數控加工技術三維仿真平臺的建設

蘭松云+許毅+蒙俊健

【摘 要】本文以廣西機電工業(yè)學校為例，探索建設數控加工技術三維仿真平臺，提出基于“統(tǒng)一規(guī)劃、虛實結合，理、虛、實貫通”的理念建設數控加工技術三維仿真平臺，并從教材建設、“理、虛、實”一體化教學模式構建、三維仿真實訓室開放、數字化實訓車間建設等方面探索數控加工技術三維仿真平臺的應用。

【關鍵詞】數控加工技術 三維仿真平臺建設 實踐教學

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）04B-0029-02

教育部頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》提出，加快職業(yè)教育信息化建設，建設仿真實訓基地等信息化教學設施，加強實踐教學，創(chuàng)新仿真實訓資源應用模式，提高使用效益。隨著計算機技術、仿真技術的不斷提高，以及計算機仿真的硬件與軟件成本的逐漸降低，三維虛擬仿真實訓在中職教育中得到廣泛的應用，已成為實訓教學重要的組成部分和提高教學質量的有效手段。

數控技術應用專業(yè)是廣西示范特色專業(yè)和學校重點建設專業(yè)，在專業(yè)建設過程中，校企合作開發(fā)三維虛擬仿真軟件，利用三維虛擬仿真技術，建設虛擬仿真實訓室、數字化車間和數控加工技術三維仿真平臺，根據“統(tǒng)一規(guī)劃、虛實結合”的實訓基地建設思路，把虛擬仿真實訓與實訓基地建設有機結合起來，加強了專業(yè)實訓基地建設，完善了專業(yè)實踐教學體系，為教學方法和教學模式改革提供了支撐，全方位培養(yǎng)了學生數控機床的實際操作能力和專業(yè)能力，為社會培養(yǎng)了全面熟練掌握數控加工技術的應用型技能人才，在數控加工技術三維仿真平臺的建設上探索出一條可行之路。

一、數控加工技術三維仿真平臺的建設思路

數控技術應用專業(yè)人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)熟練掌握零件數控編程與加工技能，能運用 CAD/CAM 軟件，從事數控機床操作、數控加工工藝和程序編制、常規(guī)機械加工等工作的高素質技能型專門人才。具有實踐性強、對學生空間思維三維想象及手腦并用的能力培養(yǎng)要求較高的專業(yè)特點。廣西機電工業(yè)學校數控加工技術三維仿真平臺的建設以專業(yè)人才培養(yǎng)目標為基本出發(fā)點，以提高學生工作能力和創(chuàng)新精神為宗旨，以實訓操作難以完成或存在安全問題的工作任務為建設重點，明確三維仿真軟件開發(fā)的定位，確立了“統(tǒng)一規(guī)劃、虛實結合，理、虛、實貫通”的建設理念。以“理”來加強專業(yè)理論知識學習和對實踐活動的指導，以“虛”來強化理論知識應用與專業(yè)操作能力的培養(yǎng)，以“實”來提高學生實際動手能力和產品加工能力，注重學生基礎性實踐技能和專業(yè)綜合能力的培養(yǎng)。

二、數控加工技術三維仿真平臺的構建

廣西機電工業(yè)學校數控技術應用專業(yè)主要就業(yè)的崗位群是數控機床操作工、數控編程工藝員和普通機床操作工，根據就業(yè)的職業(yè)崗位和主要工作任務要求，圍繞職業(yè)核心能力和數控車操作工、數控銑操作工、加工中心操作工的職業(yè)資格需要，結合廣西機電工業(yè)學校數控技術應用實訓基地現有的設備，校企合作構建了具有加工程序校驗、碰撞檢查、工件過切檢查、程序優(yōu)化功能的數控加工技術三維仿真平臺，如圖 1 所示。

1.基于斯沃數控仿真系統(tǒng)建設的數控車三維仿真實訓室?；谒刮謹悼胤抡嫦到y(tǒng)建設數控車三維仿真實訓室，主要功能是查看學生所編程序的軌跡路線、校驗數控宏程序，可以模擬加工的過程和對仿真零件進行測量，檢查零件幾何結構的尺寸是否正確。

