加工仿真系統(tǒng)在數(shù)控專業(yè)課上的應(yīng)用

肖允鑫

摘要：本文著重討論如何利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)和技能訓(xùn)練的，對(duì)數(shù)控教學(xué)模式、教學(xué)手段和教學(xué)方法的完善進(jìn)行有益的探索。

關(guān)鍵詞：數(shù)控專業(yè)仿真軟件計(jì)算機(jī)輔助教改

眾所周知，由于數(shù)控機(jī)床是一種新型工藝裝備，故數(shù)控技術(shù)工人的培養(yǎng)和數(shù)控機(jī)床的教學(xué)還處在發(fā)展階段。相對(duì)于普通加工機(jī)床來說，數(shù)控機(jī)床屬于高科技產(chǎn)品，品種多價(jià)格高。就算是經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，一臺(tái)數(shù)控車床或數(shù)控銑床一般也需要一二十萬，一臺(tái)數(shù)控加工中心也是少則幾十萬多則上百萬。數(shù)控機(jī)床的操作訓(xùn)練若完全依賴數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)作訓(xùn)練，投入大、消耗多、成本高，即使是實(shí)力雄厚的培訓(xùn)學(xué)校和企業(yè)也無力承擔(dān)起此種消耗與投入。

而高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)的定位恰恰是立足裝備制造業(yè)，面向整個(gè)工作領(lǐng)域，堅(jiān)持以生產(chǎn)、管理、服務(wù)第一線技能型專門人才為培養(yǎng)目標(biāo)，以就業(yè)為導(dǎo)向，培育技能型實(shí)用人才。因此數(shù)控專業(yè)學(xué)生職業(yè)技能的養(yǎng)成，對(duì)任何一個(gè)高職院校來說都是不小的投入和負(fù)擔(dān)。作為數(shù)控專業(yè)的專業(yè)課教師，我深深的感到：在數(shù)控技術(shù)等相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)中，提高仿真教學(xué)模塊的比例，探索新的教學(xué)手段和方法是使學(xué)生獲得數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)職業(yè)技能，適應(yīng)社會(huì)需要的重要途徑。

因此探索一種新的數(shù)控加工技術(shù)教學(xué)模式來達(dá)到投入少、見效快、培養(yǎng)的學(xué)生適應(yīng)性強(qiáng)、企業(yè)歡迎的教學(xué)模式勢(shì)在必行。這種教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)既區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)械加工培養(yǎng)模式又與一般的機(jī)電專業(yè)有不同?，F(xiàn)在很多高職院校已經(jīng)開始運(yùn)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)教學(xué)，來尋求解決這一問題的途徑。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是結(jié)合機(jī)床廠家實(shí)際加工制造經(jīng)驗(yàn)與高職院校教學(xué)訓(xùn)練一體所開發(fā)的一種機(jī)床控制虛擬仿真系統(tǒng)軟件，可以滿足大批量學(xué)生教學(xué)需求。數(shù)控加工設(shè)備價(jià)格昂貴、占地大，而數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件可以在微機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行，解決了培訓(xùn)時(shí)學(xué)員多機(jī)床設(shè)備少的問題、并為學(xué)校節(jié)省了大量設(shè)備購置經(jīng)費(fèi)。它可以對(duì)數(shù)控裝置進(jìn)行仿真操作，實(shí)踐課程教學(xué)的目的主要是對(duì)原理的驗(yàn)證。學(xué)生可利用此軟件進(jìn)行仿真操作，同樣會(huì)起到了真實(shí)設(shè)備的教學(xué)效果。常規(guī)的原理課程的講解一般分兩部分，一部分在教室講解原理，另一部分在實(shí)驗(yàn)室講解實(shí)際操作，這樣必然增加了課時(shí)，也使教學(xué)內(nèi)容不連續(xù)。用軟件教學(xué)可以將兩部分內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，也為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)提供了條件。此系統(tǒng)還可以依據(jù)不同的客戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其適于初學(xué)者的入門過程。通過該軟件可以使學(xué)生達(dá)到實(shí)物操作訓(xùn)練的目的，并且安全可靠。通過動(dòng)態(tài)的仿真操作使教學(xué)過程易教易學(xué)、教學(xué)效果顯著提高。

