數(shù)控教學中數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用

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摘要：隨著國家對制造業(yè)的重視，數(shù)控技能型人才在制造業(yè)中的作用越來越突顯，數(shù)控技術(shù)課程是培養(yǎng)數(shù)控技能型人才的核心課程。數(shù)控理論知識內(nèi)容抽象，數(shù)據(jù)機床操作實踐性強，初學者不易上手，而數(shù)控仿真軟件能有機地把數(shù)控理論知識和實踐操作結(jié)合起來，提高數(shù)控課程教學效果和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：數(shù)控仿真軟件；數(shù)控教學；應(yīng)用

引言

隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出，我國越來越重視制造業(yè)，而數(shù)控加工在制造業(yè)中占據(jù)著重要地位，制造業(yè)的快速發(fā)展，伴隨著數(shù)控加工類專業(yè)技能人才需求也增大，如何培養(yǎng)同時掌握數(shù)控編程理論知識和操作技術(shù)的技能型人才，是廣大高校需要解決的主要問題?！稊?shù)控技術(shù)》是機械類各專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程內(nèi)容知識點較抽象，需要具備較強的科學思維，且數(shù)控設(shè)備價格昂貴，數(shù)量有限。僅通過理論教學后去操作數(shù)控機床，學生很難快速入手。而數(shù)控加工仿真軟件能很好地把理論知識和實踐操作兩個環(huán)節(jié)有機地結(jié)合起來，既能提高學生的感官認識，還能提升其學習的主動性和積極性，同時也解決了數(shù)控設(shè)備短缺的問題。

1傳統(tǒng)數(shù)控教學的優(yōu)勢與弊端

在理論教學課堂上，涉及數(shù)控機床組成和操作時，教師很難透徹地講解其中要點，學生也只能憑借想象來理解，而且數(shù)控理論知識點比較抽象，學生也很難掌握。實踐操作時，學生必須在真實數(shù)控機床上操作，教師需要先帶領(lǐng)學生回顧一遍理論知識，才能講解數(shù)控機床操作要領(lǐng)，造成教學資源的浪費。數(shù)控機床由于價格昂貴，各大院校數(shù)控設(shè)備數(shù)量有限，很難保證每個學生能有足夠的實際操作機床的時間。其次，數(shù)控機床操作具有一定的危險性，學生剛學完理論知識直接操作數(shù)控機床容易造成誤操作，或者編程過程中欠考慮均會導致設(shè)備、刀具等的損壞，嚴重的會造成人身傷害。而數(shù)控仿真軟件有效地解決了這些問題，理論學習的過程中加入數(shù)控仿真操作的練習，既能讓學生熟悉數(shù)控機床的基本操作，也能讓學生在數(shù)控機床上加工實物之前通過仿真軟件先驗證，提高零件加工的成功率。同時也提高了學生對數(shù)控課程的學習興趣，加深了對數(shù)控理論知識的理解，提高了學生對不同數(shù)控系統(tǒng)、不同數(shù)控機床的適應(yīng)能力。

2數(shù)控仿真軟件

數(shù)控仿真軟件是利用計算機技術(shù)，將數(shù)控機床的操作和加工過程以三維或二維圖形形式動態(tài)顯示出來的軟件。傳統(tǒng)的數(shù)控教學課程中，只能在數(shù)控實驗室或?qū)嵙暭庸S才能完成數(shù)控加工演示教學，而數(shù)控仿真軟件可以在教室和機房演示數(shù)控機床的編程、對刀和加工等過程，使教學形式更加靈活。目前使用較多的數(shù)控仿真系統(tǒng)中，有美國CGTech公司的VERICUT、德國凱勒公司的SYMPLUSCNC、日本Sony公司的FREDAM、英國Delcam公司的PowerMILL和法國Delmia公司的VNC等[1]。我國從上世紀90年代也開始發(fā)展數(shù)控仿真技術(shù)，目前較成熟的有南京斯沃、上海宇龍、北京斐克、廣州超軟等數(shù)控加工仿真軟件[2]，這些軟件都是以計算機為平臺，以二維或三維顯示的方式模擬數(shù)控機床真實的操作和加工過程。數(shù)控仿真軟件具有以下特點：一套軟件系統(tǒng)可以全面模擬多種數(shù)控系統(tǒng)的所有機床操作和加工過程，包括機床設(shè)定、毛坯定義、刀具準備、尺寸測量、代碼輸入和面板操作等。不需要投入原材料，且操作安全可靠，對計算機的配置要求低，并可以借助網(wǎng)絡(luò)搭建交流平臺，為師生提供良好的交互空間等。

3數(shù)控仿真軟件在教學中的作用

3.1結(jié)合理論學習和實踐操作，提高了教學效果

數(shù)控技術(shù)課程實踐性強，許多知識點需要實際操作才能理解其中要點。如數(shù)控車床的G71外圓粗車循環(huán)指令，該指令所含代碼較多，要對加工區(qū)域重復性進刀和退刀，在傳統(tǒng)的教學方式中，僅用板書和講解，很難讓學生理解刀具的運動軌跡。利用數(shù)控仿真軟件一邊講解一邊演示，學生能清楚地看到機床操作步驟及走刀軌跡，很容易就能理解該指令各代碼的含義。隨后學生再獨立操作數(shù)控仿真軟件加深對該指令要點的掌握。在掌握知識要領(lǐng)的基礎(chǔ)上，再去操作數(shù)控機床，很容易就能入手并熟練操作。

