检查画面显示、当前程序段画面、下一段程序画面、显示光

标自动跳转等。

<OFFSET>设置信息显示，包括 1-400 号刀偏数据显示与设定、指定刀号的快

速检索与定位、相应的刀偏数据计算与输入、各工件坐标系的显示、按工件坐标

系号快速检索、指令轴位置的测量、指定工件坐标系的计算与输入、与绝对坐标

相关联等。

（6）教学

1）项目化案例教学：可直接用于仿真实训。包括：动模板模框加工、开放

槽综合案例、外轮廓综合案例、钻孔加工案例、平面铣加工案例、矩形槽加工案

例。

2）即学即练：可选择不同的实训项目，一步步演示虚拟加工中心的操作过

程，并同步伴随操作说明。演示过程中，无需任何切换，就可以操作练习，即演

示和操作练习可以随时转换。

（7）练习

操作方式：人性化的操作方式，简便、快捷、明了，例如旋钮操作可使用鼠

标指针直接拨动或鼠标滚轮波动两种方式。有充分的提示引导信息，如以手形图

标结合说明文字提示下一步操作。

（8）考核

1）智能考核：对学生的每一步操作的正确性、规范性、安全性进行自动记

录、评估、计分，并输出和提交详细的考核记录单。

2）防作弊功能：自动输出考核记录表，自动加密。

（9）辅助功能

1）加密方式：提供注册文件、加密狗、网络三种可选解密方式，由用户任

意选择其中一种。

2）行为监控：软件可在实训全程自动实施监控，及时发现、提醒和制止不

良操作行为，从而培养良好的操作规范和安全意识，技能训练与养成教育并重，

有效保障实训安全。被监控的行为包括：未打开 NC电源时选择移动各轴时报警、

换刀时移动主轴报警、主轴运行时换刀报警、手动换刀时流程为完成而跳转到其

他功能时报警、程序中含有、代码编译时报警、数控程序运行时超程报警、手动

启动主轴时判断是否在 JOG或者、PG手轮模式、数控程序运行时，更改装夹方

式报警、毛坯尺寸超出限定范围报警、机床锁住运行完未回零报警。

3）系统配置：可以对软件一些参数进行配置，例如可通过系统配置功能开

关语音提示。

4）自主开发：所有能够由用户自定义的参数均应向用户开放，如所有的说

明文字、配置参数均应采用 EXCEL表驱动，甚至一些软件功能参数也可用 EXCEL

表驱动。

2-6 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

使用目的：

通过引入虚拟仿真软件系统，在理论教学和实物实训之间搭建起一个过渡的

“桥梁”，有效解决理论教学与实物实训难以有效融合的问题，提升加工中心机

械装调实验相关知识与实训操作的效率和效果，优化学生的学习体验。云平台聚

合了教、学、练、考、管、评等完备的教学功能，学生可通过云平台进行虚拟仿

真实验预约、虚拟仿真实训练习及考核、提交实验报告等，实现教学过程的“闭

环控制”和教学效果的“形成性评价”，使教学资源更生动、教学活动更丰富、

教学管理更高效、效果评估更科学精准，充分体现出教育信息化的发展方向。

实施过程：

（1）教师进行对数控机床、加工中心实验相关理论教学，并且老师在云平

台上上传相关数字化资料如微课、视频、文献等，学生首先通过云平台进行理论

知识的个性化学习。老师可以进行相关设置，比如：学生只有通过理论知识的自

测，才能认为已经掌握了相关实验理论，才能进入之后的环节。

（2）数控机床、加工中心参观演示。教师带领学生参观金工训练中心的加

工中心实物，感受设备所处的环境。讲解数控机床、加工中心的机械各组成部件

结构及功用。教师对数控机床、加工中心进行案例化操作，学生通过视频、照片

等记录实物实验的过程与结果，通过云平台提交实验报告。教师在云平台可以进

行实验报告的批改。

（3）学生通过云平台在计算机本地安装虚拟仿真软件，然后通过云平台启

动计算机本地的虚拟仿真软件，学生进入软件后，即进入数控机床、加工中心虚

拟仿真软件学习。学生可以选择新手上路了解实验目的、软件操作方式等。虚拟

仿真软件能够以真实的实验环境，真实的实验流程，真实的实验任务，真实的实

验设备等，让学生能以第一视角的体验与交互模式对对数控机床、加工中心进行

操作，依靠引出线、部件提示、结构树等了解对数控机床、加工中心部件并掌握

操作流程。同时，云平台将对学生的操作痕迹（如是否按照实验步骤操作、是否

符合操作规范）等进行形成性评价。

云平台自动记录、跟踪、评价学生虚拟仿真实训的过程与结果。教师通过云

