数控加工仿真系统在数控技术教学中的应用探讨*

黄 祥

(安徽国防科技职业学院机械工程系，安徽 六安 237011)

数控技术广泛应用于机械制造业，数控人才已成为社会上的热门人才.高职院校作为培养数控技术应用性人才的主阵地，以不断扩大数控技术专业招生规模，来满足社会对人才的需求，但在数控设备数量相对不足的状况下，给专业教学尤其是实训教学带来比较大的压力，如何缓解学生人数多与实训设备少的矛盾，保证数控技术专业学生的教学质量，是当前各院校迫切需要解决的问题［1］.实践证明，采用数控加工仿真系统辅助教学，是一条有效的途径.

随着计算机技术的发展，尤其是虚拟技术的发展，产生了可以模拟实际设备加工状态的数控加工仿真系统，且具备调试、编辑、修改和跟踪执行等功能，在安全、可靠的情境下，能快速提高学习者对数控技术的认识与掌握程度.

1 仿真系统的教学适应性

数控加工仿真系统能够演示数控车床、数控铣床和加工中心对零件加工的全过程［2］，其中主要包括毛坯选择、工件装夹、夹具刀具定义与选用、刀具安装与对刀、机床手动操作、测量和碰撞检测、数控程序输入与处理功能等，还具有考试、互动教学、自动评分和记录回放功能，仿真系统具有多系统、多机床、多零件的特点，可对机床操作过程实现全仿真，并能借助相关软件开发多轴机床的仿真加工，进一步扩展数控机床加工仿真的范围，就教学而言，仿真系统具有较强的适应性，对提高数控课程教学效果具有积极的促进作用.

2 仿真在教学中的作用

在数控课程的教学中，“学做一体”是最有效的教学形式.如果仅在黑板上去讲数控机床编程与操作，学生无法真正掌握，在实训室进行数控课程教学，又受到机床数量的限制，尤其在实训初期学生对设备不熟悉，误操作会导致设备的损坏，甚至是人身伤害事故，存在较大的安全隐患.通过仿真系统辅助教学，可以起到以下作用.

2.1 激发学生兴趣，增强学习主动性

使用数控加工仿真系统，学生可将所编程序输入系统中，直接完成程序编写的正误检查、干涉检查等功能，并进行数控加工的过程演示;仿真系统上机床的操作和零件的加工过程，与在真实机床上的操作程序基本一致，有利于学生对实际操作的学习和掌握;学生可以通过“旋转”功能，从任意角度观察数控机床的运行，毛坯加工成为成品的过程直观形象;应用数控加工仿真系统，便于在教学中运用“任务驱动”、“项目导向”等多种教学方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，体现学生主体地位，在理论讲授时，适时结合仿真教学，激发学生学习兴趣［3］，有效提高学习主动性.

2.2 提供良好运行平台，保障安全可靠性

随着企业数控化率的不断提高，对数控方面人才的需求量在不断增加，对人才质量与规格要求越来越高，数控机床是一种新型的机电一体化设备，它具备“高速、高效、高精度”的特点，在实训教学时，直接让学生在数控机床上操作，可能会出现撞刀、过切等干涉现象，造成设备、人身危害.把仿真系统引入到教学中，通过对干涉现象的排查，纠正错误程序，可完全避免实际操作中出现的事故，同时随着学生人数的增多，可以通过计算机的大量配置，使每位学生有足够的仿真实训时间，彻底解决数控机床数量不足的问题，较好地达到实训效果，这样也减少了实习材料和能源的消耗，节约实习教学成本，因此，数控加工仿真系统是数控实习前一种较好的训练手段，保障实习教学的安全与低耗.

2.3 理实联系实际，提高教学实效性

数控加工技术系列课程的教学模式，如果以课堂理论讲授为主，不利于学生对数控程序的理解，在黑板上讲“按键”的作用与机床的操作，谈不上对数控操作技能的掌握，理论与实践教学效果都很差.如果把数控仿真教学引入教学中，学生可以将所编程序输入仿真系统中，演示零件的加工过程，如果程序编写错误，就能在教学现场及时发现，仿真软件对零件的加工操作流程与实际机床相同，使学生对程序指令及机床实际操作就更加熟悉，这不但有利于提高数控理论教学效果，更有助于学生编程能力的提高，也为以后的实际操作奠定良好的基础，学生在进行实际编程与加工时更易上手.

