數控教學中數控仿真軟件的應用

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摘要：隨著國家對制造業的重視，數控技能型人才在制造業中的作用越來越突顯，數控技術課程是培養數控技能型人才的核心課程。數控理論知識內容抽象，數據機床操作實踐性強，初學者不易上手，而數控仿真軟件能有機地把數控理論知識和實踐操作結合起來，提高數控課程教學效果和質量。

關鍵詞：數控仿真軟件；數控教學；應用

引言

隨著“中國制造2025”戰略的提出，我國越來越重視制造業，而數控加工在制造業中占據著重要地位，制造業的快速發展，伴隨著數控加工類專業技能人才需求也增大，如何培養同時掌握數控編程理論知識和操作技術的技能型人才，是廣大高校需要解決的主要問題。《數控技術》是機械類各專業的一門主要專業基礎課，該課程內容知識點較抽象，需要具備較強的科學思維，且數控設備價格昂貴，數量有限。僅通過理論教學后去操作數控機床，學生很難快速入手。而數控加工仿真軟件能很好地把理論知識和實踐操作兩個環節有機地結合起來，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，同時也解決了數控設備短缺的問題。

1傳統數控教學的優勢與弊端

在理論教學課堂上，涉及數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，學生必須在真實數控機床上操作，教師需要先帶領學生回顧一遍理論知識，才能講解數控機床操作要領，造成教學資源的浪費。數控機床由于價格昂貴，各大院校數控設備數量有限，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備、刀具等的損壞，嚴重的會造成人身傷害。而數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控仿真操作的練習，既能讓學生熟悉數控機床的基本操作，也能讓學生在數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控課程的學習興趣，加深了對數控理論知識的理解，提高了學生對不同數控系統、不同數控機床的適應能力。

2數控仿真軟件

數控仿真軟件是利用計算機技術，將數控機床的操作和加工過程以三維或二維圖形形式動態顯示出來的軟件。傳統的數控教學課程中，只能在數控實驗室或實習加工廠才能完成數控加工演示教學，而數控仿真軟件可以在教室和機房演示數控機床的編程、對刀和加工等過程，使教學形式更加靈活。目前使用較多的數控仿真系統中，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年代也開始發展數控仿真技術，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控機床真實的操作和加工過程。數控仿真軟件具有以下特點：一套軟件系統可以全面模擬多種數控系統的所有機床操作和加工過程，包括機床設定、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，并可以借助網絡搭建交流平臺，為師生提供良好的交互空間等。

3數控仿真軟件在教學中的作用

3.1結合理論學習和實踐操作，提高了教學效果

數控技術課程實踐性強，許多知識點需要實際操作才能理解其中要點。如數控車床的G71外圓粗車循環指令，該指令所含代碼較多，要對加工區域重復性進刀和退刀，在傳統的教學方式中，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控仿真軟件加深對該指令要點的掌握。在掌握知識要領的基礎上，再去操作數控機床，很容易就能入手并熟練操作。

3.2彌補了數控設備不足，節約了教學經費

數控機床價格昂貴，一臺數控機床少則幾萬到幾十萬，多則幾百至幾千萬[3]，且數控操作系統種類較多，很難實現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控機床的操作。而數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，很容易實現學生人手一機，使每個學生有足夠的學習時間，通過軟件模擬操作，熟悉數控機床控制面板操作，掌握各數控指令要領，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控課程內容知識點抽象，傳統教學過程枯燥，學生不易理解和掌握，且學生依照課本所編的數控加工程序錯誤較多，自己卻很難發現，教師批改過程中也有發現不了的錯誤，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控機床加工，提高了零件加工成功率，激發了學生學習自信心，提高了學習積極性。

3.4方便授課，優化了教學環節

數控仿真軟件可以借助網絡搭建師生交流平臺，為師生提供良好的交互空間[5]，實現互動教學，學生可以在屏幕上觀看教師演示教學內容，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和測試等，實現答卷保存、評分和試卷分析等，輕松實現無紙化考核與測評，避免了教師判卷過程中的人為誤判。

4應用數控仿真軟件存在的問題及解決方法

數控仿真軟件的應用豐富并優化了數控課程教學過程，同時也帶來了一些問題。數控仿真軟件只能模擬數控加工過程，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可以隨意設置，只要加工程序正確，結果都沒問題。但在實際加工過程中，加工參數的設置對零件的加工質量和機床的安全至關重要。因此，數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，以掌握基礎知識為準。同時注重學生對機械加工工藝基礎知識的掌握，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上，再結合數控仿真軟件就能更容易學習和理解數控加工的各個步驟和環節，并與實際加工結合起來。

5總結

隨著計算機圖形技術的發展，數控仿真軟件越來越能逼真地模擬數控機床加工過程，但仍與實際加工存在一定區別，數控仿真只能補充和完善數控教學，不能完全替代實踐操作訓練。只有讓數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化教學環節，將仿真與理論知識和實際操作有機地結合起來，才能真正提高教學質量，達到理想的教學效果。

參考文獻：

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

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

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

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

[5]李輝.在數控教學中數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