平台可以查看学生虚拟仿真实训成绩及各步骤的得分情况，并对学生输出的实验

报告进行批改。当评价合格，学生或有机会进行实物实训演练。

实施结果：通过“理、虚、实”一体化的教学方式，不仅大幅度提高理论与

实验教学的效果，提高学生对数控机床、加工中心的认识和操作水平；牢记操作

步骤与应用案例，而且保证学生操作正确、规范，大幅度提高实验正确性与效率，

弥补实验在教学资源，设备，流程方面的不足。

2-7实验方法与步骤要求（学生操作步骤应不少于 10步）

虚拟数控车床虚拟仿真实验步骤

1、数控车床设备观察与认知

（1）设备观察：虚拟数控车床本体外形尺寸与真实数控车床完全相同，并拥有

高度逼真的外观。表面可见结构、零部件与真实机床一致。

（2）部件认知：引出线将同时显示各部件名称，可根据用户观察视角与设备的

距离自动进行层级显示。鼠标移动到零部件时，自动显示其名称。

其中虚拟数控面板为可操作的独立数控面板，操作方式与真实面板高度一致。经

专业绘制，精美大方，与真实面板高度逼近。两种显示模式，一是显示在电脑屏

幕上，与机床本体叠放，并有“全部显示”、“仅显示液晶屏”、“隐藏”三种显示

方式。二是放置与移动终端（如 PAD）上，与机床本体分离。

2、机床操作教学与实验

（1）程序编辑与管理：程序列表信息显示、程序搜索、字搜索和地址搜索、程

序光标移动控制、程序字段选择和全选择、默认程序恢复。

（2）切削：利用软件配套提供的各种教学及实训案例，可方便地进行实时的切

削仿真，包括数控程序切削和手工切削，切削效果逼真。

（3）进给与补偿：快速移动、直线插补、圆弧插补、暂停功能、半径补偿功能、

长度补偿功能等。

（4）程序自动运行：存储器运行、MDI 运行、进给保持、单段运行、部分程序

段跳过、程序运行编程轨迹线显示与控制、程序运行实际运行轨迹线显示与控制。

（5）显示和设定数据：

POS 位置信息显示，包括绝对坐标值显示与预置、相对坐标值显示、归零和

预置、综合位置信息显示、实时速度显示、操作时间及加工零件数的显示、剩余

移动量显示等。

PROG 程序信息显示，包括程序内容显示与编辑窗口、程序列表显示与自动

更新、程序自动运行检查画面显示、当前程序段画面、下一段程序画面、显示光

标自动跳转等。

<OFFSET>设置信息显示，包括 1-64 号磨损和形状刀补数据显示与设定、指

定刀号的快速检索与定位、相应的刀补数据计算与输入、各工件坐标系的显示、

按工件坐标系号快速检索、指令轴位置的测量、指定工件坐标系的计算与输入、

与绝对坐标相关联等。

3、项目化案例教学与实训

可选择不同的实训项目，一步步演示虚拟加工中心的操作过程，并同步伴随

操作说明。演示过程中，无需任何切换，就可以操作练习，即演示和操作练习可

以随时转换。

（1）台阶轴加工案例教学与实训；

（2）轴类零件加工教学与实训；

（3）轴套加工教学与实训；

（4）螺纹和槽加工教学与实训；

（5）综合零件加工教学与实训；

加工中心虚拟仿真实验步骤

1、加工中心设备观察与认知

（1） 设备观察：虚拟加工中心本体外形尺寸与真实加工中心完全相同，并拥有

高度逼真的外观。表面可见结构、零部件与真实机床一致。

（2）部件认知：引出线将同时显示各部件名称，可根据用户观察视角与设备的

距离自动进行层级显示。鼠标移动到零部件时，自动显示其名称。

其中独立数控面板，操作方式与真实面板高度一致。经专业绘制，精美大方，

与真实面板高度逼近。两种显示模式，一是显示在电脑屏幕上，与机床本体叠放，

并有“全部显示”、“仅显示液晶屏”、“隐藏”三种显示方式。二是放置与移动终

端（如 PAD）上，与机床本体分离。

虚拟刀具、夹具外形尺寸与真实刀具相同，并拥有高度逼真的外观，可操作

的独立手柄，操作方式与真实手柄高度一致。面板经专业绘制，精美大方，与真

实手柄高度逼近。两种显示模式，一是显示在电脑屏幕上，与机床本体叠放。二

是放置与移动终端（如 PAD）上，与机床本体分离。

2、机床操作教学与实验

（1） 切削：利用软件配套提供的各种教学及实训案例，可方便地进行实时的切

削仿真，包括数控程序切削，切削效果逼真。

（2） 进给与补给：快速移动、直线插补、圆弧插补、暂停功能、半径补偿功能、

长度补偿功能等。

（3） 程序自动运行：存储器运行、MDI 运行、进给保持、单段运行、部分程序

