數(shù)控仿真軟件在“數(shù)控技術(shù)”實訓中的應用

張廣潮 陳飛昕

摘 要：“數(shù)控技術(shù)”實訓課程是培養(yǎng)機械類專業(yè)實踐應用型人才的基本內(nèi)容之一，也是集中實踐模塊中的必修課程。但大部分學校在開展“數(shù)控技術(shù)”實訓時，往往會出現(xiàn)學生人數(shù)多，而數(shù)控機床不足的情況。文章探討了數(shù)控仿真軟件應用于“數(shù)控技術(shù)”實訓教學中的優(yōu)勢及不足之處。

關(guān)鍵詞：“數(shù)控技術(shù)”實訓；數(shù)控仿真軟件；實踐

“數(shù)控技術(shù)”是一門綜合性、實踐性很強的課程，是培養(yǎng)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)，對于提高學生的專業(yè)綜合能力、創(chuàng)新意識和實際操作能力具有重要意義[1]?！皵?shù)控技術(shù)”實訓具有一定的科學思維和實踐動手能力，如果僅僅通過單純的理論教學和實踐上機操作，容易使初學者感到抽象、難學，再加上學生知識結(jié)構(gòu)、學習習慣等諸多不利因素，無法有效地利用“數(shù)控技術(shù)”實訓的有限時間，掌握數(shù)控機床的編程和操作技能。如何改善和提高“數(shù)控技術(shù)”實訓的教學方法和教學條件，讓學生更好地掌握數(shù)控編程和操作機床的技能，真正做到學以致用。實踐證明，利用數(shù)控仿真軟件融入“數(shù)控技術(shù)”實訓課程的教學中，可達到理想的效果。

1 傳統(tǒng)數(shù)控實訓的方法

在以往傳統(tǒng)的“數(shù)控技術(shù)”實訓教學過程中，一方面如果單純的理論教學很難引發(fā)學生的學習興趣，學習的效果也會大大降低。另一方面數(shù)控設備的價格普遍較高，很多學校難以做到一個學生一臺設備的教學條件，而且學生是初學者，難免在學習的初期出現(xiàn)不必要的操作失誤，從而引發(fā)安全問題和設備的損壞。學生也會因害怕而放不開手腳和心態(tài)進行大膽的操作，導致達不到理想的教學效果。

在講解數(shù)控機床上機操作方法的內(nèi)容時，不僅實訓場地面積和數(shù)控機床的數(shù)量有限，而且實訓指導教師的人數(shù)也有限，導致一個班需要分數(shù)個小組，每組10～20人圍著一臺數(shù)控機床和指導教師進行聽講，會造成部分學生不能清晰地看到數(shù)控機床面板操作和實際切削加工的過程，大大降低學生的聽課效果，增大教師的工作強度。

2 數(shù)控仿真軟件概述

數(shù)控仿真軟件是應用計算機技術(shù)對數(shù)控加工操作過程進行模擬仿真的一門新技術(shù)，通過計算機的編程和建模，將加工過程用三維圖形和二維圖形的方式演算出來的軟件[2]。該軟件可以模擬實際設備加工環(huán)境及其工作狀態(tài)對數(shù)控加工程序進行快速、精確的仿真，驗證數(shù)控程序的可靠性，防止干涉和碰撞等情況的發(fā)生。不僅可以應用于制造企業(yè)中，而且在數(shù)控課程的教學中，既可以使學生達到模擬實操的目的，建立對數(shù)控加工的感性認識，又能進行獨立動手并反復操作，還可以大幅減少設備資金的投入，安全穩(wěn)定性好。

當前國內(nèi)常用的數(shù)控仿真軟件有廣州超軟、南京斯沃、上海宇龍等，基本涵蓋了市場主流的數(shù)控系統(tǒng)和操作面板，包括發(fā)那科（FANUC）、西門子（SINUMERIK）、華中世紀星（HNC）、三菱（MITSUBISHI）、海德漢（HEIDENHAIN）、廣州數(shù)控（GSK）等。目前部分數(shù)控系統(tǒng)廠家也有推出自己公司的仿真軟件。

3 數(shù)控仿真軟件在實訓中的優(yōu)勢

3.1 彌補數(shù)控機床數(shù)量的不足

以廣東技術(shù)師范學院為例，“數(shù)控技術(shù)”實訓人數(shù)較多，每學年有大約6個班，一個班約50人。數(shù)控實驗室有20臺數(shù)控車床（華中系統(tǒng)）、6臺數(shù)控銑床（華中系統(tǒng)）和6臺加工中心（FANUC系統(tǒng)），在各高校中廣東技術(shù)師范學院的數(shù)控實訓設備數(shù)量排名前列，但仍然不能做到一人一機，需要分組輪流進行操作。為了保證每個學生有更多的時間操作機床，在計算機房安裝數(shù)控仿真軟件進行教學，并讓學生將實際操作機床的過程在仿真軟件中多加練習，待熟練后上機床操作的效率可大幅度提高，從而確保了每個學生使用數(shù)控機床的時間更加充足和高效。在數(shù)控加工時，切削的過程時間較長，輪候的學生可在計算機上的數(shù)控仿真軟件先進行仿真加工，避免了因設備不足需要輪候，導致學生浪費時間的問題。