其優(yōu)點(diǎn)在于：①系統(tǒng)完全模擬真實(shí)cNC機(jī)床的控制面板和屏幕顯現(xiàn)，可輕松操作。②在虛擬環(huán)境下對(duì)NC代碼的切削狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，操作安全。③用戶可看到真實(shí)的三維加工仿真過程，仔細(xì)檢查加工后的工件，可以更迅速的掌握cNC機(jī)床的操作過程，過程逼真。④采用虛擬機(jī)床替代真實(shí)機(jī)床進(jìn)行培訓(xùn)，在降低費(fèi)用的同時(shí)獲得更佳的培訓(xùn)效果，使用更經(jīng)濟(jì)。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有FANUC、SIEMENS等眾多數(shù)控系統(tǒng)功能，學(xué)生通過在PC機(jī)上操作該軟件，能在很短時(shí)間內(nèi)就能掌握數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心的操作?？墒謩?dòng)或CAD／CAM編程和加工，教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，監(jiān)看窗口滾動(dòng)控制，可隨時(shí)獲得學(xué)生信息。在教學(xué)中還具有多媒體教學(xué)的特點(diǎn)。

首先，由于計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為媒體開發(fā)的，所以它的通用性較強(qiáng)，它能夠在48以上的任何型號(hào)的計(jì)算機(jī)上直接使用。在屏幕上能夠顯示和機(jī)床操作面板一模一樣的界面；以動(dòng)態(tài)的模擬顯示代替機(jī)床實(shí)際運(yùn)行并且還能夠提示操作信息，如編程錯(cuò)誤信息和操作失誤機(jī)床碰撞報(bào)警信息等。使數(shù)控機(jī)床的編程操作易于課堂化教學(xué)，從而即節(jié)省了機(jī)床設(shè)備和實(shí)習(xí)消耗、又大大提高了教學(xué)效率。以某公司出品的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)為例：在數(shù)控機(jī)床教學(xué)應(yīng)用時(shí)，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部各種軟、硬件資源的支持使得系統(tǒng)在編程、操作時(shí)的效率大大提高。如在手工編輯NC程序時(shí)可利用各種文本編輯軟件EDlT或Windows下的記事本及寫字板等，可以快速編輯程序并以NC為擴(kuò)展名存入磁盤。其主要特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大，能夠儲(chǔ)存更多數(shù)量的和更長的NC程序文件。并且在NC程序輸入、修改、拷貝方面都顯得非常簡單，乃至程序的轉(zhuǎn)送也很方便，還可利用軟盤考貝或聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)這一過程。編輯過程中能將漢字注釋信息一起編八NC加工程序而不影響系統(tǒng)的調(diào)用和運(yùn)行，這就使操作者很容易的在繁多的NC文件中找到想要使用的NC文件及其相關(guān)的詳細(xì)信息，而不必在一大堆字符中花費(fèi)長時(shí)間進(jìn)行查尋、分析這些程序的功用而大傷腦筋了。調(diào)用時(shí)也非常方便，進(jìn)入機(jī)床控制系統(tǒng)后，只要是以NC為擴(kuò)名的NC程序文件都可以直接調(diào)用。

