計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在數(shù)控技術實踐教學中的運用

秦金祥

摘要：伴隨計算機應用技術的蓬勃發(fā)展，計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)得到了不斷的完善，并在數(shù)控技術教學實踐中發(fā)揮難以替代的功能和作用。由于數(shù)控仿真系統(tǒng)擁有實用、經(jīng)濟、安全等特征，能夠有效地減少對材料、場地及設備的消耗，從而幫助教師從繁重的事務性工作中解脫出來，集中力量和時間幫助學生觀察、分析及破解現(xiàn)實問題，本文結(jié)合數(shù)控加工系統(tǒng)的應用內(nèi)涵，探析數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的應用價值及原理，提出相應的應用策略。

關鍵詞：計算機數(shù)控加工;仿真系統(tǒng);數(shù)控技術實踐教學

中圖分類號： G424? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0142-02

技能在現(xiàn)代教育中擁有著至關重要的功能和作用，能夠幫助教師明確學生培養(yǎng)和課程教學的目標，調(diào)整教學結(jié)構和教學理念。而在數(shù)控仿真系統(tǒng)得以成熟和發(fā)展的背景下，以技能培養(yǎng)為核心的數(shù)控技術教學實踐活動越來越受到社會各界及專業(yè)教師的重視。數(shù)控仿真系統(tǒng)是結(jié)合學校教學和機床加工經(jīng)驗所研發(fā)的機床控制仿真軟件，能夠使學生在專業(yè)學習的過程中，更好地了解機床加工的要求，從而明確自身的學習方向和改進路徑，提升數(shù)控技術教學的質(zhì)量和效率。

1 計算機數(shù)控仿真系統(tǒng)的應用內(nèi)涵

數(shù)控仿真系統(tǒng)主要指通過計算機系統(tǒng)模型進行實踐探究、分析及問題解決的過程，能夠幫助學生在分析動態(tài)對象的過程中，降低風險，減少機床制造和設計周期，節(jié)約教學投資成本，提高教學資源的利用率。簡而言之，數(shù)控仿真系統(tǒng)是在模擬實際制造或加工的過程中，驗證加工程序準確性和明確切削“可靠性”的工具，通常以減少加工工件的“試切”頻率，來提升實踐質(zhì)量和節(jié)約教學成本的。現(xiàn)階段，該系統(tǒng)已經(jīng)在我國各大院校中，得到了有效的推廣和發(fā)展，能夠為教師開展各類教學實踐活動，奠定基礎。使每個學生能夠?qū)?shù)控加工形成直觀地、感性地認識，能夠通過反復操作，解決因設備昂貴或操作安全所形成的“一人一機”的教學問題。而在應用過程中，數(shù)控機床能夠?qū)⒂嬎銠C信息技術與仿真模擬軟件有機地融合起來，通過模型仿真的方式，使教師在專業(yè)教學中所傳授的理論知識或?qū)嵺`知識得到驗證，讓學生在實踐過程中，對復雜而抽象的知識體系有更深入、更有效、更確切的認識和理解。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)的應用價值及原理

2.1 數(shù)控仿真系統(tǒng)的價值

數(shù)控機床所加工的零件是通過數(shù)控程序和指令來完成的，工作人員為確保程序的可靠性和準確性，避免零件加工中出現(xiàn)“碰撞”和“干涉”等問題，通常是通過“試切”的方式來進行檢驗的。然而這種檢驗方法代價昂貴、費工費料，生產(chǎn)成本難以得到有效的控制，進而延長了生產(chǎn)周期和加工時間。而在現(xiàn)代技術得到快速發(fā)展的過程中，軌跡顯示法逐漸成為零件加工的主要檢測方法。通常來講，該方法能夠以筆或劃針來代替?zhèn)鹘y(tǒng)工具，以紙張或著色筆來代替加工工件，進而模擬刀具的運行軌跡，實現(xiàn)對加工程序的可靠性檢驗。但該方法存在明顯的局限性，難以對工件進行多維或三維加工，無法切實地提升零件加工的效益。而在此階段，我國部分工廠也有用塑料、木料及石蠟等材料來替代傳統(tǒng)工件，以此檢驗切削軌跡，不過該方法依舊存在著明顯的弊端。無法真正解決數(shù)控機床在零件加工中所存在的問題。因此在計算機信息技術得到快速發(fā)展的背景下，計算機仿真逐漸成為替代傳統(tǒng)試切方法的有效方案，能夠通過圖形顯示、仿真計算機環(huán)境模擬的方式，獲得較為準確的、多維的零件加工軌跡圖，提升數(shù)控機床加工的質(zhì)量和效率。

