数控仿真在一体化教学中的应用

李彤辉

（承德技师学院，河北 承德 067000）

数控技术是制造技术的核心部分，数控机床的加工过程需要数控程序进行机床操作，具有加工精度高、质量稳定等特点。随着我国中等职业教育学校的增加，普通高校的扩招等等因素，中等职业学校生源质量的低劣化现象越来越普遍。特别是普教学校的竞争，进一步加剧了这种现象。从目前的情况来看，中等职业学校学生大多来自于初中、高中学生中的中下层，很大一部分学生理解能力不高，逻辑思维能力不强，而《数控编程操作》又是一门理论实践结合强的专业课，如果按照常规课堂教学，效果非常不理想。因此，培养数控应用型人才已成为中等职业数控专业教育的重要任务。

1 数控实习教学的现状

跟传统的机械加工实习教学相比较，数控实习教学存在以下困难：①数控机床是一种机电一体化的机械加工设备，价格较之普通机床要昂贵得多，一台中档数控车床或数控铣床一般需二、三十万，而数控加工中心更是高达几十万甚至上百万数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练，投入大、消耗多、成本高。②再者，数控机床的系统多，型号多且更新较快，对学校而言是不可能将所有的系统配齐的，这样经常会出现学生在校期间所学的系统与工厂中不符的情况，使到了工厂后不能尽快适应机床，还需一段时间的培训后才能进行生产。③并且，数控机床是自动运行的，学生在初学时，常常会由于在编程中的疏忽或操作中的失误造成刀具或机床的损坏，甚至造人身危害。因此，为了解决上述问题，学校从2007年开始数控教学起，就尝试使用宇龙数控仿真软件，利用数控仿真软件进行教学，计算机仿真运用到数控教学过程当中，进行真实场景的仿真操作，培训学生的实际技能发挥了重大的作用，学校对数控专业的教学方法和教学模式进行探索，建立数控教学的新体系，把理论、仿真和实践教学有机结合到一起。

2 数控仿真

数控仿真系统就是利用虚拟现实技术，模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机仿真系统，应用于数控加工操作技能培训，具有安全可靠、培训费用低的优点。数控仿真系统主要包括两个部分：数控机床几何仿真和切削过程的物理仿真。几何仿真：模拟实际机床的加工环境，不考虑切削参数、切削力等对切削加工的影响，只仿真刀具工件几何运动，检查是否存在碰撞、干涉，验证数控程序的正确性，避免因程序错误而导致的夹具刀具损坏、零件报废等。物理仿真：通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具磨损和破损、刀具振动，分析加工精度、加工过程的热效应以及切削力作用下的系统弹性变形等，调整控制切削参数，从而达到优化切削过程的目的。

几何仿真包括硬件和软件两个部分。硬件仿真是指虚拟数控机床的几何建模，虚拟数控机床与真实机床具有相似的结构和完全相同的操作界面，能够模仿机床的任何功能。软件仿真主要是NC码控制器模块，它实现NC程序的编辑调试，通过加工仿真检验 NC代码，对加工中可能出现的碰撞、干涉进行报警提示。

以承德技师学院使用的上海宇龙数控仿真软件为例，虽然软件中显示的数控机床是一台模拟的机床实体，但对于机床的系统面板和操作面板及操作按键是依照真实的数控机床，对机床的操作也和真实的机床基本相同，它可以实现对数控车床、数控铣床和数控加工中心对加工零件全过程的仿真。其中包括毛坯定义和安装、夹具及刀具的定义与选用、零件基准测量和设置、数控程序录入和编辑、手动、自动等操作模式。该软件还拥有FANUC数控系统、华中数控系统、广州数控系统等多种数控系统，具有多系统、多机床、多零件的加工仿真模拟功能。

3 将数控仿真软件应用到数控教学中

无论是普通学历教育，还是职业教育，都在积极探索、实施理论与实践紧密结合的一体化教学，尤其是职业教育，受其自身的性质、特征和培养目标的牵引和规定，展开了一体化教学改革。所谓一体化教学，简单明了地说就是为了使理论与实践更好地衔接，将理论教学与实习教学在单元教学时间里融为一体。其内涵主要是打破传统的学科体系和教学模式，根据职业教育培养目标的要求来重新整合教学资源，体现能力本位的特点，从而逐步实现了三个转变，即从以教师为中心如何“教给”学生，向以学生为中心如何“教会”学生转变；从以教材为中心向以教学大纲和培养目标为中心转变；从以课堂为中心向以实验室、实习车间为中心转变。

“工作过程学习化，学习过程工作化。”一体化教学中的行动导向六步法，让学生主动完成学习活动，教师只是指引者，实现教学到导学的转变；行动导向教学法提倡提问和反思，以促进学生更深入地分析问题，检验先前提出的假设，提出多种解决问题的方案。行动导向课程有以下特点：

（1）按照工作的流程和环节设立学习单元。

（2）按照每一工作环节（学习单元）的工作：任务设立学习情境，组织学生学习。

（3）学生是学习的主体。①学生在“做”中学——行动课程的核心；②学生在探究中学；③学生在合作中学。

结合以上理念，针对虚拟数控仿真软件的特点运用虚拟数控仿真软件建构了一种适合职业数控专业课程课堂教学的探究型学习模式，其模式图如图1所示。

图1 数控专业课堂教学的探究型学习模式

该模式是基于行动导向项目学习的一体化教学思想，合作探究型学习模式，运用虚拟仿真软件开展数控技术专业课程的项目探究教学，有利于实现理论与实践一体化教学。在没有虚拟仿真软件的情况下，一个项目可能有多种解决方案，甚至还有的学生探究不出正确的方案，如果用真实的机床来检验，不但费时费料，还有可能造成安全事故。运用虚拟数控仿真软件来检验，不但省时省料，十分安全，还能提示错误，解放了教师，学生自己就能知道自己的方案是否正确，不仅有利于探究型课堂的开展，也有利于学生实践能力的提高。

该模式在自主探究、小组合作探究、小组成果展示阶段以学生为中心，教师为引导者，促进学生和学习伙伴沟通，利用情景、合作、沟通会话等要素充分发挥学生的主动性、互动性和首创精神，最终达到学生知识意义构建和创新的目的。在教师解疑、教师点评阶段以教师为主导，教师是学生学习过程的指导者、解疑者、课堂主持人、意义建构的帮助者 促进者，教师处于中心地位，学生处于传递、接受的学习状态，学生在教师帮助下进行主动思考与探索，便于师生之间的情感交流，有利于系统的科学知识的传授。

总之，将数控仿真软件应用到数控的实训教学中，充分发挥仿真软件在教学中经济、科学、多样并没有安全隐患的优势，进行一体化教学设计，合理评价引导学生，提高学生的学习积极性，让学生利用数控仿真软件进行程序的编制、输入、校验等练习，同时可让学生了解不同系统机床的操作方式，又可以提高教学效果。通过使用仿真，不但要让学生更快、更好地掌握专业技能，而且还要培养学生学会自学、独立解决实际问题等方面的能力，但要正确解决在运用中产生的问题，以便收到事半功倍的效果。

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