2.基于 SOLIDCAM&SOLIDWORKS 平臺開發(fā)三維數字化樣機仿真教學系統(tǒng)。配套車削中心、數控四軸加工中心等真實設備和數控系統(tǒng)，開發(fā)基于 SOLIDCAM&SOLIDWORKS 平臺三維數字化樣機仿真教學系統(tǒng)，對計算機自動生成的加工程序進行仿真模擬加工。其主要功能是預防運動部件與工件發(fā)生碰撞等，避免對機床傷害的動作，檢查過切造成零件報廢、檢查切削工藝和效果。對學生掌握復雜的車銑復合、多軸聯(lián)動加工很有幫助，在仿真平臺上通過校驗的加工程序，傳輸到機床進行真實加工能確保安全運行，避免對貴重設備造成碰撞損壞，實現安全作業(yè)。

3.基于 VERICUT 平臺的三維數字化樣機仿真教學系統(tǒng)?；?VERICUT 平臺，配套車削中心，數控三軸、四軸、五軸加工中心等真實設備和數控系統(tǒng)開發(fā)三維數字化樣機仿真教學系統(tǒng)，對自動、手工、宏程進行工業(yè)級仿真校驗、程序優(yōu)化，其主要功能是可以將加工程序運行之后得到的三維數據與零件設計與理想三維數據原型進行比對，發(fā)現產生過切的刀具路徑或殘余材料區(qū)域；可以對自動、手工所編制的加工程序進行優(yōu)化，提高機床設備運行的平穩(wěn)性，延長刀具的使用壽命。針對參加技能競賽的選手進行培訓，提高競賽成績。

三、數控加工技術三維仿真平臺的應用

1.建設與三維仿真平臺配套使用的教材。教材是課程內容的重要載體，其內容的選擇與編排直接影響到教師教學活動的組織，決定著教學的質量和效果。研究利用仿真技術與教學內容整合、呈現方式，開發(fā)與仿真軟件使用配套的教材，是開展有效的仿真教學活動的基礎。根據開發(fā)的數控加工技術三維仿真平臺，組織教師編寫《數控車編程與實訓教程》《數控車加工技術》《數控銑編程與實訓教程》《數控銑加工技術》《CAD/CAM應用技術》理實一體化教材，其中《數控銑編程與實訓教程》《數控車編程與實訓教程》已由電子工業(yè)出版社出版，并在全國發(fā)行；《數控銑加工技術》《數控車加工技術》《CAD/CAM應用技術》已由科學出版社出版，并在全國發(fā)行。

2.構建基于產品生產過程為導向的“理、虛、實”一體化教學模式。數控加工技術三維仿真平臺的建設是對數控技術應用專業(yè)實訓基地功能的延伸和有效補充，它可以彌補專業(yè)實訓車間的不足，可以豐富專業(yè)實踐教學的內容，帶動專業(yè)實踐教學模式的創(chuàng)新。虛擬仿真軟件還可以輔助專業(yè)理論教學，使理論教學中抽象的、難以理解的內容通過虛擬仿真的形式展現出來，易于學生的理解與掌握，可激發(fā)學生學習興趣，提高學習質量，使之成為理論學習的重要輔助手段。

在數控技術應用專業(yè)教學中，利用數控加工技術三維仿真平臺中的機械制圖模型庫、機械基礎仿真模型庫、機床夾具模型庫等數字化教學資源和三維虛擬仿真實訓室，實施基于產品生產過程為導向的“理、虛、實”一體化教學模式。在教學組織形式上，突破傳統(tǒng)的教室授課方式，形成以教室—機房—車間多個場所組合，實現數控編程、數控仿真、CAD/CAM 應用和數控實訓的理、虛、實一體化教學，構建了“2+2+6”（2節(jié)理論+2節(jié)仿真+6節(jié)機床操作）三位一體教學模式。針對數控實習過程中合并CAD/CAM 應用的內容，使 CAD/CAM 課程與數控機床操作實習一同進行，實習過程中學生看到自己設計出來的數字模型變成了真實可用的工藝品，提高了學生對 CAD/CAM 軟件學習興趣，進而提高了 CAD/CAM 軟件應用的教學效果和人才培養(yǎng)質量。

