數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

段亞利

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

段亞利

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的使用可有效解決設(shè)備緊缺的問題，并有利于提高數(shù)控教學(xué)水平。論文對數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用作了詳細(xì)的介紹，并提出了使用數(shù)控仿真軟件教學(xué)時(shí)的注意事項(xiàng)。

數(shù)控；數(shù)控仿真軟件；教學(xué)

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)集機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率必不可少的手段。發(fā)達(dá)國家把提高數(shù)控技術(shù)水平作為提高制造業(yè)水平的重要基礎(chǔ)，競相發(fā)展。加入世貿(mào)組織后，我國正在逐步變成“世界制造中心”。為了增強(qiáng)競爭能力，制造企業(yè)已開始廣泛使用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，在許多領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床加工已在逐漸取代普通機(jī)械加工。我國對于數(shù)控技術(shù)人才的需求量也越來越大，并且對數(shù)控人才的質(zhì)量要求也越來越高。

目前，大部分高等職業(yè)院校都開設(shè)了數(shù)控技術(shù)專業(yè)，《數(shù)控加工編程與操作》課程是該專業(yè)的一門核心專業(yè)課，并且是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。隨著高校的擴(kuò)招，很多學(xué)校的數(shù)控實(shí)訓(xùn)室難以滿足正常的實(shí)踐性教學(xué)需要，合理地選用數(shù)控仿真軟件教學(xué)可以有效地彌補(bǔ)由于資金不足造成的實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量缺乏、品種單一的現(xiàn)狀，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

一、數(shù)控仿真軟件介紹

數(shù)控加工仿真是采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的手段對加工和零件切削過程進(jìn)行模擬。數(shù)控仿真軟件就是通過功能分析,采用構(gòu)建模型方式,利用計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行編程，將加工過程用三維圖形或二維圖形方式演示出來，是可以模擬實(shí)際機(jī)床加工環(huán)境及工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)仿真加工系統(tǒng)。現(xiàn)在國內(nèi)使用較多的數(shù)控仿真軟件有上海寧龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)、北京斐克的VNUC系統(tǒng)、浙大辰光數(shù)控虛擬加工系統(tǒng)、南京斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件和南京宇航數(shù)控仿真系統(tǒng)等，這些仿真軟件能對目前市場上的主流數(shù)控系統(tǒng)（FANUC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)、MITSUBISHI系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)）的車床、銑床、加工中心的操作全過程進(jìn)行仿真，使學(xué)生在計(jì)算機(jī)上仿真能獲得與實(shí)際操作中一樣的效果。

二、數(shù)控仿真軟件在教學(xué)上的應(yīng)用

1.使用數(shù)控仿真軟件教學(xué)可以充分利用現(xiàn)有教學(xué)資源，緩解學(xué)校購買數(shù)控設(shè)備的資金壓力，為學(xué)校節(jié)約實(shí)訓(xùn)費(fèi)用

數(shù)控機(jī)床是一種較為昂貴的機(jī)電一體化設(shè)備,并且型號、規(guī)格、操作系統(tǒng)眾多,為滿足學(xué)生操作技能訓(xùn)練需要購買大量的設(shè)備。以一個(gè)班容量為40個(gè)學(xué)生的班級為例，每2個(gè)學(xué)生使用一臺機(jī)床，需要20臺同一類型的機(jī)床，而在實(shí)訓(xùn)中通常要對數(shù)控車床、銑床、加工中心分別進(jìn)行操作，這樣就需要60臺機(jī)床，以每臺機(jī)床最低十萬元計(jì)算，需要六百萬的設(shè)備購置費(fèi)，并且需要很大的實(shí)訓(xùn)場地。另外,設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)也需要大量的人力、物力提供支持。目前，大多數(shù)高職院校都很難具備這樣的實(shí)訓(xùn)條件。但如果教學(xué)中使用數(shù)控仿真軟件，僅需要一個(gè)仿真實(shí)訓(xùn)室，購買40臺計(jì)算機(jī)和40個(gè)結(jié)點(diǎn)的正版數(shù)控加工仿真軟件，所需費(fèi)用僅僅相當(dāng)于一臺數(shù)控加工中心的購置費(fèi)，大約30萬元。這樣不但可以解決40個(gè)學(xué)生同時(shí)實(shí)訓(xùn)的問題，而且讓每一個(gè)學(xué)生擁有了一臺“模擬數(shù)控機(jī)床”。在數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)中，使用仿真軟件對零件的加工進(jìn)行仿真，沒有真實(shí)材料、刀具及機(jī)床的損耗，并且能夠?qū)ν粋€(gè)零件反復(fù)多次仿真加工，可以節(jié)約大量的實(shí)訓(xùn)費(fèi)用，有效地緩解學(xué)校資金緊張困難。

