數(shù)控仿真軟件在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

丁艷

【摘要】數(shù)控仿真軟件在數(shù)控技術(shù)的教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用；介紹了幾款國內(nèi)外常用的數(shù)控仿真軟件以及數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的優(yōu)勢和局限性，闡述了仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控仿真軟件數(shù)控教學(xué)應(yīng)用

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0183-02

在數(shù)控加工的教學(xué)過程中，仿真加工是一個很重要的環(huán)節(jié)，是連接數(shù)控加工理論知識學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和操作加工環(huán)節(jié)的橋梁。數(shù)控技術(shù)知識復(fù)雜而抽象，利用仿真軟件可以讓學(xué)生在實訓(xùn)課前預(yù)習(xí)數(shù)控機床操作，課后復(fù)習(xí)鞏固機床操作要領(lǐng)，在一定程度上降低了實訓(xùn)成本，也避免了一些安全操作問題。同時，仿真加工不受時間、地點的限制，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)數(shù)控機床操作和檢驗自編程序，也不受實訓(xùn)中心設(shè)備類型、數(shù)控系統(tǒng)類型的限制。近幾年的教學(xué)實踐效果表明數(shù)控仿真教學(xué)是一種安全有效的教學(xué)模式和教學(xué)手段。

一、常用數(shù)控仿真軟件簡介

目前，國內(nèi)常用的數(shù)控仿真軟件有聯(lián)高VNUC、上海宇龍、南京斯沃等軟件，它們具有以下幾個特點：校驗數(shù)控程序的正確性，防止因錯誤程序?qū)е碌纳a(chǎn)錯誤甚至事故；檢測刀具軌跡中可能存在的錯誤，從而避免工件過切，并提供刀具碰撞干涉檢查；能夠提供全面的數(shù)控仿真加工過程，包括毛坯和刀具的定義、裝夾方式的選擇、工件的測量、刀具補償值的設(shè)置等；提供多種主流數(shù)控系統(tǒng)的仿真環(huán)境，數(shù)控面板操作與真實數(shù)控系統(tǒng)幾乎一致；硬件配置需求低，一般的個人電腦即可實現(xiàn)數(shù)控的仿真加工，并能夠與多種計算機操作系統(tǒng)兼容；具有良好的交流互動平臺，教師通過廣播的方式在學(xué)生屏幕上演示教學(xué)內(nèi)容，教師也可以通過自己的屏幕觀看每個學(xué)生的實時操作情況。國內(nèi)的數(shù)控仿真軟件尤其適合于教學(xué)使用和數(shù)控加工初學(xué)者。

國外最常見的數(shù)控仿真軟件是由美國CGtech公司開發(fā)的VERICUT數(shù)控仿真軟件，在通用機械、軍工、航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在數(shù)控仿真軟件中處于領(lǐng)先地位。VERICUT軟件能夠根據(jù)需要開發(fā)出和自身所擁有的實際機床相一致的虛擬機床，還可以對刀具和夾具系統(tǒng)直接進行造型建模，也可利用外部CAD軟件建模，完成毛坯與夾具系統(tǒng)的裝配、夾具系統(tǒng)與機床工作臺的裝配，確保仿真中各系統(tǒng)之間的相互位置與實際加工完全一致，這是優(yōu)于其他仿真軟件的突出特點。VERICUT是基于工藝過程的仿真軟件，能及時發(fā)現(xiàn)工序劃分、工件定位、裝夾中存在的工藝漏洞或隱患，能驗證加工程序、工藝優(yōu)化及定量分析加工結(jié)果，但VERICUT軟件不具備數(shù)控面板、機床面板操作仿真功能和師生交互平臺，通常應(yīng)用于企業(yè)和具備一定數(shù)控加工知識的專業(yè)人員。

二、數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）充分利用教學(xué)資源，虛擬加工，安全性高，便于初學(xué)者學(xué)習(xí)。對于初學(xué)者在真實操作機床加工之前，利用數(shù)控仿真軟件讓初學(xué)者先熟悉機床面板和基本操作，能夠減少因?qū)W生操作失誤造成的設(shè)備損耗。例如在講解對刀時，初學(xué)者對于對刀的原理和方法不夠熟悉，直接在機床上操作容易造成學(xué)生的操作失誤，若利用仿真軟件演示對刀的方法，并讓學(xué)生反復(fù)操作練習(xí)，再到機床上練習(xí)，既能夠加深學(xué)生的理解，使抽象的內(nèi)容形象化，又在一定程度上降低了實訓(xùn)成本，也減少了安全隱患。

（二）利用數(shù)控仿真軟件能有效配合理論學(xué)習(xí)，實現(xiàn)同步教學(xué)。編程的理論知識對于高職學(xué)生來說具有一定的抽象性，按傳統(tǒng)的教學(xué)方式授課，學(xué)生難以理解，甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)情緒。在教學(xué)過程中，若采用邊講解邊演示，即教師講授完理論知識，就通過仿真軟件進行演示和驗證，這樣理論和實踐知識相互交叉滲透，使抽象的內(nèi)容形象化、具體化，學(xué)生更容易理解。

（三）利用仿真軟件能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度。先學(xué)習(xí)理論知識，再利用數(shù)控仿真軟件進行操作和驗證，既能強化和鞏固所學(xué)知識，學(xué)生又能從仿真中找到操作的樂趣和成就感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

（四）可檢驗程序，便于自主學(xué)習(xí)。對于高職學(xué)生來說編寫數(shù)控加工程序是個難點，程序編寫的正確率較低，通常在語法和刀具路線上出現(xiàn)問題，不能直接在真實機床上進行加工，學(xué)生可以利用仿真軟件校驗編寫的數(shù)控加工程序，不受時間和地點的限制，課后也可以利用仿真軟件自學(xué)編程知識和校驗自編程序，方便自主學(xué)習(xí)。