3 仿真教学的实施

根据教学需要把理论教学与仿真、实训有机融合，让学生在学习理论知识的同时，边仿真、边操作，对数控加工有更直观认识，可以促进专业课程的学习.作为教学的一部分，与实训教学结合，在操作机床之前，学生先进行数控加工仿真教学，能对所编程序的准确性进行检查，检验加工工艺的合理性，并能提高学生对机床操作的熟悉程度等，对保证实训效果与实训安全起到良好作用.

3.1 仿真教学的安排

《数控加工编程与操作》是一门实践性很强的课程，在教学前应合理安排理论教学、仿真教学与实训教学的课时比例，确定教学的主要内容等，见表1.在课堂教学中应重点解决编程方法和编程中的工艺问题，这也是对以后实习所做的必要的知识铺垫.学生利用数控加工系统主要进行程序的输入、校验等训练，同时让学生了解不同系统、不同机床的操作方式等，让学生贴近真实实训环境，并培养独立解决实际问题的能力，在后续的实训教学中，能更快、更好地掌握操作技能.

表1 理论教学、仿真教学与实训教学内容与学时安排

3.2 运用“任务驱动”教学法

应用数控加工仿真系统辅助教学，目的是让学生熟悉数控机床工程面板与按键功能、验证工艺合理性和检测数控程序正误等，并为学生“生产性”实训做好前期准备，以真正提高学生的职业能力.因此在进行仿真实训时，适宜采用“任务驱动”教学法.教师在做仿真实训教学之前，从相关企业获取真实零件的图纸，根据教学内容和要达到的教学目的，首先简要做好工艺分析，布置编程与仿真加工等任务，让学生在课下通过查阅资料、相互讨论的方式，完成工艺参数的选择、数控加工程序的编制等工作，仿真实训时按工件实际加工工序完成:选择机床和数控系统、安装毛坯与刀具、对刀与校验、输入程序与仿真加工、零件检测等，最终实现一个工件或是工件中一部分工序的仿真加工.在仿真教学过程中，教师要指导学生完成纠正错误程序、简化程序结构、优化走刀路径等教学环节［4］，以进一步提升学生数控编程与加工的能力.在仿真结束后，教师应根据学生的仿真情况，针对性地作出评价，主要是指出工艺分析和编程中存在的问题和错误，增强学生分析问题和解决问题的能力.

4 仿真对实训教学影响

学生在实训前通过数控加工仿真教学，认识机床结构与工作原理，如“x、y、z、u、v、w”轴的运动、行程范围以及其它部件的工作情况等;利用手动方式输入程序，驱动机床运动，全面了解数控机床的加工过程;通过编程与输入操作，对碰撞、干涉、加工失效等信息进行检查，掌握工件从安装至加工完成的整个流程，并利用虚拟测量器具对工件进行测量，最终生产出一个虚拟的产品［5］.通过仿真实训，学生对使用真实机床已有全面的认识，在进行实训教学时，减轻学生实际加工的心理负担，克服对机床的畏惧心理，保证实训安全.仿真后有效缩短学生对机床的认识时间，同时学生对简单零件的加工上手快，可以有更多的时间进行复杂零件的编程与加工实训，提高实训效率，进一步提升学生的数控技术水平.

5 结论

数控加工仿真系统具有逼真反映机床加工过程的功能，在数控课程教学中，利用仿真软件辅助教学，在很大程度上，解决学生人数多与实训设备少的矛盾.采用“任务驱动”教学法，摆脱纯粹的理论讲授，培养了学生的学习兴趣.把理论、仿真和数控实训有机融合，让学生在安全的平台上，先期熟悉数控机床工程面板和按键功能，认识机床结构，掌握数控加工流程等，对学生实训起到积极的作用，有利于学生操作能力的增强，显著提高数控课程教学效果.

［1］王海根，程国标，方珠芳.数控加工技术课程实践教学的探索［J］.实验技术与管理，2008，25(2):92－94.

［2］陈为国.虚拟仿真技术在数控加工编程教学中应用研究［J］.制造业自动化，2009，31(6):106 －109.

［3］潘应晖.数控仿真软件教学应用探讨［J］.武夷学院学报，2011，30(2):81－83.

［4］王云平.数控加工在传统制造业中的作用［J］.陕西师范大学学报:自然科学版，2007，(S2):138 －139.

［5］王亚辉，赵冬晗.一种典型零件的数控铣削仿真加工［J］.机床与液压，2009，37(8):235 －237.