3.2彌補了數(shù)控設(shè)備不足，節(jié)約了教學經(jīng)費

數(shù)控機床價格昂貴，一臺數(shù)控機床少則幾萬到幾十萬，多則幾百至幾千萬[3]，且數(shù)控操作系統(tǒng)種類較多，很難實現(xiàn)1~2名學生獨立操作1臺機床，且教師資源有限，無法同時指導多臺數(shù)控機床的操作。而數(shù)控仿真軟件對計算機配置要求低，同時支持多種計算機操作系統(tǒng)，很容易實現(xiàn)學生人手一機，使每個學生有足夠的學習時間，通過軟件模擬操作，熟悉數(shù)控機床控制面板操作，掌握各數(shù)控指令要領(lǐng)，同時減少了加工材料和能源的消耗，降低了教學成本。3.3提高了學習積極性和操作安全性數(shù)控課程內(nèi)容知識點抽象，傳統(tǒng)教學過程枯燥，學生不易理解和掌握，且學生依照課本所編的數(shù)控加工程序錯誤較多，自己卻很難發(fā)現(xiàn)，教師批改過程中也有發(fā)現(xiàn)不了的錯誤，學生拿著存在錯誤的程序去加工，很容易造成事故[4]。而數(shù)控仿真軟件能真實模擬機床控制面板操作和零件加工過程，學生所編的數(shù)控加工程序能及時在仿真軟件中進行驗證并糾錯。驗證成功的加工程序再使用數(shù)控機床加工，提高了零件加工成功率，激發(fā)了學生學習自信心，提高了學習積極性。

3.4方便授課，優(yōu)化了教學環(huán)節(jié)

數(shù)控仿真軟件可以借助網(wǎng)絡(luò)搭建師生交流平臺，為師生提供良好的交互空間[5]，實現(xiàn)互動教學，學生可以在屏幕上觀看教師演示教學內(nèi)容，教師也可以通過屏幕查看學生的操作過程，并及時地糾錯及指導。同時平臺還能布置及提交作業(yè)和測試等，實現(xiàn)答卷保存、評分和試卷分析等，輕松實現(xiàn)無紙化考核與測評，避免了教師判卷過程中的人為誤判。

4應(yīng)用數(shù)控仿真軟件存在的問題及解決方法

數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用豐富并優(yōu)化了數(shù)控課程教學過程，同時也帶來了一些問題。數(shù)控仿真軟件只能模擬數(shù)控加工過程，與實際的加工過程存在一定的差別，無法替代學生在實際加工中的真實感受。在模擬過程中加工參數(shù)可以隨意設(shè)置，只要加工程序正確，結(jié)果都沒問題。但在實際加工過程中，加工參數(shù)的設(shè)置對零件的加工質(zhì)量和機床的安全至關(guān)重要。因此，數(shù)控教學不能過度的依賴仿真，仿真僅作為知識點的講解演示和學生在實際操作機床之前的初步練習，以掌握基礎(chǔ)知識為準。同時注重學生對機械加工工藝基礎(chǔ)知識的掌握，在學生熟悉各種機床的操作方法、加工過程、進給速度和切削用量等要點的基礎(chǔ)上，再結(jié)合數(shù)控仿真軟件就能更容易學習和理解數(shù)控加工的各個步驟和環(huán)節(jié)，并與實際加工結(jié)合起來。

5總結(jié)

隨著計算機圖形技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控仿真軟件越來越能逼真地模擬數(shù)控機床加工過程，但仍與實際加工存在一定區(qū)別，數(shù)控仿真只能補充和完善數(shù)控教學，不能完全替代實踐操作訓練。只有讓數(shù)控仿真軟件在教學過程中得到合理、科學、有效地運用，并在教學過程中不斷思考并優(yōu)化教學環(huán)節(jié)，將仿真與理論知識和實際操作有機地結(jié)合起來，才能真正提高教學質(zhì)量，達到理想的教學效果。

參考文獻：

[1]鄧遵義，李攀峰.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學中的應(yīng)用淺析[J].中國電力教育，2010（06）:81-82.

[2]朱同波.數(shù)控仿真系統(tǒng)在實踐教學中的應(yīng)用[J].機電工程技術(shù)，2014，43（12）:61-65.

[3]劉才志.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學中的應(yīng)用之思考[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2008（02）:136-138.

[4]潘應(yīng)暉.數(shù)控仿真軟件教學應(yīng)用探討[J].武夷學院學報，2011，30（02）:81-84.

[5]李輝.在數(shù)控教學中數(shù)控仿真軟件的運用研究[J].課程教育研究，2018（38）:246.

作者：王龍 胡燦 郭文松 賀小偉 丁羽 劉媛媛 單位：塔里木大學機械電氣化工程學院