3.開放數控加工技術三維仿真實訓室。在專業(yè)科的指導和教師的協(xié)助下，由學生組織有共同興趣愛好的同學創(chuàng)建專業(yè)社團——“CAD愛好者協(xié)會”，協(xié)會成員覆蓋數控、模具、機修、機電、計算機等專業(yè)，會員達 60 多人，制定《CAD愛好者協(xié)會章程》，由專業(yè)教師根據學生的需求定期授課，社團利用課余時間定期開展二維CAD、三維CAD、三維創(chuàng)意設計比賽等活動，數控加工技術三維仿真實訓室對專業(yè)社團開放，由社團成員對數控加工技術三維仿真實訓室進行管理，使愛好者CAD/CAM 應用能力得到提高，豐富學生課余文化生活，充實專業(yè)建設內涵。

4.建設數控加工技術數字化實訓車間。為整合現有硬件和軟件資源，使兩者有機結合，實現教學資源優(yōu)化配置與利用，在充分利用校園網的基礎上，對數控加工技術實訓車間實施數字化建設。在數控加工技術數字化實訓車間建設中，教學場所網絡化、媒體化，在教室、機房、車間等教學場所安裝媒體播放設備，布設網絡接口，實現資源的共享與聯(lián)通，隨時可以調用數控加工技術三維仿真平臺的教學資源。

四、數控加工技術三維仿真平臺建設成果

1.增強學生職業(yè)綜合能力，提高人才培養(yǎng)質量。在數控技術應用專業(yè)人才培養(yǎng)中，學校依托虛實結合的數控技術應用專業(yè)實訓基地，開展基于產品生產過程為導向的“理、虛、實”一體化教學模式改革與創(chuàng)新，通過在虛擬環(huán)境和實際生產環(huán)境中進行綜合性的技術訓練，讓學生在實踐過程中發(fā)現問題、分析問題并解決問題，使所學的理論知識得到驗證和綜合應用，增強學生職業(yè)綜合能力，提高人才培養(yǎng)質量。近三年，畢業(yè)生的雙證率達 98%，部分學生考取了兩個職業(yè)資格證，學生就業(yè)率每年保持 100%，深受用人單位的歡迎。

2.教學與競賽相結合，學生技能比賽成績突出。通過數控加工技術三維仿真平臺的建設，使廣西機電工業(yè)學校的數控技術應用專業(yè)校內外實訓基地建設逐步完善，突出了實踐教學，激發(fā)了學生的學習興趣，學生的數控技術技能水平、創(chuàng)新能力顯著提高，學生技能比賽成績突出。在近三年的全國職業(yè)院校數控技能大賽、廣西職業(yè)院校數控技能大賽等技能比賽中，學生獲得國家級學生組三等獎 1 個，自治區(qū)級學生組一等獎 7 個、二等獎 8 個、三等獎 8 個。在第七屆廣西數控大賽中獲得廣西數控大賽師生組合第二名。

3.依托專業(yè)優(yōu)勢，提高社會服務能力。依托良好的虛實結合專業(yè)實訓基地教學條件，積極開展對外培訓，為廣西各職業(yè)院校專業(yè)教師、實訓指導教師、企業(yè)相關工作技術人員等開展ArtCAM、CAD、DELCAM 等系列軟件培訓。依托實訓車間，多次承辦南寧市數控技能大賽，并對外開展職業(yè)技能鑒定。

【參考文獻】

[1]李繼芳，謝火木，等.機電類專業(yè)虛擬仿真實驗教學中心建設[J].中國教育教術裝備，2016（10）

[2]張 瑩，張 興.以虛擬仿真資源為抓手，打造湖鐵特色教學資源平臺[J].中國教育信息化，2012（13）

（責編 江月陽）