仿真教學(xué)在現(xiàn)階段數(shù)控編程課程教學(xué)中的優(yōu)缺點(diǎn)

趙 鈺

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶408000）

1 仿真教學(xué)法及其優(yōu)點(diǎn)

仿真教學(xué)也稱為模擬教學(xué)，就是用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬真實(shí)自然現(xiàn)象或社會(huì)現(xiàn)象，學(xué)生模擬扮演某一角色進(jìn)行技能訓(xùn)練的一種教學(xué)方法。仿真教學(xué)能在很大程度上彌補(bǔ)客觀條件的不足，為學(xué)生提供近似真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境，提高學(xué)生職業(yè)技能。在數(shù)控編程方面主要以仿真實(shí)訓(xùn)為主，即由計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完全仿真一個(gè)真實(shí)的工廠，或通過(guò)控制的模擬實(shí)訓(xùn)器，產(chǎn)生逼真的訓(xùn)練、操作環(huán)境，可以設(shè)置各種真實(shí)系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的參數(shù)、工藝、以及事故發(fā)生等，在節(jié)約很多訓(xùn)練時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的前提下達(dá)到同樣的訓(xùn)練目的。仿真教學(xué)是具有綜合作用的教育手段，學(xué)生置身于仿真環(huán)境中，可以充分調(diào)動(dòng)感覺(jué)，運(yùn)動(dòng)和思維，極大地提高了學(xué)習(xí)效率。

與傳統(tǒng)的方式相比，仿真教學(xué)具有很多優(yōu)點(diǎn)，包擴(kuò)可以充分動(dòng)手的機(jī)會(huì)、靈活仿真各種真實(shí)情況、設(shè)定各種事故及極限運(yùn)行狀態(tài)、自動(dòng)評(píng)價(jià)、安全、節(jié)省開(kāi)支、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、開(kāi)拓想象空間、減輕教師的負(fù)擔(dān)、增強(qiáng)學(xué)生的自信心和成就感、專業(yè)工作的積極性等方面，因此越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外高校、公司及工廠的重視，近些年得到了迅猛的發(fā)展。

2 與數(shù)控編程課程的融合

數(shù)控編程課程主要以仿真實(shí)訓(xùn)為主。數(shù)控機(jī)床的操作訓(xùn)練如果完全依賴數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，投入大消耗多成本高，即使是實(shí)力雄厚的培訓(xùn)院校和企業(yè)既無(wú)必要也無(wú)力承擔(dān)起此種消耗與投入。同時(shí)隨著學(xué)生人數(shù)的不斷增加，有限的機(jī)床數(shù)量難以保證每位學(xué)生有足夠的上機(jī)操作時(shí)間，使教學(xué)安排和教學(xué)計(jì)劃的執(zhí)行都比較困難，無(wú)法保證學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。學(xué)生在真實(shí)機(jī)床上操作還具有一定的危險(xiǎn)和不安全性，培訓(xùn)中的誤操作經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備、刀具等的損壞，甚至引發(fā)人身傷害事故，增加了培訓(xùn)成本。因此可以利用數(shù)控加工仿真軟件，模擬數(shù)控機(jī)床的操作面板、工作原理、機(jī)床結(jié)構(gòu)，訓(xùn)練學(xué)生的編程和加工技能。市面上常用的數(shù)控加工仿真軟件有上海宇龍的、VNUC、南京宇航和浙大辰光等，它們都具有可以在計(jì)算機(jī)屏幕上仿真完成數(shù)控加工程序的輸入輸出、數(shù)控機(jī)床操作、工件加工、虛擬測(cè)量等數(shù)控加工的全過(guò)程、包括機(jī)床設(shè)定(支持多種數(shù)控系統(tǒng))、定義毛坯、刀具準(zhǔn)備、基準(zhǔn)測(cè)量、g代碼處理、面板操作等功能，而且配置要求低，只需要仿真軟件和要求不是很高的計(jì)算機(jī)，并與多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)兼容，利用網(wǎng)絡(luò)可以搭建交流的平臺(tái)，為師生的相互交流提供了方便。