段跳过、程序运行编程轨迹线显示与控制、程序运行实际运行轨迹线显示与控制。

（4） 显示和设定数据：

1）POS位置信息显示，包括绝对坐标值显示与预置、相对坐标值显示、归

零和预置、综合位置信息显示、实时速度显示、操作时间及加工零件数的显示、

剩余移动量显示等。

2）PROG程序信息显示，包括程序内容显示与编辑窗口、程序列表显示与自

动更新、程序自动运行检查画面显示、当前程序段画面、下一段程序画面、显示

光标自动跳转等。

3）<OFFSET>设置信息显示，包括 1-400号刀偏数据显示与设定、指定刀号

的快速检索与定位、相应的刀偏数据计算与输入、各工件坐标系的显示、按工件

坐标系号快速检索、指令轴位置的测量、指定工件坐标系的计算与输入、与绝对

坐标相关联等。

3、项目化案例教学与实训

可选择不同的实训项目，一步步演示虚拟加工中心的操作过程，并同步伴随

操作说明。演示过程中，无需任何切换，就可以操作练习，即演示和操作练习可

以随时转换。

（1）动模板模框加工；

（2）开放槽综合案例；

（3）外轮廓综合案例；

（4）钻孔加工案例；

（5）平面铣加工案例；

（6）矩形槽加工案例；

2-8实验结果与结论要求

学生在云平台上完成相应的数控机床、加工中心虚拟仿真实验，完成实验要

求，记录实验数据，给出结果并输出个性化分析报告。同时，达到以下目的：

1、了解数控车床机械组成部分零件及结构组成

2、通过数控车床机床操作，了解数控车床程序编辑与管理、切削、进给与

补偿、程序自动/手动运行、显示与设定数据等步骤。

3、通过数控车床的操作流程，掌握台阶轴加工、轴类零件加工、轴套加工、

螺纹和槽加工、综合零件加工等技能。

4、了解加工中心机床机械组成部分零件及结构组成

5、掌握加工中心机床操作，如切削、进给与补给、程序自动运行、显示和

设定数据。

6、通过数控车床的操作流程，掌握动模板模框加工、开放槽综合、外轮廓

综合、钻孔加工、平面铣加工、矩形槽加工等技能；

7、培养良好的操作规范和安全意识，技能训练与养成教育并重，有效保障

实训安全。

2-9考核要求

要求能够掌握数控车床、加工中心的组成、作用与原理，了解数控车床台阶

轴加工、轴类零件加工、轴套加工、螺纹与槽加工、综合零件加工；加工中心基

本操作及动模板模框加工、开放槽综合、外轮廓综合、钻孔加工、平面铣加工、

矩形槽加工，能完成实验的基本步骤，准确记录实验数据，实验数据处理过程正

确，能够用实验的基本理论与数据对实验结论加以说明。

考核方式：云平台打开后，切换到考试功能时，系统会弹出输入窗口要求用

户输入姓名和学号。在输入完信息后，则进入考试界面。根据用户的当前操作对

其进行打分。

并且软件提供行为监控（养成教育），可在实训全程自动实施监控，及时发

现、提醒和制止不良操作行为，从而培养良好的操作规范和安全意识，技能训练

与养成教育并重，有效保障实训安全。例如数控车床虚拟仿真软件中被监控的行

为包括：未打开 NC电源时操作面板提示警告、急停状态下操作报警、代码编译

错误时报警、数控程序运行时超程报警、手动启动主轴时判断是否在 JOG或者

MPG手轮模式、手动夹紧卡盘时判断是否为 JOG或 MPJ模式、手动换刀时判断是

否在 JOG 或 MPJ 模式、工件未夹紧开启主轴报警、主轴旋转时更换毛坯报警、毛

坯尺寸超出限定范围报警、机床锁住运行完未回零报警、机床部件发生碰撞报警

等等。加工中心虚拟仿真软件中被监控的行为包括：未打开 NC电源时选择移动

各轴时报警、换刀时移动主轴报警、主轴运行时换刀报警、手动换刀时流程为完

成而跳转到其他功能时报警、程序中含有、代码编译时报警、数控程序运行时超

程报警、手动启动主轴时判断是否在 JOG 或者、PG手轮模式、数控程序运行时，

更改装夹方式报警、毛坯尺寸超出限定范围报警、机床锁住运行完未回零报警。

考核项与分数：

数控车床虚拟仿真软件：

1. 台阶轴加工（共 160 分）

操作说明 分数占比

打开电源 5

松开急停按钮 5

X轴回零 10

Z轴回零 10

毛坯装夹 15

刀具装夹 15

X轴对刀 30

Z轴对刀 30

程序加载（1号程序） 10

关闭机床门 10

自动运行切削 10

按下急停按钮 5

关闭电源 5

2. 螺纹轴加工（共 295 分）

