數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學中的應(yīng)用

段亞利

（太原城市職業(yè)技術(shù)學院，山西 太原 030027）

數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學中的應(yīng)用

段亞利

（太原城市職業(yè)技術(shù)學院，山西 太原 030027）

數(shù)控仿真軟件在教學中的使用可有效解決設(shè)備緊缺的問題，并有利于提高數(shù)控教學水平。論文對數(shù)控仿真軟件在教學中的應(yīng)用作了詳細的介紹，并提出了使用數(shù)控仿真軟件教學時的注意事項。

數(shù)控；數(shù)控仿真軟件；教學

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)集機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光機電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率必不可少的手段。發(fā)達國家把提高數(shù)控技術(shù)水平作為提高制造業(yè)水平的重要基礎(chǔ)，競相發(fā)展。加入世貿(mào)組織后，我國正在逐步變成“世界制造中心”。為了增強競爭能力，制造企業(yè)已開始廣泛使用先進的數(shù)控技術(shù)，在許多領(lǐng)域，數(shù)控機床加工已在逐漸取代普通機械加工。我國對于數(shù)控技術(shù)人才的需求量也越來越大，并且對數(shù)控人才的質(zhì)量要求也越來越高。

目前，大部分高等職業(yè)院校都開設(shè)了數(shù)控技術(shù)專業(yè)，《數(shù)控加工編程與操作》課程是該專業(yè)的一門核心專業(yè)課，并且是一門實踐性很強的課程。隨著高校的擴招，很多學校的數(shù)控實訓室難以滿足正常的實踐性教學需要，合理地選用數(shù)控仿真軟件教學可以有效地彌補由于資金不足造成的實訓設(shè)備數(shù)量缺乏、品種單一的現(xiàn)狀，還可以激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量。

一、數(shù)控仿真軟件介紹

數(shù)控加工仿真是采用計算機圖形學的手段對加工和零件切削過程進行模擬。數(shù)控仿真軟件就是通過功能分析,采用構(gòu)建模型方式,利用計算機語言進行編程，將加工過程用三維圖形或二維圖形方式演示出來，是可以模擬實際機床加工環(huán)境及工作狀態(tài)的計算機仿真加工系統(tǒng)。現(xiàn)在國內(nèi)使用較多的數(shù)控仿真軟件有上海寧龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)、北京斐克的VNUC系統(tǒng)、浙大辰光數(shù)控虛擬加工系統(tǒng)、南京斯沃數(shù)控仿真軟件和南京宇航數(shù)控仿真系統(tǒng)等，這些仿真軟件能對目前市場上的主流數(shù)控系統(tǒng)（FANUC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)、MITSUBISHI系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)）的車床、銑床、加工中心的操作全過程進行仿真，使學生在計算機上仿真能獲得與實際操作中一樣的效果。

二、數(shù)控仿真軟件在教學上的應(yīng)用

1.使用數(shù)控仿真軟件教學可以充分利用現(xiàn)有教學資源，緩解學校購買數(shù)控設(shè)備的資金壓力，為學校節(jié)約實訓費用

數(shù)控機床是一種較為昂貴的機電一體化設(shè)備,并且型號、規(guī)格、操作系統(tǒng)眾多,為滿足學生操作技能訓練需要購買大量的設(shè)備。以一個班容量為40個學生的班級為例，每2個學生使用一臺機床，需要20臺同一類型的機床，而在實訓中通常要對數(shù)控車床、銑床、加工中心分別進行操作，這樣就需要60臺機床，以每臺機床最低十萬元計算，需要六百萬的設(shè)備購置費，并且需要很大的實訓場地。另外,設(shè)備的日常維護和保養(yǎng)也需要大量的人力、物力提供支持。目前，大多數(shù)高職院校都很難具備這樣的實訓條件。但如果教學中使用數(shù)控仿真軟件，僅需要一個仿真實訓室，購買40臺計算機和40個結(jié)點的正版數(shù)控加工仿真軟件，所需費用僅僅相當于一臺數(shù)控加工中心的購置費，大約30萬元。這樣不但可以解決40個學生同時實訓的問題，而且讓每一個學生擁有了一臺“模擬數(shù)控機床”。在數(shù)控加工實訓中，使用仿真軟件對零件的加工進行仿真，沒有真實材料、刀具及機床的損耗，并且能夠?qū)ν粋€零件反復多次仿真加工，可以節(jié)約大量的實訓費用，有效地緩解學校資金緊張困難。

