基于虚拟数控机床的中职院校数控维修教学探讨

褚夫广

摘要：近几年教育改革的进程不断推进，对中职院校数控维修教学质量的要求也越来越高。特别是那些原理及功能较为复杂的数控系统，发生故障时维修难度较大，学生必须在实训课程中加强练习才能有效掌握相关技能。大量的实证研究表明，引入虚拟数控机床可以有效地解决数控设备不新不足的问题，同时还能够有效地提升学生们的动手能力。本文以虚拟数控机床的基本概述及中职数控维修教学现状为基础，探讨了虚拟数控机床在中职院校数控维修教学中的应用。

关键词：中职院校 虚拟数控机床 教学

随着数控技术的不断发展，用人单位对中职院校培养的数控人才的要求也越来越高，不仅要求其能够熟练地掌握基本的操作要领及程序的编写，还要掌握其他的维修及调试技术。但是，在实际的教学过程中，教学设备及教学环境都受到了一定的限制，导致培养出来的学生的能力没有办法满足用人单位要求。所以，将虚拟数控机床应用到中职院校的数控维修教学过程中是非常有必要的。

一、虚拟数控机床的基本概述

所谓的虚拟数控机床技术就是通过计算机对数控加工的整体环境进行模拟仿真，操作者就可以在这个模拟环境中进行模拟实际的操作了。在进行虚拟数控机床操作的过程中，为了能够保证虚拟数控机床可以真实地反映出实际数控机床的生产状态，研发人员所采用的所有参数都是来自于实际数控机床，使得虚拟数控机床能够模拟出真实数控机床的数据，为操作人员提供可靠的数据参考。另外，为了加强虚拟数控机床系统的稳定性，采用了模块化设计。通常情况下，虚拟数控机床是由一些互相独立的系统模块所组成的，这种组合方式可以使虚拟数控机床和实际数控机床更为相似，在操作者进行模拟仿真操作时，可以最大限度地按照实际情况进行模拟。同时，系统采用了模块化设计，能够在需要其他功能时随时进行模块重组，使虚拟数控机床系统的仿真能力更为出色。利用虚拟数控机床技术，在模拟环境中，整个数控机床的加工过程都能够被显示出来，并且发生一些故障时，在模拟环境中能够进行预警提示。这样能够一定程度地提高生产效率，同时减少在实际操作过程中有可能发生的危险。与现场的实际数控机床相比，虚拟数控机床主要有以下特点。

第一，在整体的结构上，非常相似。利用虚拟数控机床技术显示出来的数控机床操作界面，与实际现场中的数控机床在结构上是非常接近的。同时，很多实际的功能都是能够实现的，学生在操作的过程中可以进行数据失真问题的解决，并且虚拟数控机床的模块是非常有利于学生进行操作的。第二，相比于现场实际的数控机床，虚拟数控机床的界面上能够显示出一定的图形信息及参数信息，这些信息能够让学生了解当前的运行状况，有利于学生完成人机操作。第三，具有更为标准的数据格式。学生在进行操作的过程中，可以对数据进行管理，有利于外界资源的获取。第四，能够通过计算机实现数控机床的仿真。在学生进行虚拟数控机床的操作时，采用的数据都是真实的，所以数控机床能够以三维的形式展现出来，这有利于学生在操作的过程中，及时地发现问题并且处理问题。

二、中职院校数控维修教学现状

虽然近些年来，中职院校数控维修教学的效果越来越好。同时，面对用人单位的需求，已经开始着重培养学生的动手能力。但是，在实际的教学过程中，还是存在着一些问题，主要表现在以下几个方面。

1.从数控系统角度

当前，中职院校数控维修教学的基础设施是数控机床电子、综合实验室及拆装。但是，大部分中职院校都是以综合实验室为主，并且实验室中的数控系统较多的是FAuNc等类型，由于资金等问题，很少有学校能够引进一些高端的数控系统。数控技术发展很快导致数控设备更新得较快，很多新的数控机床在原理和功能上都与以前的数控机床差别很大。如果一直使用较为落后甚至一些被淘汰的数控系统，学生无法及时地掌握最新技术，真正的实践能力也得不到提升，便无法满足用人单位的需求。

