基于虛擬數(shù)控機(jī)床的中職院校數(shù)控維修教學(xué)

褚夫廣

摘要：近幾年教育改革進(jìn)程不斷推進(jìn)，對(duì)中職院校數(shù)控維修教學(xué)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。特別是一些原理及功能較為復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)生故障時(shí)維修難度較大，學(xué)生必須在實(shí)訓(xùn)課程中加以練習(xí)才能有效掌握。大量實(shí)踐研究表明，引入虛擬數(shù)控機(jī)床可以有效解決數(shù)控設(shè)備不新不足的問(wèn)題，同時(shí)還能夠有效提升學(xué)生們的動(dòng)手能力。本文通過(guò)對(duì)虛擬數(shù)控機(jī)床的基本概述以及中職數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀的分析，探討了虛擬數(shù)控機(jī)床在中職院校數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：中職院校 虛擬數(shù)控機(jī)床 教學(xué)

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，用人單位對(duì)中職院校培養(yǎng)的數(shù)控人才的要求也越來(lái)越高，不僅要求其能夠熟練掌握基本操作要領(lǐng)以及程序編寫(xiě)，還要掌握其他維修以及調(diào)試技術(shù)。但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)設(shè)備以及教學(xué)環(huán)境都受到了一定的限制，導(dǎo)致培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生的能力沒(méi)有辦法滿(mǎn)足用人單位需要。所以，將虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)用到中職院校的數(shù)控維修教學(xué)過(guò)程中是非常有必要的。

一、虛擬數(shù)控機(jī)床的基本概述

所謂虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)控加工的整體環(huán)境進(jìn)行模擬仿真，操作者就可以在這個(gè)模擬環(huán)境中進(jìn)行模擬實(shí)際的操作了。在進(jìn)行虛擬數(shù)控機(jī)床的過(guò)程中，為了能夠保證虛擬數(shù)控機(jī)床可以真實(shí)反映出實(shí)際數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)狀態(tài)，研發(fā)人員所采用的所有參數(shù)都是來(lái)自于實(shí)際數(shù)控機(jī)床，使得虛擬數(shù)控機(jī)床能夠模擬出真實(shí)數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)，為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)參考。另外為了加強(qiáng)虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了模塊化設(shè)計(jì)，通常情況下，虛擬數(shù)控機(jī)床是由一些互相獨(dú)立的系統(tǒng)模塊所組成的，這種組合方式可以使虛擬數(shù)控機(jī)床和實(shí)際數(shù)控機(jī)床更為相似，在操作者進(jìn)行模擬仿真操作時(shí)，可以最大限度地按照實(shí)際情況進(jìn)行模擬，同時(shí)系統(tǒng)采用了模塊化，能夠在需要其他功能時(shí)隨時(shí)進(jìn)行模塊重組，使虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的仿真能力更為出色。利用虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)，在模擬環(huán)境中，整個(gè)數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程都能夠被顯示出來(lái)，并且發(fā)生一些故障時(shí)，在模擬環(huán)境中能夠進(jìn)行預(yù)警提示，這樣能夠提高生產(chǎn)效率，同時(shí)減少在實(shí)際操作過(guò)程中有可能發(fā)生的危險(xiǎn)。與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)控機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

一是在整體的結(jié)構(gòu)上，非常相似。利用虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)顯示出來(lái)的數(shù)控機(jī)床操作界面，與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中的數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上是非常接近的，同時(shí)很多實(shí)際的功能都是能夠?qū)崿F(xiàn)的，學(xué)生在操作的過(guò)程中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)失真問(wèn)題的解決，并且虛擬數(shù)控機(jī)床的模塊是非常有利于學(xué)生進(jìn)行操作的。二是相比于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的數(shù)控機(jī)床，虛擬數(shù)控機(jī)床的界面上能夠顯示出一定的圖形信息以及參數(shù)信息，這些信息能夠讓學(xué)生了解當(dāng)前的運(yùn)行狀況，有利于學(xué)生完成人機(jī)操作。三是具有更為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。學(xué)生在進(jìn)行操作的過(guò)程中，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，有利于外界資源的獲取。四是能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的仿真。在學(xué)生進(jìn)行虛擬數(shù)控機(jī)床的操作時(shí)，采用的數(shù)據(jù)都是真實(shí)的，所以數(shù)控機(jī)床能夠以三維的形式展現(xiàn)出來(lái)，這樣有利于學(xué)生在操作過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且處理問(wèn)題。