三、數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

仿真加工教學(xué)以實際加工為依據(jù)，按照“零件圖分析——制定加工工藝——編寫數(shù)控加工程序——設(shè)置仿真初始化環(huán)境——對刀——錄入程序——仿真加工——測量分析”等環(huán)節(jié)進行，其中零件圖分析、制定加工工藝和編寫數(shù)控加工程序環(huán)節(jié)在仿真教學(xué)前的理論課上已經(jīng)完成，仿真教學(xué)時只做簡單復(fù)習(xí)，重點放在后面的環(huán)節(jié)。

設(shè)置仿真初始環(huán)境：主要完成數(shù)控系統(tǒng)的選擇、對仿真環(huán)境進行初始化的設(shè)置、機械回零、設(shè)置毛坯、裝夾毛坯和設(shè)置刀具等步驟。

對刀：對于沒有數(shù)控加工基礎(chǔ)的學(xué)生，教師必須嚴格按照實際對刀的方法講解和演示對刀步驟。一些仿真軟件還為用戶提供了快速對刀的快捷功能，例如斯沃仿真軟件，對于已具備數(shù)控加工基礎(chǔ)的學(xué)生，若只做加工程序校驗，則可以省略對刀的繁瑣步驟，利用該功能實現(xiàn)快速對刀，但一定要跟學(xué)生強調(diào)真實機床沒有快速對刀功能，必須按照對刀步驟進行對刀。

錄入程序：數(shù)控仿真軟件一般既支持數(shù)控系統(tǒng)面板輸入程序，也支持計算機鍵盤輸入程序，對于初學(xué)的學(xué)生應(yīng)要求其在數(shù)控系統(tǒng)面板上錄入程序，有利于其熟悉數(shù)控系統(tǒng)面板上各按鈕的功能和使用，能夠在真實加工中快速、準確地輸入程序。一些仿真軟件還提供了快速錄入程序功能，即將數(shù)控加工程序保存為文本文件，再傳輸?shù)椒抡孳浖?，例如宇龍仿真軟件和斯沃仿真軟件。對于具備一定?shù)控加工經(jīng)驗的學(xué)生可以采用此種方法快速錄入程序，但無論使用何種方式錄入程序，務(wù)必提醒學(xué)生在加工前單擊復(fù)位鍵，讓光標停留在程序起始處。

零件加工：在仿真加工過程中，可以通過旋轉(zhuǎn)、縮放、剖視圖、透明顯示等功能直觀全面地觀察到整個加工過程。通過仿真加工可以判斷刀具軌跡的合理性、是否存在刀具空走刀、干涉和撞刀等情況。

測量分析：加工完成后通過對工件的測量，可檢驗和分析數(shù)控加工程序的正確性和合理性。仿真軟件提供了特征點測量、特征線測量和距離測量等測量功能，滿足用戶各種測量要求。

教學(xué)中使用的仿真軟件為南京斯沃仿真軟件，該軟件界面友好，三維造型形象、逼真，各種功能與實際機床貼切，基本能夠滿足教學(xué)上的要求，并提供了刀具快速定位和快速模擬等快捷功能，對于已具備數(shù)控加工經(jīng)驗的學(xué)生，能夠簡化一些仿真步驟，有利于學(xué)生進行有重點的針對性練習(xí)，但一定要跟學(xué)生重點強調(diào)仿真加工與實際加工的不同點，以免在實際加工中造成事故。另外，斯沃仿真軟件具備自定義刀具庫，學(xué)生可以根據(jù)實際情況修改刀片形狀、尺寸以及刀桿、刀柄。教學(xué)中教師還可以把整個加工演示過程錄制下來，保存成AVI媒體格式文件，在課堂上用媒體播放，有益于增加學(xué)生的感觀認識。

四、數(shù)控仿真軟件的局限性

雖然數(shù)控仿真軟件在操作界面和操作方式上與真實加工已非常貼近，但在某些方面上仍然有較大差距，例如雖然仿真軟件中的數(shù)控系統(tǒng)面板與真實機床幾乎一致，但由于數(shù)控機床廠家眾多，數(shù)控機床面板與真實機床的操作面板上還有一定的差別。另外，對于某些功能仿真軟件還無法做到，需要進一步改進和完善，比如無法反映出切削用量的選擇對加工效果的影響，沒有刀尖圓弧半徑補償功能，不能做G71指令車內(nèi)孔仿真。

數(shù)控仿真軟件技術(shù)在教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，縮短了學(xué)生熟悉真實機床操作的時間，大大降低了學(xué)生初次操作數(shù)控機床的恐懼心理。運用數(shù)控仿真軟件輔助教學(xué)，使學(xué)生能夠較快熟悉機床操作界面和操作機床加工零件的步驟，動態(tài)直觀地觀察機床加工零件的過程，校驗程序的正確性，減少了在真實機床上操作的失誤率，同時為每個學(xué)生提供了動手操作機會，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得較好的教學(xué)效果。雖然數(shù)控仿真軟件仍存在一些局限性，但教師只要能夠善以利用，并能揚長避短，一定能收到事半功倍的教學(xué)效果。

【參考文獻】

［1］劉才志．?dāng)?shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用之思考［J］.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008（4）

［2］魏林，李琦．利用VERICUT軟件進行數(shù)控仿真加工教學(xué)研究［J］.遼寧高職學(xué)報，2010（8）

［3］陽濤．?dāng)?shù)控仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2011（2）

（責(zé)編丁夢）