2.从电气连接角度

传统的中职数控维修专业的教学更侧重于数控机床技术的教学，对于一些电气方面的教学只是一带而过。近几年来，数控维修专业的教学逐渐地走向综合化，数控机床电气连接相关知识逐渐被重视起来，很多用人单位都要求数控维修专业的学生必须掌握一定的电气技术。但是，在实际的教学过程中，电气连接的教学要比数控机床的教学更为复杂，相关的电器元件種类很多，在进行数控系统与伺服系统的连接时，操作比较繁琐，非常容易造成电气材料的极大消耗，并且电缆的连接处也会受到很大的影响。学生在进行电气连接相关操作过程中，通常需要进行很多次操作才能够了解一些基础的技能，严重影响了数控机床电气连接教学的效果。

3.从功能部件拆装角度

在中职数控维修教学内容中，数控机床的功能部件拆装是非常重要的部分，学生对这部分技能的掌握程度直接影响着未来工作中的实际动手能力。目前，很多中职院校的功能部件拆装教学都存在着很大的问题。教师在教学的过程中，更多的是进行一些比较简单的部件拆装教学，这些教学内容在解决一些实际问题时，并不能派上用场。并且，在练习的过程中，学生手里所拿的部件通常都是一些年代久远或者是实际生产中损坏的产品，不仅数量难以满足人手一个，很多的部件都是早已淘汰不用的了，这样的实训教学并没有太多的实际意义。众所周知，数控机床技术的发展速度特别快，相应的部件更新速度也是特别快，很多新的部件在原理及使用上都是不同于淘汰部件的，如果在教学过程中只让学生采用一些淘汰或者是损坏的部件，那么在以后的工作岗位上，学生是无法胜任工作的。

4.从传感检测器角度

与电气连接相关技能的教学一样，传感检测器应用技能的教学在传统的数控机床维修教学中只占了很小一部分。传感检测器的作用是用来保证机床的精度，其结构不大，内部构造却很复杂，在实际应用过程中非常容易出现故障。一旦传感器出现故障，要在第一时间进行解决，如果传感器故障没有及时解决，数控机床的精度便无法得到保障。所以，传感检测器的维修也应该是中职数控维修专业学生必须掌握的。但是，在很多中职院校中，有关传感检测器的教学及实训都只是处在建设阶段，大多数学生并没有得到相应的技能培训，实训的课程仍然以数控机床培训为主，造成学生并不能有效掌握传感检测器的应用技能。

三、虚拟数控机床的应用

1.虚拟数控机床在理论教学中的作用

数控技术的发展是非常迅速的，市场上出现的数控机床的种类越来越多。全新的数控机床不论是在工作原理上，还是在功能上都更加复杂。如果还只是采用一些多媒体教学模式进行教学，或者是通过一些淘汰的课件进行教学，就无法使学生及时掌握最新的数控机床技术。因此，要利用好虚拟数控机床进行教学。在虚拟数控机床中，无论数控技术怎样发展，最新的数控机床技术都能够更新到系统中。学生通过虚拟数控机床就能够掌握最新的数控机床技术。同时，通过虚拟数控机床，实际的机床整体都能够展示在界面中，学生可以在模拟仿真中掌握数控机床的技术。为了更有效地帮助学生在学习的过程中自我反馈，在虚拟数控机床中设计了预警功能，利用该功能，使学生能够及时发现自己操作过程中的问题，并及时进行更正，有利于学生对于数控机床技能的掌握。