二、中職院校數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀

雖然近些年來(lái)，中職院校數(shù)控維修的教學(xué)效果越來(lái)越好，同時(shí)面對(duì)用人單位的需求已經(jīng)開(kāi)始對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力進(jìn)行著重培養(yǎng)?？墒窃趯?shí)際教學(xué)過(guò)程還存在著一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.從數(shù)控系統(tǒng)角度看

當(dāng)前，中職院校數(shù)控維修教學(xué)過(guò)程中的基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)控機(jī)床電子、綜合實(shí)驗(yàn)室以及拆裝。但是大部分中職院校都是以綜合實(shí)驗(yàn)室為主，并且在實(shí)驗(yàn)室中數(shù)控系統(tǒng)一般是FAUNC等類(lèi)型較多，由于資金等問(wèn)題，很少有學(xué)校能夠引進(jìn)一些高端的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快導(dǎo)致數(shù)控設(shè)備更新較快，很多新的數(shù)控機(jī)床在原理和功能上都與以前的數(shù)控機(jī)床差別很大，如果一直使用較為落后甚至一些被淘汰的數(shù)控系統(tǒng)，學(xué)生無(wú)法及時(shí)掌握最新技術(shù)，真正的實(shí)踐能力也得不到提升，便無(wú)法滿(mǎn)足用人單位的需求。

2.從電氣連接角度看

傳統(tǒng)的中職數(shù)控維修專(zhuān)業(yè)教學(xué)更側(cè)重于數(shù)控機(jī)床技術(shù)的教學(xué)，對(duì)于一些電氣方面的教學(xué)只是一帶而過(guò)，近幾年來(lái)，數(shù)控維修專(zhuān)業(yè)的教學(xué)逐漸走向綜合化，數(shù)控機(jī)床的電氣連接相關(guān)知識(shí)逐漸被重視起來(lái)，很多用人單位都要求數(shù)控維修專(zhuān)業(yè)的學(xué)生必須要掌握一定的電氣技術(shù)?？墒窃趯?shí)際教學(xué)過(guò)程中，電氣連接的教學(xué)要比數(shù)控機(jī)床的教學(xué)更為復(fù)雜，相關(guān)的電器元件種類(lèi)很多，同時(shí)在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的連接時(shí)，操作比較繁瑣，非常容易造成電氣材料的極大消耗，并且電纜連接處也會(huì)受到很大影響。學(xué)生在進(jìn)行電氣連接相關(guān)知識(shí)的操作過(guò)程中，通常需要進(jìn)行很多次操作才能夠了解一些基礎(chǔ)技能，嚴(yán)重影響了數(shù)控機(jī)床電氣連接教學(xué)的效果。

3.從功能部件拆裝角度看

在中職數(shù)控維修教學(xué)的內(nèi)容中，數(shù)控機(jī)床的功能部件拆裝是一個(gè)非常重要的部分，學(xué)生對(duì)這一部分技能的掌握程度直接影響著未來(lái)工作中的實(shí)際動(dòng)手能力。目前很多中職院校的功能部件拆裝教學(xué)都存在著很大問(wèn)題，教師在教學(xué)過(guò)程中，更多的是進(jìn)行一些比較簡(jiǎn)單的部件拆裝教學(xué)，這些教學(xué)內(nèi)容在進(jìn)行一些實(shí)際問(wèn)題的解決時(shí)，并不能派上用場(chǎng)，并且在練習(xí)過(guò)程中，學(xué)生手里所拿的部件通常都是一些年代久遠(yuǎn)或者是實(shí)際生產(chǎn)中損壞的產(chǎn)品，不僅數(shù)量難以滿(mǎn)足人手一個(gè)，而且很多部件都是早已淘汰不用的了，這樣的實(shí)訓(xùn)教學(xué)并沒(méi)有太多實(shí)際意義。眾所周知，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展速度特別快，相應(yīng)的部件更新速度也特別快，很多新的部件在原理以及使用上都不同于淘汰部件，如果在教學(xué)過(guò)程中只讓學(xué)生采用一些淘汰或者是損壞的部件，那么在以后工作崗位上，學(xué)生是無(wú)法勝任工作的。