操作说明 分数占比

打开电源 5

松开急停按钮 5

X轴回零 10

Z轴回零 10

毛坯装夹 15

1号刀位刀具装夹 10

2号刀位刀具装夹 10

3号刀位刀具装夹 10

1号刀 X轴对刀 30

1号刀 Z轴对刀 30

2号刀 X轴对刀 30

2号刀 Z轴对刀 30

3号刀 X轴对刀 30

3号刀 Z轴对刀 30

程序加载（2号程序） 10

关闭机床门 5

自动运行切削 15

按下急停按钮 5

关闭电源 5

3. 轴套加工（共 205 分）

操作说明 分数占比

打开电源 5

松开急停按钮 5

X轴回零 10

Z轴回零 10

毛坯装夹 15

中心钻装夹 5

钻中心孔 20

Φ16钻头装夹 5

钻Φ16孔 20

刀架刀具装夹 10

X轴对刀 30

Z轴对刀 30

程序加载（3号程序） 10

关闭机床门 5

自动运行切削 15

按下急停按钮 5

关闭电源 5

4. 螺纹与槽加工（共 295 分）

操作说明 分数占比

打开电源 5

松开急停按钮 5

X 轴回零 10

Z 轴回零 10

毛坯装夹 15

1号刀位刀具装夹 10

2号刀位刀具装夹 10

3号刀位刀具装夹 10

1号刀 X轴对刀 30

1号刀 Z轴对刀 30

2号刀 X轴对刀 30

2号刀 Z轴对刀 30

3号刀 X轴对刀 30

3号刀 Z轴对刀 30

程序加载（2号程序） 10

关闭机床门 5

自动运行切削 15

按下急停按钮 5

关闭电源 5

5. 综合零件加工（共 660 分）

操作说明 分数占比

打开电源 5

松开急停按钮 5

X轴回零 10

Z轴回零 10

毛坯装夹 20

1号刀位刀具装夹 20

2号刀位刀具装夹 20

1号刀第一次 X轴对刀 40

1号刀第一次 Z轴对刀 40

2号刀第一次 X轴对刀 40

2号刀第一次 Z轴对刀 40

第一次程序加载（5号程序） 15

第一次关闭机床门 5

第一次自动运行切削 20

毛坯掉头装夹 20

车削端面至尺寸 40

3号刀位刀具装夹 20

1号刀第二次 X轴对刀 40

1号刀第二次 Z轴对刀 40

2号刀第二次 X轴对刀 40

2号刀第二次 Z轴对刀 40

3号刀第二次 X轴对刀 40

4号刀第二次 Z轴对刀 40

第二次程序加载（6号程序） 15

第二次关闭机床门 5

第二次自动运行切削 20

按下急停按钮 5

关闭电源 5

加工中心虚拟仿真软件

1. 动模板模框加工（共 350 分）

操作说明 分数占比

X轴回零 10

Y轴回零 10

Z轴回零 10

直接装夹 10

加载毛坯 10

选择 3号或 4号刀具 10

X轴对刀 30

Y轴对刀 30

关闭机床舱门 10

换 1号刀具 10

1号刀具 Z轴对刀 20

选择 1号程序 10

开始 1号程序钻中心孔加工 10

换 2号刀具 10

2号刀具 Z轴对刀 20

选择 2号程序 10

开始 2号程序钻孔加工 10

换 3号刀具 10

3号刀具 Z轴对刀 10

选择 3号程序 20

开始 3号程序粗铣侧面加工 10

换 4号刀具 10

4号刀具 Z轴对刀 20

选择 4号程序 10

开始 4号程序精铣侧面加工 10

选择 5号程序 10

开始 5号程序精铣底面加工 10

2. 开放槽综合案例（共 260 分）

操作说明 分数占比

X轴回零 10

Y轴回零 10

Z轴回零 10

平口钳装夹 10

加载毛坯 10

选择 1号刀具 10

X轴对刀 30

Y轴对刀 30

1 号刀具 Z轴长度补偿设定 20

换 2号刀具 10

2 号刀具 Z轴长度补偿设定 20

换 3号刀具 10

3 号刀具 Z轴长度补偿设定 20

1号刀具半径补偿设置 20

关闭机床舱门 10

选择 1号程序 10

开始加工 20

3. 外轮廓综合案例（共 210 分）

操作说明 分数占比

X 轴回零 10

Y 轴回零 10

Z 轴回零 10

平口钳装夹 10

加载毛坯 10

选择 1号刀具 10

X 轴对刀 30

Y 轴对刀 30

Z 轴对刀 30

1 号刀具半径补偿设置 20

关闭机床舱门 10

选择 1号程序 10

开始加工 20

4. 钻孔加工案例（共 200 分）