2.數(shù)控仿真軟件的使用，可使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)增加感性認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

《數(shù)控編程與加工》課程是一門專業(yè)性很強(qiáng)、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，并且內(nèi)容比較抽象。在教學(xué)中，由于高職院校的學(xué)生基礎(chǔ)較差，學(xué)習(xí)主動性差，以及理工科課程教學(xué)過程比較枯燥，就會使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)的情緒，使得教學(xué)效果不好。在教學(xué)中引入數(shù)控仿真軟件這種先進(jìn)的教學(xué)手段，會明顯地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。例如，教師在課堂上利用多媒體教學(xué)的手段介紹完數(shù)控機(jī)床的操作面板后，學(xué)生可能僅僅了解到面板上各按鍵的功能，并不太清楚機(jī)床顯示器以及機(jī)床的運(yùn)動部件將發(fā)生怎樣的變化或動作，如果講完理論部分的內(nèi)容后，緊接著利用數(shù)控仿真軟件給學(xué)生進(jìn)行機(jī)床面板的操作模擬，學(xué)生不但能見到多種數(shù)控機(jī)床面板，還能看到機(jī)床CRT顯示器界面發(fā)生的變化，機(jī)床主軸、刀具、工作臺發(fā)生的運(yùn)動，這樣易于學(xué)生對于課上所講內(nèi)容的掌握，使教學(xué)內(nèi)容形象化，通過學(xué)生的親自操作，會讓學(xué)生感受到機(jī)床的真實(shí)運(yùn)動，產(chǎn)生獲取知識后的成就感，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣。

3.使用數(shù)控仿真軟件教學(xué)，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率

數(shù)控技術(shù)專業(yè)的學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)操作后應(yīng)有較強(qiáng)的數(shù)控職業(yè)能力，即學(xué)生能夠?qū)τ诮o定的零件進(jìn)行工藝分析，加工程序編制，在數(shù)控機(jī)床上完成零件的加工操作。為了達(dá)到這樣的教學(xué)效果，學(xué)生可以利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，因?yàn)閿?shù)控仿真軟件基本上能模擬真實(shí)數(shù)控機(jī)床上的全部功能。學(xué)生完成零件的工藝分析和程序編制之后，在仿真軟件上可以進(jìn)行全過程的加工仿真，具體步驟為：選擇控制系統(tǒng)類型和機(jī)床→機(jī)床回零→導(dǎo)入數(shù)控程序→定義毛坯、安裝工件→選擇、安裝刀具→對刀操作→參數(shù)設(shè)置→程序校驗(yàn)→刀具軌跡模擬→自動加工零件。零件的仿真加工過程與實(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)床加工過程，毛坯加工為成品的過程歷歷在目，直觀形象，便于學(xué)習(xí)與掌握。由此可見，學(xué)生在仿真過程中，不但掌握了零件加工操作的全過程，而且可以對自己所編程序進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生在日常編程練習(xí)中，利用仿真軟件可以找到程序存在的問題，及時(shí)修改，免去了指導(dǎo)教師對于學(xué)生所編程序逐段進(jìn)行檢查的繁雜工作，做到實(shí)時(shí)驗(yàn)證，提高了學(xué)習(xí)效率并且能培養(yǎng)學(xué)生專研精神。利用數(shù)控仿真軟件，學(xué)生可以掌握多種數(shù)控系統(tǒng)的操作，這在數(shù)控實(shí)訓(xùn)車間實(shí)訓(xùn)時(shí)是很難做到的。