利用仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué)，可以優(yōu)化教學(xué)方法。比如在沒(méi)有引入仿真教學(xué)之前，教學(xué)方法主要以教師講解加演示的方式為主，學(xué)生在操作時(shí)仍然會(huì)有生疏和畏懼的感覺(jué)，容易引起失誤。而引入了仿真教學(xué)法后可以實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與技能訓(xùn)練的銜接，將技能訓(xùn)練的純操作與純消耗向運(yùn)用數(shù)控仿真系統(tǒng)檢驗(yàn)編程效果結(jié)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)行訓(xùn)練的轉(zhuǎn)變,既能節(jié)約本,又能讓學(xué)生得到有效的訓(xùn)練，訓(xùn)練熟練后再上機(jī)床操作，失誤率會(huì)有明顯降低。在引入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應(yīng)用軟件之前，數(shù)控編程與操作課程與其他課程教學(xué)模式相同，主要是課堂教學(xué)，學(xué)生對(duì)自己所編的程序正確與否是通過(guò)教師批改作業(yè)來(lái)知曉的。這種方法教師檢查程序需逐個(gè)程序段進(jìn)行查閱，內(nèi)容多而十分麻煩，一些在數(shù)控機(jī)床上常常無(wú)法通過(guò)的書寫錯(cuò)誤也不易查出，而這些問(wèn)題的解決在實(shí)際數(shù)控編程中是十分重要的。至于數(shù)控操作問(wèn)題，在黑板上講各按鍵的作用、名稱與使用更是一件費(fèi)力不討好的事，習(xí)者枯燥，教者乏味。引入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)以后，學(xué)生所編程序可以直接在計(jì)算機(jī)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的模擬加工演示，對(duì)程序編寫和書寫的錯(cuò)誤能直接看出，機(jī)床操作面板的使用與零件的加工過(guò)程也和實(shí)際加工情況十分相似，學(xué)生可以從任意角度觀察數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程，毛坯加工為成品的過(guò)程歷歷在目，直觀形象，便于學(xué)習(xí)與掌握，編程與操作的作業(yè)可以直接在計(jì)算機(jī)上檢查。不光降低了教師的工作強(qiáng)度，還有效的克服了學(xué)生的畏難情緒，提高了學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果顯著提高。此外，還可以利用仿真軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授課，進(jìn)行遠(yuǎn)程培訓(xùn)。

3 弊端與改進(jìn)方法

雖然利用仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué)的模式打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使專業(yè)教學(xué)的效果大大提升，但是我們并不能完全依賴仿真教學(xué)。

既然是仿真，肯定是模擬真實(shí)加工環(huán)境，模擬規(guī)模擬，和真實(shí)加工環(huán)境還是有區(qū)別的，它不可能完全替代實(shí)際操作。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)只是加工過(guò)程的模擬而并非真實(shí)加工過(guò)程,它無(wú)法代替學(xué)生在真實(shí)切削加工的實(shí)際感受。比如數(shù)控刀具的選用與安裝,現(xiàn)實(shí)中安裝刀具需要擺好刀具的位置，加上墊刀片，并利用工具將刀具夾緊，是一個(gè)細(xì)致和比較費(fèi)力的操作環(huán)節(jié)。而在仿真軟件里，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“安裝刀具”的按鈕，不到1秒鐘，刀具會(huì)被準(zhǔn)確而牢固的安裝在刀架上，使學(xué)生誤認(rèn)為刀具的裝夾是非常容易的事而毫不在意。又如在加工過(guò)程中刀具是不會(huì)被磨損的，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)都不會(huì)，而現(xiàn)實(shí)加工中刀具是會(huì)被慢慢磨損的，在加工過(guò)程中需要不斷彌補(bǔ)刀具磨損所帶來(lái)的誤差，不斷調(diào)整刀補(bǔ)或程序，軟件里面就不需要這樣做，一次性切削完成，根本不用考慮刀具的影響，也不會(huì)出現(xiàn)任何安全事故。更有些仿真軟件忽略了加工工藝,只要編程時(shí)選擇的切削用量（特別是背吃刀量）小于切削刃的長(zhǎng)度，不管設(shè)置多快或多慢的切削速度都可以仿真加工出零件，而且零件的表面質(zhì)量和尺寸都能達(dá)標(biāo)。這樣就使初學(xué)者不容易判斷加工程序是否正確或合理，對(duì)一些違規(guī)操作帶來(lái)的后果估計(jì)不足，放松了安全生產(chǎn)的學(xué)習(xí)，麻痹大意，這些習(xí)慣在機(jī)械行業(yè)中是大忌。由于準(zhǔn)備不足，在實(shí)際加工中就有可能出現(xiàn)撞刀或刀具磨損過(guò)快的情況，造成損壞刀具、加工質(zhì)量低下和生產(chǎn)效率低的后果,更嚴(yán)重的會(huì)損壞機(jī)床的硬件和威脅到操作者的人身安全。