4.從傳感檢測(cè)器角度看

與電氣連接相關(guān)技能的教學(xué)一樣，傳感檢測(cè)器應(yīng)用技能的教學(xué)在過(guò)去傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)中只占了很小一部分。傳感檢測(cè)器的作用是用來(lái)保證機(jī)床的精度，其結(jié)構(gòu)不大內(nèi)部構(gòu)造卻很復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中非常容易出現(xiàn)故障，一旦傳感器出現(xiàn)故障，也要在第一時(shí)間進(jìn)行解決，如果傳感器故障沒(méi)有及時(shí)解決，那么數(shù)控機(jī)床的精度便無(wú)法得到保障。所以傳感檢測(cè)器的維修也應(yīng)該是中職數(shù)控維修專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須掌握的。可是在很多中職院校中，有關(guān)傳感檢測(cè)器的教學(xué)以及實(shí)訓(xùn)都只是在建設(shè)階段，大多數(shù)學(xué)生并沒(méi)有得到相應(yīng)的技能培訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)課程仍然是以數(shù)控機(jī)床的培訓(xùn)為主，造成學(xué)生并不能有效掌握傳感檢測(cè)器的應(yīng)用技能。

三、虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

1.虛擬數(shù)控機(jī)床在理論教學(xué)中的作用

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，越來(lái)越多的數(shù)控機(jī)床種類(lèi)出現(xiàn)在市場(chǎng)上，全新的數(shù)控機(jī)床不論在工作原理上，還是在功能上都更加復(fù)雜，如果還只是采用一些多媒體教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，或者是通過(guò)一些淘汰的課件進(jìn)行教學(xué)，都無(wú)法使學(xué)生及時(shí)掌握最新的數(shù)控機(jī)床技術(shù)。所以要利用好虛擬數(shù)控機(jī)床進(jìn)行教學(xué)。在虛擬數(shù)控機(jī)床中，無(wú)論數(shù)控技術(shù)怎樣發(fā)展，最新的數(shù)控機(jī)床技術(shù)都能夠更新到系統(tǒng)中，這樣學(xué)生通過(guò)虛擬數(shù)控機(jī)床就能夠?qū)崿F(xiàn)最新數(shù)控機(jī)床技術(shù)的掌握。同時(shí)通過(guò)虛擬數(shù)控機(jī)床，實(shí)際的機(jī)床整體都能夠展示在界面中，學(xué)生可以在模擬仿真中掌握數(shù)控機(jī)床的技術(shù)。為了更有效幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中自我反饋，在虛擬數(shù)控機(jī)床中設(shè)計(jì)預(yù)警功能，利用其預(yù)警功能，使學(xué)生能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己操作過(guò)程中的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行更正，有利于學(xué)生掌握數(shù)控機(jī)床技能。

2.虛擬數(shù)控機(jī)床在電氣連接中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的數(shù)控維修教學(xué)過(guò)程中，電氣連接的問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響到數(shù)控機(jī)床教學(xué)的質(zhì)量。在采用了虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)之后，學(xué)生對(duì)于數(shù)控機(jī)床電氣連接中有關(guān)的線路布局以及電器元器件的選擇等技能會(huì)有著更深理解。特別是在電氣布局這一塊，傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，由于電氣布局相對(duì)復(fù)雜，很難一次成功，因此要反復(fù)進(jìn)行操作，頻繁操作會(huì)很大程度地造成元器件以及線路的損傷，導(dǎo)致很多元器件浪費(fèi)。但是在虛擬數(shù)控機(jī)床中，教師在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中只要教會(huì)學(xué)生怎樣去做好電氣連接的合理布局，以及如何選擇相關(guān)的元器件并通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)行電氣柜的連接，這樣學(xué)生就可以通過(guò)虛擬數(shù)控機(jī)床進(jìn)行練習(xí)。除此之外，在教學(xué)過(guò)程中，也可以教學(xué)生如何利用虛擬數(shù)控機(jī)床中萬(wàn)用表以及示波器對(duì)自己的操作進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)連接沒(méi)有問(wèn)題，再進(jìn)行實(shí)際機(jī)床的電氣連接即可。采用虛擬數(shù)控機(jī)床能夠使電氣連接技能的教學(xué)更加便捷，能夠解決元器件浪費(fèi)的問(wèn)題，幫助節(jié)省很多的教學(xué)資源，并且能夠使學(xué)生掌握得更加牢固。