操作说明 分数占比

X 轴回零 10

Y 轴回零 10

Z 轴回零 10

平口钳装夹 10

加载毛坯 10

选择 1号刀具 10

X 轴对刀 30

Y 轴对刀 30

选择 2号刀具 10

Z 轴对刀 30

关闭机床舱门 10

选择 1号程序 10

开始加工 20

5. 平面铣加工案例（共 190 分）

操作说明 分数占比

X轴回零 10

Y轴回零 10

Z轴回零 10

平口钳装夹 10

加载毛坯 10

选择 1号刀具 10

X轴对刀 30

Y轴对刀 30

Z轴对刀 30

关闭机床舱门 10

选择 1号程序 10

开始加工 20

6. 矩形槽加工案例（共 190 分）

操作说明 分数占比

X轴回零 10

Y轴回零 10

Z轴回零 10

平口钳装夹 10

加载毛坯 10

选择 1号刀具 10

X轴对刀 30

Y轴对刀 30

Z轴对刀 30

关闭机床舱门 10

选择 1号程序 10

开始加工 20

2-10面向学生要求

（1） 专业与年级要求

大二或大三机械类学生

（2） 基本知识和能力要求等

具备机械制图、机械原理等理论知识

3.实验教学项目相关网络要求描述

3-1有效链接网址

http://jxlab.zstu.edu.cn/

（进入首页后，选择“虚拟实验”栏目-点击下拉菜单“实验操作”，按照网页上

实验流程说明：点击“实验登录入口”，输入登录用户名 zjlg001，密码 123456，

进入云平台；下载客户端软件，启动后输入账号 nov,密码 00011000 进入实验）

3-2网络条件要求

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）4MB

（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）80

3-3用户操作系统要求（如 Windows、Unix、IOS、Android等）

（1） 计算机操作系统和版本要求

WINDOWS XP，WINDOWS 7，WINDOWS 8，Unix等操作系统

（2） 其它计算终端操作系统和版本要求 无

3-4用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）

（1） 计算机非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服务）

IE（8.0 以上）、火狐浏览器 55.0以上、Chrome浏览器 61.0 以上

（2） 其它计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载

服务）

DirectX 9.0\Microsoft.NET Framework 4.0\Microsoft Visual C++ 2005

运行库。（可在网站上下载）

3-5用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）

（1） 计算机硬件配置要求

CPU intel i3 6100 \内存 4GB DDR3\硬盘 1TB\集成显卡

其它计算终端硬件配置要求

无

3-6用户特殊外置硬件要求（如可穿戴设备等）

（1）计算机特殊外置硬件要求 无

（2）其它计算终端特殊外置硬件要求 无

4.实验教学项目技术架构及主要研发技术

指标 内容

系统架构图及简要说明

实验教

学项目

开发技术

（如：3D仿真、VR技术、

AR技术、动画技术、WebGL

技术、OpenGL技术等）

3D 仿真、VR技术

开发工具

（如：Unity3d、Virtools、

Cult3D、Visual Studio、

Adobe Flash、百度 VR内容

展示 SDK 等）

Unity3D、万维引擎、Visual Studio、

MonoDevelop、3DMax 等

管理

平台

开发语言

（如：JAVA、.Net、PHP等）

C#、.Net

开发工具

（如：Eclipse、Visual

Studio、NetBeans、百度

VR课堂 SDK等）

Visual Studio、MonoDevelop

采用的数据库

（如：Mysql、SQL Server、