2.數(shù)控仿真軟件的使用，可使學生在理論學習的同時增加感性認識，提高學生的學習興趣

《數(shù)控編程與加工》課程是一門專業(yè)性很強、實踐性很強的課程，并且內(nèi)容比較抽象。在教學中，由于高職院校的學生基礎(chǔ)較差，學習主動性差，以及理工科課程教學過程比較枯燥，就會使學生產(chǎn)生厭學的情緒，使得教學效果不好。在教學中引入數(shù)控仿真軟件這種先進的教學手段，會明顯地提高學生的學習興趣和學習積極性。例如，教師在課堂上利用多媒體教學的手段介紹完數(shù)控機床的操作面板后，學生可能僅僅了解到面板上各按鍵的功能，并不太清楚機床顯示器以及機床的運動部件將發(fā)生怎樣的變化或動作，如果講完理論部分的內(nèi)容后，緊接著利用數(shù)控仿真軟件給學生進行機床面板的操作模擬，學生不但能見到多種數(shù)控機床面板，還能看到機床CRT顯示器界面發(fā)生的變化，機床主軸、刀具、工作臺發(fā)生的運動，這樣易于學生對于課上所講內(nèi)容的掌握，使教學內(nèi)容形象化，通過學生的親自操作，會讓學生感受到機床的真實運動，產(chǎn)生獲取知識后的成就感，增強了學習興趣。

3.使用數(shù)控仿真軟件教學，可以讓學生在學習過程中，對所學內(nèi)容進行實時驗證，提高學生的學習效率

數(shù)控技術(shù)專業(yè)的學生通過理論學習、實習操作后應(yīng)有較強的數(shù)控職業(yè)能力，即學生能夠?qū)τ诮o定的零件進行工藝分析，加工程序編制，在數(shù)控機床上完成零件的加工操作。為了達到這樣的教學效果，學生可以利用數(shù)控仿真軟件進行實踐訓練，因為數(shù)控仿真軟件基本上能模擬真實數(shù)控機床上的全部功能。學生完成零件的工藝分析和程序編制之后，在仿真軟件上可以進行全過程的加工仿真，具體步驟為：選擇控制系統(tǒng)類型和機床→機床回零→導入數(shù)控程序→定義毛坯、安裝工件→選擇、安裝刀具→對刀操作→參數(shù)設(shè)置→程序校驗→刀具軌跡模擬→自動加工零件。零件的仿真加工過程與實際加工情況十分相似，學生可以從任意角度觀察數(shù)控機床加工過程，毛坯加工為成品的過程歷歷在目，直觀形象，便于學習與掌握。由此可見，學生在仿真過程中，不但掌握了零件加工操作的全過程，而且可以對自己所編程序進行驗證。學生在日常編程練習中，利用仿真軟件可以找到程序存在的問題，及時修改，免去了指導教師對于學生所編程序逐段進行檢查的繁雜工作，做到實時驗證，提高了學習效率并且能培養(yǎng)學生專研精神。利用數(shù)控仿真軟件，學生可以掌握多種數(shù)控系統(tǒng)的操作，這在數(shù)控實訓車間實訓時是很難做到的。