3.虛擬數(shù)控機(jī)床在裝拆中的應(yīng)用

針對(duì)部件拆裝教學(xué)中存在的問(wèn)題，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床維修內(nèi)容中部件拆裝技能的教學(xué)時(shí)，可以采用虛擬數(shù)控機(jī)床中3D交互式的形式進(jìn)行教學(xué)。比如，進(jìn)行銑床整機(jī)安裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)，可以通過(guò)虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中所提供的零部件和工具進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)系統(tǒng)中零部件的拆裝操作，可以使學(xué)生對(duì)真實(shí)拆裝過(guò)程有所了解，為學(xué)生營(yíng)造出一個(gè)更好的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。在虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)裝拆工具庫(kù)，通過(guò)這個(gè)工具庫(kù)，整個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程更加便捷，同時(shí)還能夠提升學(xué)生的動(dòng)手能力。除此之外，從前面內(nèi)容中可知，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床拆裝教學(xué)所使用的部件大多數(shù)是一些被淘汰或者是被損壞的部件。如果想要學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中使用的都是最新部件，那么學(xué)校要投入大量的資金進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)。但由于數(shù)控部件更新太快，這一想法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而通過(guò)虛擬數(shù)控機(jī)床能夠很好地解決這一問(wèn)題。在虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，能夠不斷更新最新的部件，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，可以及時(shí)了解最新部件的工作原理以及使用方法，這樣有助于學(xué)生掌握最新部件的拆裝技術(shù)。同時(shí)這樣也能夠解決傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，由于反復(fù)操作造成的部件損壞問(wèn)題，大大減少了學(xué)校資金投入，幫助學(xué)校減輕了財(cái)政負(fù)擔(dān)，最重要的是能夠有效提升學(xué)生的動(dòng)手能力以及教學(xué)質(zhì)量。

4.虛擬數(shù)控機(jī)床在故障診斷方面的應(yīng)用

在中職院校數(shù)控維修教學(xué)中，還有一個(gè)比較關(guān)鍵的內(nèi)容就是數(shù)控機(jī)床的故障診斷，學(xué)生不能只掌握如何使用，而缺少故障診斷的能力，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障診斷是以后工作中必須掌握并且熟練的一門(mén)技術(shù)。在進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，數(shù)控機(jī)床要和計(jì)算機(jī)一起使用，然后把握好每一個(gè)操作細(xì)節(jié)。所以，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的故障診斷教學(xué)時(shí)，要以虛擬數(shù)控機(jī)床操作界面上面提供的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，教師要教會(huì)學(xué)生如何在很短的時(shí)間內(nèi)從界面數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)機(jī)床的問(wèn)題。在進(jìn)行故障診斷的實(shí)訓(xùn)時(shí)，在引入了虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)后，教師可以教學(xué)生通過(guò)可編程控制器進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的調(diào)試，同時(shí)根據(jù)計(jì)算機(jī)里面所顯示出來(lái)的一些故障信息對(duì)機(jī)床進(jìn)行維修。所以，通過(guò)虛擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，能夠通過(guò)操作界面上的數(shù)據(jù)及時(shí)了解數(shù)控機(jī)床的故障問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)一些調(diào)試技巧進(jìn)行故障維修，有效提升了學(xué)生的數(shù)控機(jī)床維修能力。

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)中職院校數(shù)控維修教學(xué)培養(yǎng)的人才已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足用人單位的需求，采用虛擬數(shù)控機(jī)床成為一種必然趨勢(shì)。本文以虛擬數(shù)控機(jī)床的基本概述為基礎(chǔ)，從數(shù)控系統(tǒng)、電氣連接、功能部件拆裝、傳感檢測(cè)器四個(gè)角度去分析中職數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀，然后再?gòu)倪@四個(gè)角度提出中職院校數(shù)控維修教學(xué)中虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用策略。但是在教學(xué)過(guò)程中一定不能忽視數(shù)控機(jī)床維修的理論教學(xué)，要充分發(fā)揮出理論聯(lián)系實(shí)際的作用，不僅要提升教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)還要加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，為社會(huì)和用人單位培養(yǎng)出更多的復(fù)合型人才。