2.虚拟数控机床在电气连接中的应用

在传统的数控维修教学过程中，电气连接的问题会严重影响到数控机床教学的质量。在采用了虚拟数控机床系统之后，学生对数控机床电气连接中有关线路布局及电器元器件的选择等技能，会有更深的理解。特别是在电气布局这一块，传统的教学过程中，由于电气布局相对复杂，很难一次成功，要反复地进行操作，频繁的操作会很大程度地造成元器件及线路损伤，导致浪费很多元器件。但是，在虚拟数控机床中，教师在实训的过程中只要教会学生怎样去做好电气连接的合理布局，以及如何选择相关的元器件并通过导线进行电气柜的连接，学生就可以通过虚拟数控机床进行练习。除此之外，在教学过程中，教师也可以教学生如何利用虚拟数控机床中的万用表及示波器对自己的操作进行检查，如果发现连接没有问题，再进行实际机床的电气连接即可。采用虚拟数控机床能够使电气连接技能的教学更加便捷，能够解决元器件浪费的问题，帮助节省很多的教学资源，并且能够使学生对知识掌握得更加牢固。

3.虚拟数控机床在装拆中的应用

针对部件拆装教学中存在的问题，在进行数控机床维修内容中有关部件拆装技能的教学时，可以采用虚拟数控机床中3D交互式的形式进行教学。比如，进行铣床整机的安装实训教学时，可以通过虚拟数控机床系统提供的零部件和工具进行教学，通过对系统中零部件的拆装操作，可以使学生对真实的拆装过程有所了解，为学生营造出一个更好的实训环境。在虚拟数控机床系统中，专门设置了一个装拆工具库，通过这个工具库，整个实训过程变得更加便捷，同时还能够加强学生的动手能力。除此之外，从前面的内容中可以得出，传统的数控机床拆装教学所使用的部件大多数是一些被淘汰或者是损坏的部件。如果想要学生在实训的过程中使用的都是最新的部件，那么学校要投入大量的资金进行购买，但由于数控部件更新太快，这一想法无法实现。但是，通过虚拟数控机床能够很好地解决这一问题。在虚拟数控机床系统中，能够不断地更新最新的部件，学生在实训的过程中，可以及时地了解最新部件的工作原理及使用方法，有助于掌握最新部件的拆装技术。同时，这样也能够解决传统实训过程中，由于反复操作造成部件损坏的问题，大大地减少了学校的资金投入，帮助学校减轻了财政负担，最重要的是能够有效提升学生的动手能力及教学质量。

4.虚拟数控机床在故障诊断方面的应用

在中职院校数控维修教学中，还有一个比較关键的内容，就是数控机床的故障诊断。学生不能只掌握如何使用，而缺少故障诊断的能力，对数控机床进行故障诊断是学生以后工作中必须掌握并且熟练的一门技术。在进行故障诊断的时候，数控机床要和计算机一起使用，然后把握好每一个操作细节。所以，在进行数控机床的故障诊断教学时，要以虚拟数控机床操作界面上提供的数据为标准，教师要教会学生如何在短时间内从界面的数据中发现机床的问题。在进行故障诊断的实训时，在引入了虚拟数控机床系统后，教师可以教学生通过可编程控制器进行数控机床的调试，同时根据计算机显示出来的一些故障信息，对机床进行维修。所以，通过虚拟数控机床系统，学生在实训的过程中，能够通过操作界面上的数据及时了解数控机床的故障问题，同时通过一些调试技巧进行故障的维修，有效地提升了学生的数控机床维修能力。

随着数控技术的不断发展，中职院校传统数控维修教学培养的人才已经无法满足用人单位的需求，采用虚拟数控机床已经成为一种必然趋势。本文以虚拟数控机床的基本概述为基础，从数控系统、电气连接、功能部件拆装、传感检测器四个角度去分析中职数控维修教学现状，然后再从这四个角度提出了中职院校数控维修教学应用虚拟数控机床的策略。但在教学的过程中一定不能忽视数控机床维修理论的教学。要充分发挥理论联系实际的作用，不紧要提升教学质量，同时还要加强学生的动手能力，为社会和用人单位培养出更多的复合型人才。

（作者单位：天津市机电工艺学院）