數(shù)控仿真軟件可彌補學生在實訓過程中設備不足的情況，還減少實訓刀具和加工耗材的損耗，甚至利用仿真軟件具有多種不同型號、系統(tǒng)數(shù)控機床的特點，讓學生接觸更多層面的數(shù)控技術(shù)。

3.2 教學效果顯著

數(shù)控仿真軟件可以選擇與實訓教學相符的數(shù)控機床型號、操作系統(tǒng)和控制面板，保證了仿真操作與實際操作的一致性。數(shù)控仿真軟件不僅模擬真實數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)、控制面板按鈕的位置和屏幕的顯現(xiàn)內(nèi)容等，而且軟件的操作界面與機床實時運行的狀態(tài)呈現(xiàn)一體化顯示，界面簡潔，操作簡單，如圖1所示。使得“數(shù)控技術(shù)”實訓教學過程變得形象生動，讓學生更容易理解和運用。

現(xiàn)實中數(shù)控加工前的準備工作，如裝夾工件、選擇刀具、裝卸刀具和測量尺寸等，都可在仿真軟件對應的輔助工具欄中進行操作。通過鼠標的滑輪和輔助工具欄中的各視角切換，進行全方位遠近距離的動態(tài)觀察機床和工件加工情況，多方位了解數(shù)控機床運行原理和結(jié)構(gòu)，還可全面查看監(jiān)測整個切削加工的仿真過程，效果逼真。數(shù)控仿真軟件與數(shù)控機床的通信傳輸模式一致，將編制好的數(shù)控程序或者生成的NC文件，可直接導入數(shù)控仿真軟件和數(shù)控機床中進行加工，從而達到仿真現(xiàn)實的一體化。

在傳統(tǒng)“數(shù)控技術(shù)”實訓講解機床操作時，10～20個學生圍在教師和數(shù)控機床旁進行觀看，教學效果較差。但運用了數(shù)控仿真軟件先在計算機房里用多媒體教學，讓每一個學生都可以清晰明了地觀看操作全過程，加以練習熟練后，再上數(shù)控機床進行著重點的講解，學生便可輕松地掌握數(shù)控機床的操作。

3.3 安全性提高

數(shù)控機床是一種高價格、高精度的機械設備，并且也是對操作者技術(shù)要求較高的設備。而且數(shù)控實訓面向的是沒有數(shù)控實踐經(jīng)驗的學生，如果學生不熟悉機床的編程和操作，容易出現(xiàn)操作錯誤，很容易發(fā)生人身安全事故和設備的損壞。

在“數(shù)控技術(shù)”實訓中運用數(shù)控仿真軟件，讓毫無數(shù)控實踐經(jīng)驗的學生有了一個過渡的平臺。在計算機上進行數(shù)控仿真軟件的操作不存在安全問題，不會因為學生的操作失當、編錯程序、調(diào)錯程序、對刀錯誤、切削參數(shù)不合理等造成數(shù)控機床的損壞，更不會對操作者造成人身安全事故。讓學生充分發(fā)揮主觀能動性，提高自信心，激發(fā)對“數(shù)控技術(shù)”實訓的學習興趣，而且在課后可以獨立地練習。

在操作數(shù)控仿真軟件過程中，如出現(xiàn)不正確的操作，系統(tǒng)會彈出報警窗口，提示學生出現(xiàn)的錯誤。其中例如導入數(shù)控車程序，程序有誤或格式不正確，系統(tǒng)會在面板上報警，并提示哪一行程序出現(xiàn)錯誤。這種種功能不僅有利于學生用正確方法操作設備和編寫正確的程序，而且大大避免了在數(shù)控機床上發(fā)生安全隱患。

4 數(shù)控仿真軟件的不足之處

數(shù)控仿真軟件始終只是模擬加工，與實際加工操作還是存在一定的差異。雖然程序的正確性可通過數(shù)控仿真軟件檢查，但實際加工過程中切削參數(shù)的設置、工件毛坯裝夾的長度、刀具伸出量長度、尺寸精度控制等問題，還是必須通過實際操作才能得以學習和掌握。在數(shù)控仿真軟件模擬加工的過程中，不會出現(xiàn)機床故障、冷卻液壓力不足、刀具磨損、粘刀和斷刀等突發(fā)問題，會導致學生安全意識有所降低，無法根據(jù)實際加工出現(xiàn)的狀況做出合理的判斷和解決的方法。

5 結(jié)語

在“數(shù)控技術(shù)”實訓的課程中，通過引入數(shù)控仿真軟件可更好保證實訓教學的質(zhì)量和效果，進一步提高了學生編程的正確性、操作數(shù)控機床的能力和設備安全性等。當然數(shù)控仿真軟件也存在著不足的地方，只有實訓指導教師在教學中不斷嘗試和創(chuàng)新，將數(shù)控仿真軟件和實訓教學更合理地結(jié)合起來，才能讓學生在“數(shù)控技術(shù)”實訓中獲得更佳的效果。

[參考文獻]

[1]張錦洲，徐小兵.高校數(shù)控實訓教學改革探討[J].長江大學學報（自然科學版），2014（22）：111-112，121.

[2]鄧遵義，李攀峰.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學中的應用淺析[J].中國電力教育，2010（6）：81-82.