2.2 數(shù)控仿真系統(tǒng)的原理

在實際的應用中，操作者需要打開仿真系統(tǒng)界面，選擇機床信號，并在菜單來中明確相應的控制面板和視圖區(qū)功能。根據(jù)仿真系統(tǒng)的呈現(xiàn)形式，可將其劃分為兩大部分，首先是菜單區(qū)，菜單欄主要有教學管理、選項、工具、工藝流程、顯示、文件等功能模塊，以此幫助操作者更好地選擇和應用“操作工具”。其次是視圖操作。視圖區(qū)能夠?qū)?shù)控加工的過程及軌跡真實地呈現(xiàn)在操作者面前，使其對三維視圖的工件、刀具、機床及加工狀況，有宏觀的了解。在具體操作中，需要操作者根據(jù)加工對象進行工藝設計和分析，根據(jù)相關格式編寫NC程序，隨后選擇機床，安裝刀具和工件，建立坐標，編輯語言，效驗程序并進行自動加工。以此完成對數(shù)控機床零件加工的模擬和仿真，實現(xiàn)減少“試切”頻率，降低成本，切實實現(xiàn)提升零件加工的可靠性、穩(wěn)定性及有效性的目的。而由于數(shù)控機床的加工仿真是幾何仿真，因此不用考慮工件切削的具體參數(shù)、力度及相關的影響因素，只需要操作者對加工試切的運行環(huán)境進行模擬和仿真，便能有效地減少因程序問題而出現(xiàn)的刀具折斷、夾具破壞、機床損害等問題，提升機床加工的速度，減少加工成本。

3 數(shù)控仿真系統(tǒng)在實踐教學中的應用策略

現(xiàn)階段，數(shù)控仿真系統(tǒng)已成為我國職業(yè)資格考試的重要組成部分，成為檢驗從業(yè)者實踐能力和專業(yè)能力的基本手段。因此，數(shù)控仿真系統(tǒng)在社會應用中的普遍性和重要性。而在教學領域，數(shù)控仿真系統(tǒng)能夠有效地降低教學成本、緩解教師壓力，提升實踐教學的時效性和有效性，幫助學生更好地理解專業(yè)知識，提升實踐操作能力，從而為高校完善教學體系，提升辦學水平奠定了基礎和條件。

3.1 依托仿真系統(tǒng)創(chuàng)新教學模式

由于仿真系統(tǒng)的功能界面能夠切實地模擬數(shù)控機床的顯示屏幕和控制面板，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬狀況下，加工及制造零件的目標，幫助學生更好地熟悉和了解數(shù)控機床的作用機理，使學生通過模擬仿真操作，來實現(xiàn)運行真實設備的效果，進而提升實踐教學的質(zhì)量和效率，使學生在未來的崗位工作中，更快地適應工作環(huán)境和技術要求，使自己更快、更好、更有效地融入企業(yè)的生產(chǎn)加工的過程中。而由于數(shù)控技術實踐教學是在仿真平臺中得以實現(xiàn)的，因此能夠幫助教師降低相應的設備投入和資金投入，提升學生實踐能力的培養(yǎng)速度和質(zhì)量，極大地減少能源和材料的消耗。而在實際的實踐教學過程中，教師可通過移動智能設備，將仿真系統(tǒng)的操作規(guī)范、流程及注意事項以教學視頻的方式分發(fā)給學生，使學生對相應的操作流程有更深入的認識和理解，隨后在正式的實踐教學過程中，教師則以學生的能力培養(yǎng)和技能訓練為主，重點分析學生所存在的問題，并以課后總結(jié)的方式，指導學生進行相應的理論知識學習工作。而在這個過程中，教師也可開展項目驅(qū)動式教學，通過結(jié)合情景教學和項目教學的特征，幫助學生明確企業(yè)對操作人員的技術需求、崗位需求，更好地磨煉自身的實踐能力和專業(yè)能力。此外，如果條件允許，學?？裳邪l(fā)出適用于移動智能設備的仿真系統(tǒng)，完善并構建相應的在線教學模式，使實踐教學成為在線或課后教學的基本內(nèi)容。