Oracle 等）

Excel Odbc

5.实验教学项目特色

（运用信息技术开展教学理念、教学内容、教学方式方法、开放运行、评价体系

等方面的特色情况介绍，不超过 800字。）

当今院校的机械专业教育面临着时代、技术和生源的变化，教学迫切地面临

转变，机械专业教育的内容、技术、教学模式需要重新思考与定义。面对当前功

能单一，模式陈旧，实验实训成本高、占地大、难开展、受限制，和学生安全性

等教学现状，该项目提出如下理念：改革传统教学实验方法，以技术驱动教学变

革。

虚拟现实软件采用“虚拟现实”等先进的技术理念和技术手段，基于真实的

实训环境，真实的实训设备，真实的实训任务和真实的实训流程构建集虚拟仿真

软件，作为“理、虚、实”一体化的教学与实训系统，可完成机械专业数控车床、

加工中心的全方位教学与实训任务。

教学模式更加新颖有效。通过云平台，教师会在课前发布学习任务，学生接

收到通知后，完成个性化学习；教师在课堂中，则着重解决学生的问题，进行交

流拓展、个性指导、习题讲解、真实项目方案的分析、随堂测验及其他创新的课

堂教学方式。学生则在课前利用虚拟仿真软件以第一视角的体验，进行数控车床、

加工中心的教学与实训。进行教学环节后，学生可进入升级闯关的考核模式，这

使虚拟仿真软件达到“好看、好玩、好用”的品质标准，真正实现寓教于乐的教

学目标。

同时软件将对学生的操作痕迹（如是否按照实验步骤操作、是否符合操作规

范）等进行形成性评价。综合实验结果与实验要求，学生实训流程、技能操作，

软件中的游戏闯关成绩等各因素，形成综合成绩，成绩在 60 分以上为合格。

6.实验教学项目持续建设服务计划

（本实验教学项目今后 5年继续向高校和社会开放服务计划，包括面向高校的教

学应用计划、持续建设与更新、持续提供教学服务计划等，不超过 600字。）

申报的虚拟仿真实验将主要承担机械设计制造及其自动化等8个专业的实验

教学任务，同时可满足近机械类相关专业的实践教学的需要，实验项目具有网络

化的实验教学和实验管理信息平台，可网上预约实验，为学生创造了一个良好的

实验实践环境。本项目建设目标明确、任务具体，采用边建设、边运行的方式，

学校十分重视该项目的建设，在人员配备、资金配套、场地落实等方面给予了很

大的支持。

项目下一步要实现的计划是：

（1）扩充其他数控加工设备的虚拟仿真实验平台系统

通过前期学生、教师对该系统的应用过程中提出的相关意见建议，扩充其他

数控加工设备，如数控铣床、线切割等设备的虚拟仿真实验平台，使其更利于数

控加工设备的虚拟实验教学。

（2）集合相关学科力量，实现“跨越式共享”学科大基地

在高等教育资源相对紧缺的条件下，打破隔阂，在全校范围内乃至跨校重组

优化、构建 “跨越式共享”学科大基地：即“跨方向、跨专业、跨学科”的跨

越式共享。今后随着项目的持续建设，我们将借助校园网络平台，进一步扩大共

享范围，促进学科的交叉、融合。

（3）利用公共平台服务公众，提升共享资源的利用效率

在校内共享的基础上，计划下一步将教学科研公用物质资源适当安置于公共

服务机构，如通过省精品课程网站、国家级精品资源共享课程等共享平台，向校

外全方位、全天候开放。采用专人负责制，实现对外企业、院校、个人有偿或免

费使用虚拟网络教学平台或虚拟仿真实验，扩大公用资源的规模经济性。

7.诚信承诺

本人承诺上述材料真实有效。

实验教学项目负责人（签字）：

年 月 日

8.申报学校承诺意见

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示，并审核

实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教学纪律要

求等。经评审评价，现择优申报。

本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“国家虚拟仿真实验教学项目”，学校承

诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放并提供教学服务不少于 5

年，支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。

（其它需要说明的意见。）

主管校领导（签字）：

（学校公章）

年 月 日