為了避免上述情況的出現(xiàn)，我們可以采用以下辦法：

（1）選擇質(zhì)量過(guò)硬的仿真軟件。軟件的功能要更趨近于現(xiàn)實(shí)加工，最好有預(yù)測(cè)和分析功能，能把操作者的每一步操作記錄下來(lái)進(jìn)行分析，并顯示出繼續(xù)操作下去的結(jié)果。這樣的話一方面它既可以對(duì)工件及刀具做出精確的幾何描述，對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面又可以對(duì)加工過(guò)程中任意時(shí)刻的幾何信息進(jìn)行提取(如切屑厚度、切屑幾何形狀、刀刃與工件嚙合部分)，根據(jù)數(shù)控加工過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)影響加工質(zhì)量的刀具，夾具及工件的彎曲、疲勞、振動(dòng)及溫升進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)，來(lái)獲得優(yōu)化的加工過(guò)程參數(shù)（如合適的刀具，進(jìn)給率等）。這樣，數(shù)控仿真系統(tǒng)才會(huì)發(fā)揮更大的作用，才能成為完善的，真正意義上的仿真系統(tǒng)。

（2）數(shù)控實(shí)訓(xùn)不能完全依賴仿真軟件。仿真軟件可以作為提高實(shí)訓(xùn)效率的輔助手段,而不能完全代替實(shí)際操作.教師在講解時(shí)，要充分而細(xì)致的說(shuō)明仿真和實(shí)際操作的區(qū)別，讓學(xué)生引起足夠的重視。在實(shí)訓(xùn)時(shí)，教師也要認(rèn)真指導(dǎo)，及時(shí)糾正，合理的安排實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，通過(guò)實(shí)際操作讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)加工環(huán)境，建立正確的操作意識(shí)。只有把軟件仿真教學(xué)與實(shí)際加工有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，博采眾長(zhǎng)，才能有效地提高教學(xué)效率。

結(jié)語(yǔ)：利用仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué)，使課堂的教學(xué)變得更加生動(dòng)、更加具體，鍛煉了學(xué)生的大膽、獨(dú)立的習(xí)慣，對(duì)學(xué)生機(jī)床操作能力的培養(yǎng)起到了極大的作用。但我們也應(yīng)意識(shí)到仿真教學(xué)的局限性，由于仿真教學(xué)的仿真軟件和實(shí)際操作存在差距，因此，我們的數(shù)控教學(xué)最好用軟件仿真進(jìn)行初期感性訓(xùn)練和基本程序與指令代碼的練習(xí)，而不能把整個(gè)教學(xué)活動(dòng)完全放在軟件上，對(duì)實(shí)際加工必須有足夠的重視，這樣的教學(xué)效果才會(huì)變得更好。

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