虚拟数控机床在数控维修教学中的应用分析

周雄强

摘 要：高等职业教育技能型紧缺人才培养培训工程系列教材：《数控机床》是目前我国高等职业教育机构培训技能型紧缺人才的重要教材。然而，由于数控机床属于高精密仪器，数控维修教学中学生无法全面掌握相关知识点，使得教学工作未能够取得理想的效果。虚拟数控机床的出现给数控维修教学带来了全新的曙光。本文将着重从课堂辅助教学、虚拟装拆、虚拟电气连接、故障诊断4方面展开研究，探寻虚拟数控机床在数控维修教学中的应用价值。

关键词：虚拟数控机床 数控维修教学 应用

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0250-02

随着科学技术的飞速发展，数控技术（Numerical Control，NC）同样取得了长足的进步，数控机床功能日益多样，结构越发复杂。此种背景下数控维修教学不可避免的与实际存在着一定的滞后性及局限性，使得其所面临的形势越发严峻。虚拟数控机床的出现给技能型紧缺人才的培养提供了全新思路，成为解决上述问题的重要手段。因此，围繞虚拟数控机床在数控维修教学中的应用展开分析无疑具有重要的研究价值和现实意义。

1 虚拟数控机床在课堂辅助教学中的应用

数字控制机床（Computer numerical control machine tools）是加工精密零部件的重要工具，也是现代制造业所不可或缺的设备，尤其是随着科学技术的快速发展，其所具有的功能日益多元化，当前主要包括铣削加工、孔及螺纹加工、刀具补偿功能、公制/英制单位转换、绝对坐标和增量坐标编程、进给速度/主轴转速调整、固定循环、工件坐标系设定、数据输入输出及分布式数控（Distributed Numerical Control，DNC）功能、数据采集功能、自诊断功能[1]。随着功能的多样化，各个功能部件的结构、工作原理以及装配工艺呈现出复杂性特征，此时普通的可见以及Flash动画远远无法满足实际教学需求，各种理论知识难以被学生彻底掌握，继而无法正确掌握各个部件内部结构及装配关系，影响理论知识的正迁移。而虚拟数控机床则能够三维立体呈现在学生面前，通过动态旋转以及任意角度的观察能够促使学生详细而全面的掌握其内部结构，高度仿真的三维动画分解清晰地展现了各个部件的内部结构、工作原理，大幅提高了学生理论知识的掌握程度，为数控维修教学知识的正迁移提供了强有力的保障。

2 虚拟数控机床在虚拟装拆中的应用

数控机床的装拆是数控维修教学中重要的组成部分，也是教学的难点之所在。原因在于既往采取的教学方法以实物展示为主，整个机床的体积巨大，在装拆时往往需要多个学生的协作才能够完成部分功能部件的装拆。在此过程中学生的注意力容易被分散，加之各个功能部件的体积大小不一，在平面展示中难以被学生直观的掌握其结构，因而导致学生实际动手能力相对较差，在面对此方面维修需求时往往束手无策。采用虚拟数控机床，所有功能部件的装拆可在3D交互式装拆下完成。教师只需要选定某一功能部件并设定装拆顺序，随后学生于操作台上依据日常学习中机床装拆过程选取合适的工具，方能够完成整个装拆过程。反之如果某个装拆步骤出现错误，则可以直接发出提示，促使学生明确自身究竟是哪个环节发生了问题，此时在教师从旁指导下彻底解决该问题，不仅大幅提高了课堂教学效果，亦促使学生自身查找到相应的不足及问题，为其营造出了一个良好的实训环境。

虚拟数控机床的运用，重点解决了数控维修教学中数控机床数量有限、种类不全、新功能部件无法及时更新的问题，在教学工作中学生可以轮流操作，最大程度上增加了学生与数控机床接触及熟悉的时间，重复的虚拟装拆演练进一步强化了理论知识学习效果，并检验了其实际动手能力，对于今后技能型紧缺人才的培养创造了便利的条件。

3 虚拟数控机床在虚拟电气连接中的应用

在工业领域中电气连接内容多样，包括接线端子、印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）连接器、工业连接器、接线盒、重载连接器、电缆、电缆接头、安全栅、接触件等[2]。数控机床电气连接是其有序、正常运转的重要保障，但由于内容复杂多样，学生在数控维修教学中往往难以全面掌握，一旦某个线路未得到妥善布设，势必会给整台机器运转带来严重影响。而虚拟数控机床应用在虚拟电气连接中，一方面可以将电气连接的各个步骤，如电气布局规划、线槽布设、元器件选择、导线安装予以分解并展示在学生面前，另一方面则提高了设备利用率，使得每个学生学到的知识均能够得到检验。此外，虚拟数控机床亦设置了“虚拟万用表”和“虚拟示波器”，在完成电气连接后可以对所有的电气线路进行检测，并虚拟上电调试，以确保无电气故障的存在[3]。目前虚拟数控机床已经能够解决电气连接中几乎所有存在的问题，教师通过虚拟上电调试结果对学生操作进行评估，无形之中大幅提高了课堂教学效果。

4 虚拟数控机床在故障诊断中的应用

虚拟数控机床并非实体，而是于计算机中虚构出来的与实物几乎完全一致的操作显示界面，换而言之只要拥有计算机，就是一台虚拟数控机床。由于数控机床属于高精密仪器，在实际使用中不可避免的会存在故障，导致其停止运转，所以故障诊断及排除成为考验学生数控维修教学成果的重要手段。学生于操作显示界面上通过设置机床参数、输入/输出I/O（input/output）信号，查询可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等步骤来完成虚拟数控机床故障的诊断工作[4]。在发现故障并确定故障点后学生可开展进一步排除故障实训，继而对其所学的知识进行检验，考核学生实际动手能力。相较于以往数控综合试验台或者是实际数控机床操作，虚拟数控机床开展的实训更加简洁、直观，高职教育机构亦可以节约购买数控机床或者是构建数控综合试验台的成本，实现了一人一机的目的，即便是多个班级的学生均能够实现同时操作，对于促进数控维修知识的正迁移而言具有重要意义。

5 结语

综上所述，随着时代的发展，数控机床在多个领域中均扮演着举足轻重的角色。但由于该设备精密程度高，传统的数控维修教学难以促使学生直观的观察内部结构，使得知识正迁移效果不佳。虚拟数控机床的运用则有效地解决了上述问题，在课堂辅助教学、虚拟装拆、虚拟电气连接、故障诊断中均取得了理想的效果，为数控维修教学取得理想效果、提高教学效率、促进知识的正迁移提供了强有力的保障，具有重要的推广使用价值。

参考文献

[1] 文怀兴，黄正祥，蔡知旺，等.数控机床电主轴虚拟教学系统的研究[J].制造技术与机床，2017，10（8）：58-61.

[2] 陆伟.虚拟数控机床在中职院校数控维修教学中的应用[J].电子制作，2015，25（22）：58-59.

[3] 冯立，许珩，王昌金.项目虚拟化教学法在数控机床电气课程中的应用探索[J].高教学刊，2015（21）：93-95.

[4] 钱灿荣.虚拟数控机床在数控维修教学中的应用[J].信息系统工程，2015，10（6）：140-141.endprint