其次，計(jì)算機(jī)輔助機(jī)床控制系統(tǒng)依據(jù)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的顯示功能和全中文的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并配以豐富多彩、自然友好界面顯示，使學(xué)生一進(jìn)入本系統(tǒng)就被深深的吸引，從而能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。模擬演示功能更為真實(shí)可靠，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設(shè)計(jì)以滿足不同監(jiān)控要求。當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，程序段、坐標(biāo)值、出錯(cuò)信息以及工件與刀具的相對(duì)移動(dòng)的切削過程同時(shí)顯示在同一窗口內(nèi)，使操作者能夠一目了然，隨時(shí)監(jiān)控機(jī)床運(yùn)行的狀態(tài)體驗(yàn)真實(shí)的加工過程。該系統(tǒng)具有機(jī)床規(guī)格大小設(shè)置，可定義刃具形狀、切削用量，如數(shù)控銑床上鉆頭、鏜-刀、球頭刀、圓角刀，數(shù)控車床上的外圓刀、鏜刀、切刀、螺紋刀，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控刀具加工軌跡及圖形縮放控制。機(jī)床外形也可顯示并具有關(guān)門保護(hù)、零件加工后的測量和保存視窗作業(yè)的功能。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)功能較為完善、適于教學(xué)的使用。其中語法診斷和模擬示教功能可以使學(xué)生進(jìn)行人機(jī)交互式學(xué)習(xí)。即由學(xué)生輸入NC程序，在模擬運(yùn)行過程中，系統(tǒng)能及時(shí)提供錯(cuò)誤信息以及刀具相對(duì)移動(dòng)軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，再由學(xué)生經(jīng)過簡單判斷就能很容易的發(fā)現(xiàn)和修改NC程序的錯(cuò)誤，從而避免教師直接面對(duì)學(xué)生的指責(zé)傷害學(xué)生的自尊，也大大減輕了教師批改學(xué)生NC程序作業(yè)時(shí)的繁重負(fù)擔(dān)。使教師能夠集中精力以幫助學(xué)生解決實(shí)際問題，保證了教學(xué)質(zhì)量使教學(xué)效果得到顯著提高。

在操作方面，由于數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機(jī)床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，并且使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會(huì)危及機(jī)床和人身安全，反而學(xué)生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。所以說它是初學(xué)者理想的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐工具，只要經(jīng)過短期的專門訓(xùn)練，學(xué)生很快就能夠適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)際操作方法，從而為以后的技能的進(jìn)一步深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由于我們注意到了它在這一方面具有的優(yōu)越特點(diǎn)，而且根據(jù)學(xué)校教學(xué)改革的要求，我們盡力把它運(yùn)用到我校TPL無斷層教學(xué)模式中。例如，我們?cè)跀?shù)控機(jī)床實(shí)操訓(xùn)練之前開發(fā)了編程模擬操作課程，并且專門編著了《數(shù)控機(jī)床編程與模擬操作實(shí)例講議》，在內(nèi)容上突出了理論和實(shí)踐的關(guān)系。至此，我們將理論與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合在一起邊講授邊練習(xí)，使講過的知識(shí)及時(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，不但加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解而且在模擬操作的同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作方法上也具備了相當(dāng)水平的實(shí)踐基礎(chǔ)。到了2006級(jí)的學(xué)生上課時(shí)，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)作出了明智的選擇，學(xué)校購置了數(shù)控加工仿真軟件，并且采用了我校TPL無斷層的教學(xué)模式及其教材的應(yīng)用，使理論知識(shí)與實(shí)踐操作完好的結(jié)合。在教學(xué)中邊教邊學(xué)、邊學(xué)邊做、在學(xué)中做、在做中學(xué)，學(xué)生的積極性被調(diào)動(dòng)起來，老師也在繁鎖教學(xué)活中得到解放和學(xué)生一樣都感到非常輕松，大大提高了教學(xué)效果。學(xué)生的編程與操作能力也有了非常明顯的效果，在數(shù)控等級(jí)工考試中合格率達(dá)到100％，學(xué)生成績相當(dāng)優(yōu)秀，得到其他學(xué)院同行的認(rèn)同。

現(xiàn)在，隨著學(xué)院數(shù)控專業(yè)的日新月異的發(fā)展，軟硬件現(xiàn)已經(jīng)逐步到位。我相信，我們的教學(xué)改革將進(jìn)一步深化，在各個(gè)學(xué)科、各個(gè)領(lǐng)域都會(huì)得到相應(yīng)的發(fā)展，并且會(huì)取得更大的成績。數(shù)控加工仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用尚在起步與研究探索階段，只要積極思考在應(yīng)用中產(chǎn)生的問題，主動(dòng)采取應(yīng)對(duì)措施，我們正確發(fā)揮其在教學(xué)和鑒定中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。