4.教學中使用仿真軟件，可以加強學生對機床操作和數(shù)控指令的準確理解

教學中介紹機床操作和指令功能時，學生可以理解，對于一些復雜指令執(zhí)行時具體的動作差異只能靠三維想象實現(xiàn)，并不直觀，一些想象力差的同學將很難理解。通過使用數(shù)控仿真軟件，把程序輸入后，可以將方式選擇開關(guān)置于STEP位置。按循環(huán)啟動鍵，數(shù)控系統(tǒng)會執(zhí)行光標所在程序段。每按一下，執(zhí)行一個程序段，直到程序文件結(jié)束。這樣學生可以明白每個指令及程序段的具體含義。例如為了簡化編程，在軸類零件的外圓表面加工時可以采用復合固定循環(huán)指令,粗加工時可采用G71指令,精加工時選用G70指令。課堂教學中會講到G71指令的精加工軌跡在X及Z向必須是單調(diào)增加或減小,遇到非單調(diào)變化的零件需要按照零件輪廓的特點分段編程。有些學生可能會不理解為什么必須要求零件單調(diào)變化，如果不考慮單調(diào)的話會出現(xiàn)什么樣的狀況，教師在黑板上講述的時候并不能夠形象地讓學生理解。利用數(shù)控仿真軟件，輸入G71的程序段，會發(fā)現(xiàn)即使零件輪廓形狀不單調(diào)增加或減小時機床也能運行,但在粗加工分層切削時非單調(diào)增加或減小的輪廓部位不會切削,待到粗加工最后一刀時一次切除,這樣會發(fā)生過切現(xiàn)象，導致加工出不合格零件。經(jīng)過仿真學生就能了解該程序段的執(zhí)行過程，在編程時正確使用編程指令，類似這類車床、銑床、加工中心上的循環(huán)指令都可以通過課堂教學和仿真教學相結(jié)合的方法，讓學生準確了解程序指令的含義及其具體應(yīng)用。

5.在計算機上先進行數(shù)控加工的仿真實訓可以有效提高數(shù)控實訓的安全性

在實際數(shù)控車間實訓時，由于學生對機床的操作不太熟悉，會出現(xiàn)一些安全問題，例如高速撞擊機床、軟硬超程、撞刀等，通過數(shù)控仿真軟件的練習操作，讓學生熟悉機床，在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗和教訓，這樣就可以避免或減少實際操作中事故的發(fā)生，從而提高操作的安全性。

三、教學中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件的注意事項

數(shù)控仿真軟件解決了數(shù)控教學中的效率、成本等方面的問題，但它不能完全取代真實的數(shù)控加工訓練。教師一定要正確地引導學生，避免學生走進為了仿真而仿真的誤區(qū)，在編程的教學過程中，要讓學生對加工的工藝引起足夠的重視。教學中教師要告知學生，實際加工零件時，慎重選取切削用量對于生產(chǎn)出合格產(chǎn)品和保證生產(chǎn)安全具有非常重要的作用，因為在仿真加工中這一點并不能體現(xiàn)出來。在教學過程中，教師要合理安排數(shù)控仿真系統(tǒng)訓練和機床上實際操作實訓的時間，二者應(yīng)穿插進行，以獲得更好的實訓效果。

四、結(jié)束語

在數(shù)控教學中使用數(shù)控仿真軟件，可以讓每個學生進行獨立操作，增強學生對數(shù)控系統(tǒng)的熟悉程度。通過對零件數(shù)控加工程序的驗證以及自動加工過程的仿真，學生可以了解相似指令之間的使用區(qū)別，驗證自己所編程序是否正確、機床的操作步驟是否有誤，最終達到對學生數(shù)控機床編程與操作能力訓練的目的和效果。在數(shù)控教學中可以利用數(shù)控仿真軟件來培養(yǎng)學生的編程能力，真實機床上的實訓培養(yǎng)學生處理現(xiàn)場實際問題的能力和動手能力，合理、科學地把二者結(jié)合起來，會大大提高數(shù)控教學的效果。

［1］于春生，韓旻.數(shù)控機床編程及應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［2］楊建明.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京：北京理工大學出版社，2009.

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