4.教學(xué)中使用仿真軟件，可以加強(qiáng)學(xué)生對機(jī)床操作和數(shù)控指令的準(zhǔn)確理解

教學(xué)中介紹機(jī)床操作和指令功能時(shí)，學(xué)生可以理解，對于一些復(fù)雜指令執(zhí)行時(shí)具體的動作差異只能靠三維想象實(shí)現(xiàn)，并不直觀，一些想象力差的同學(xué)將很難理解。通過使用數(shù)控仿真軟件，把程序輸入后，可以將方式選擇開關(guān)置于STEP位置。按循環(huán)啟動鍵，數(shù)控系統(tǒng)會執(zhí)行光標(biāo)所在程序段。每按一下，執(zhí)行一個(gè)程序段，直到程序文件結(jié)束。這樣學(xué)生可以明白每個(gè)指令及程序段的具體含義。例如為了簡化編程，在軸類零件的外圓表面加工時(shí)可以采用復(fù)合固定循環(huán)指令,粗加工時(shí)可采用G71指令,精加工時(shí)選用G70指令。課堂教學(xué)中會講到G71指令的精加工軌跡在X及Z向必須是單調(diào)增加或減小,遇到非單調(diào)變化的零件需要按照零件輪廓的特點(diǎn)分段編程。有些學(xué)生可能會不理解為什么必須要求零件單調(diào)變化，如果不考慮單調(diào)的話會出現(xiàn)什么樣的狀況，教師在黑板上講述的時(shí)候并不能夠形象地讓學(xué)生理解。利用數(shù)控仿真軟件，輸入G71的程序段，會發(fā)現(xiàn)即使零件輪廓形狀不單調(diào)增加或減小時(shí)機(jī)床也能運(yùn)行,但在粗加工分層切削時(shí)非單調(diào)增加或減小的輪廓部位不會切削,待到粗加工最后一刀時(shí)一次切除,這樣會發(fā)生過切現(xiàn)象，導(dǎo)致加工出不合格零件。經(jīng)過仿真學(xué)生就能了解該程序段的執(zhí)行過程，在編程時(shí)正確使用編程指令，類似這類車床、銑床、加工中心上的循環(huán)指令都可以通過課堂教學(xué)和仿真教學(xué)相結(jié)合的方法，讓學(xué)生準(zhǔn)確了解程序指令的含義及其具體應(yīng)用。

5.在計(jì)算機(jī)上先進(jìn)行數(shù)控加工的仿真實(shí)訓(xùn)可以有效提高數(shù)控實(shí)訓(xùn)的安全性

在實(shí)際數(shù)控車間實(shí)訓(xùn)時(shí)，由于學(xué)生對機(jī)床的操作不太熟悉，會出現(xiàn)一些安全問題，例如高速撞擊機(jī)床、軟硬超程、撞刀等，通過數(shù)控仿真軟件的練習(xí)操作，讓學(xué)生熟悉機(jī)床，在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及機(jī)床和人身安全，反而學(xué)生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，這樣就可以避免或減少實(shí)際操作中事故的發(fā)生，從而提高操作的安全性。

三、教學(xué)中應(yīng)用數(shù)控仿真軟件的注意事項(xiàng)

數(shù)控仿真軟件解決了數(shù)控教學(xué)中的效率、成本等方面的問題，但它不能完全取代真實(shí)的數(shù)控加工訓(xùn)練。教師一定要正確地引導(dǎo)學(xué)生，避免學(xué)生走進(jìn)為了仿真而仿真的誤區(qū)，在編程的教學(xué)過程中，要讓學(xué)生對加工的工藝引起足夠的重視。教學(xué)中教師要告知學(xué)生，實(shí)際加工零件時(shí)，慎重選取切削用量對于生產(chǎn)出合格產(chǎn)品和保證生產(chǎn)安全具有非常重要的作用，因?yàn)樵诜抡婕庸ぶ羞@一點(diǎn)并不能體現(xiàn)出來。在教學(xué)過程中，教師要合理安排數(shù)控仿真系統(tǒng)訓(xùn)練和機(jī)床上實(shí)際操作實(shí)訓(xùn)的時(shí)間，二者應(yīng)穿插進(jìn)行，以獲得更好的實(shí)訓(xùn)效果。

四、結(jié)束語

在數(shù)控教學(xué)中使用數(shù)控仿真軟件，可以讓每個(gè)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立操作，增強(qiáng)學(xué)生對數(shù)控系統(tǒng)的熟悉程度。通過對零件數(shù)控加工程序的驗(yàn)證以及自動加工過程的仿真，學(xué)生可以了解相似指令之間的使用區(qū)別，驗(yàn)證自己所編程序是否正確、機(jī)床的操作步驟是否有誤，最終達(dá)到對學(xué)生數(shù)控機(jī)床編程與操作能力訓(xùn)練的目的和效果。在數(shù)控教學(xué)中可以利用數(shù)控仿真軟件來培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，真實(shí)機(jī)床上的實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生處理現(xiàn)場實(shí)際問題的能力和動手能力，合理、科學(xué)地把二者結(jié)合起來，會大大提高數(shù)控教學(xué)的效果。

［1］于春生，韓旻.數(shù)控機(jī)床編程及應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［2］楊建明.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

G718.5

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1673-0046（2010）7-0050-02