3.2 構建完善的實踐反饋體系

在數(shù)控技術實踐教學中，學生可通過仿真軟件直觀而形象地觀看零件加工過程，掌握數(shù)控機床的加工流程和操作步驟，進而實現(xiàn)間接檢驗和測量工件的目的。首先在操作系統(tǒng)上，學生可通過刀具安裝、機床選擇、力度確定等操作，模擬和觀察工件加工及運動的過程。使教師更好地了解學生對仿真軟件的應用情況，提升教學反饋的質(zhì)量。其次，教師應根據(jù)仿真系統(tǒng)的報警信息或提示數(shù)據(jù)，幫助學生探尋故障原因，或者總結(jié)歸納學生在仿真操作中所存在的共性問題，隨后結(jié)合故障原因及操作的規(guī)范性，調(diào)整教學內(nèi)容、進度及方法，引導學生規(guī)范操作，提升實踐教學的實效性。然而在這個過程，教師還需要制定相應的反饋系統(tǒng)、評價系統(tǒng)，引導學生將實踐教學中所存在的問題，通過社交軟件或其他軟件傳遞給教師，繼而幫助教師更好地分析技能訓練、能力培養(yǎng)的效果。簡而言之，教師應結(jié)合仿真系統(tǒng)的特征，制定相應的教學反饋系統(tǒng)，使仿真模擬數(shù)據(jù)或預警提示成為教師考察或評價學生的關鍵和抓手，進而更好地深化仿真系統(tǒng)在實踐教學中的作用，提升數(shù)控技術的實踐教學質(zhì)量，推動學生的全面發(fā)展。除此之外，教師應結(jié)合數(shù)控仿真系統(tǒng)中的報錯數(shù)據(jù)，將學生所存在的問題制作數(shù)據(jù)表格，以此方便學生查看學習不同階段，自己所存在的問題，使教師更好地了解學生的實踐質(zhì)量，調(diào)整課程進度，進而根據(jù)學生所普遍存在的問題，制定相應的針對訓練。

3.3 構建全新的教學評價體系

數(shù)控技術實踐教學評價不應局限在理論知識考核及基礎設備操作的層面上，應結(jié)合行為導向教學理念，將學生的實踐能力、探索能力及思維能力作為主要評價內(nèi)容，形成以學生實踐操作能力為核心的全新評價體系。然而在這個過程中，教師如何正確地評價和考核學生的實踐能力、如何衡量學生理論聯(lián)系實際的能力。則需要教師根據(jù)專業(yè)教學的重點或難點，合理規(guī)劃實踐教學考核體系，使實踐模擬能夠充分反映或鞏固專業(yè)理論知識，進而讓學生在實踐過程中，更好地應用專業(yè)知識，解決實際問題。譬如，教師在考核或評價的過程中，可要求學生通過仿真系統(tǒng)加工并制作“特殊工件”，將機械加工企業(yè)在日常生產(chǎn)中所遇到的技術難題，通過仿真系統(tǒng)呈現(xiàn)給學生，以此考察學生的實踐能力和理論應用能力。除此之外，也可通過改變評價形式，將個體評價轉(zhuǎn)變?yōu)樾〗M評價，通過分發(fā)實踐任務的方式，來考察學生的合作交流能力、問題探究能力及知識應用能力。在這個過程中，教師需要引導學生以理論應用、實踐模擬等方式，逐漸完成特定的學習任務，并采用學生互評的方式，評價學生在小組合作中的配合能力，交際能力，合作能力及小組長的管理能力等。如果條件允許，教師也可要求學生對教師的教學內(nèi)容、方法及模式進行評價。

3.4 構建科學合理的保障體系

實踐教學是數(shù)控技術教學的核心和關鍵，然而實踐教學與課堂教學存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系，學生在仿真模擬的過程中所遇到的問題，主要是理論知識，實踐操作類問題教師能夠通過一定時間的講解和闡釋，幫助學生更好、更快、更有效地掌握仿真系統(tǒng)的各項功能和操作步驟。然而理論知識類問題，卻難以得到切實的解決，究其原因在于實踐教師和理論教師缺乏相應的協(xié)作交流。因此在具體的教學活動中，教師應通過構建教學資源數(shù)據(jù)庫的方式，幫助學生查找并應用理論知識或者構建線上交流平臺，允許學生及時咨詢專業(yè)教師。但為更好地提升實踐教學的質(zhì)量和效率，此外，學校應加強雙師型教師的培養(yǎng)力度，使實踐教師掌握豐富的社會經(jīng)驗和專業(yè)知識。在這個過程中，學?？裳埰髽I(yè)專業(yè)參與到實踐教學中，指導教師開展實踐教學活動，回答教師的專業(yè)問題，豐富教師的實踐知識?；蛘呶山處煹狡髽I(yè)中，從企業(yè)工作中，慢慢磨煉并提升自身的專業(yè)技能和實踐經(jīng)驗。繼而為保障并提升數(shù)控技術實踐教學質(zhì)量，奠定基礎，提供條件。

4 結(jié)語

數(shù)控仿真系統(tǒng)擁有價格低廉、操作便捷、可控性強等優(yōu)勢，能夠幫助數(shù)控技術實踐教學活動降低加工成本，提升實踐質(zhì)量，使學生更好、更充分地投入到實踐教學的過程中，繼而發(fā)揮實踐教學的優(yōu)勢，培養(yǎng)學生的實踐能力和專業(yè)能力，使學生更切合社會經(jīng)濟的發(fā)展需求，推動我國社會主義現(xiàn)代化建設的進程。

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