數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要: 隨著數(shù)控加工在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)控操作者的大量培訓(xùn)便成為迫切的問(wèn)題。各職業(yè)技術(shù)學(xué)校緊扣市場(chǎng)需求，大力發(fā)展數(shù)控加工專業(yè)。為了緩解學(xué)生多、數(shù)控設(shè)備少的矛盾，很多職業(yè)學(xué)校利用仿真加工軟件進(jìn)行數(shù)控加工的編程和操作訓(xùn)練，這樣不僅可迅速提高操作者的素質(zhì)，而且安全可靠、費(fèi)用低。本文作者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，淺談數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用方法和作用。

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

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，所形成的先進(jìn)制造技術(shù)日益引起各國(guó)的重視，而先進(jìn)制造技術(shù)又是以數(shù)控技術(shù)為主要標(biāo)志的。數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和高度發(fā)展掀起了制造業(yè)領(lǐng)域一場(chǎng)重大的變革。社會(huì)對(duì)數(shù)控技術(shù)的大量需求推動(dòng)了廣大職業(yè)學(xué)校對(duì)數(shù)控應(yīng)用技術(shù)的高度關(guān)注，越來(lái)越多的職業(yè)學(xué)校紛紛開(kāi)辦數(shù)控技術(shù)專業(yè)，并不斷擴(kuò)大招生規(guī)模。與此同時(shí)，伴隨而來(lái)的是數(shù)控設(shè)備昂貴與資金短缺的矛盾日益凸顯。為緩解這個(gè)矛盾，各職業(yè)學(xué)校必須探索出一套適合現(xiàn)狀的教學(xué)方法和教學(xué)模式。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐探索和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)控加工仿真軟件能在數(shù)控教學(xué)中顯示出橋梁作用，既能緩解教學(xué)實(shí)訓(xùn)與資金短缺的矛盾，使理論和實(shí)踐有效的銜接，又能提高學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，刺激其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺(jué)性，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，提高操作的熟練程度。事實(shí)證明，數(shù)控仿真教學(xué)是一種節(jié)約成本，安全有效的教學(xué)模式和教學(xué)途徑。

一、數(shù)控仿真軟件介紹

數(shù)控仿真軟件是通過(guò)計(jì)算機(jī)的編程和建模，將加工過(guò)程用三維圖形或二維圖形以動(dòng)態(tài)形式演示出來(lái)的軟件。目前比較常見(jiàn)的有上海宇龍、北京斐克、南京宇航、廣州超軟、武漢金銀花等不同的數(shù)控加工仿真軟件。它們都有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1.能全面仿真數(shù)控加工的整個(gè)過(guò)程:機(jī)床設(shè)定(支持多種數(shù)控系統(tǒng))、毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準(zhǔn)對(duì)刀、安裝刀具、機(jī)床手動(dòng)操作、G代碼處理、面板操作等。

2.配置要求低，只需仿真軟件和要求不是很高的微機(jī)，并能與多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)兼容。

3.操作的安全性很高，不會(huì)因?yàn)閷W(xué)生的錯(cuò)誤操作而造成人身傷害，更不會(huì)損壞機(jī)床。

4.不需要原材料，投入資金少，占地小，不會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

5.利用網(wǎng)絡(luò)可以搭建交流平臺(tái)，為師生提供良好的交互空間等。

二、數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的作用

1.利用數(shù)控仿真軟件可以彌補(bǔ)數(shù)控設(shè)備不足，充分利用現(xiàn)有資源，為學(xué)校節(jié)約大量的教學(xué)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備投資費(fèi)。

數(shù)控機(jī)床教學(xué)與實(shí)習(xí)不比鉗工或電工實(shí)習(xí)，它的設(shè)備投入量是很大的，如果要使每個(gè)學(xué)生有充足的實(shí)習(xí)時(shí)間，可能要投入上百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)元資金，這對(duì)一般的職業(yè)學(xué)校而言顯然是難以承受的。如建立一個(gè)滿足60人實(shí)習(xí)的數(shù)控車床實(shí)習(xí)場(chǎng)地，每實(shí)習(xí)崗位安排2名學(xué)生，就需要30臺(tái)數(shù)控車床。每臺(tái)數(shù)控車床以8萬(wàn)元計(jì)算就得需要240萬(wàn)元設(shè)備投資費(fèi)。而若采用數(shù)控仿真進(jìn)行該工種實(shí)習(xí)教學(xué)，每一個(gè)崗位則需要60臺(tái)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)以4000元計(jì)算(含軟件費(fèi))，則只需24萬(wàn)元即可，同樣滿足教學(xué)需要。且由于是一人一機(jī)，可以保證每個(gè)學(xué)生有充足的時(shí)間來(lái)動(dòng)手，提高實(shí)訓(xùn)效果。

2.利用數(shù)控仿真軟件能有效地結(jié)合理論學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)同步教學(xué)。

和其它專業(yè)課一樣，數(shù)控課程也是非常抽象的學(xué)科，它注重的是實(shí)踐性。比如對(duì)刀過(guò)程，其實(shí)是很容易的事情，但如果用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，僅在課堂上紙上談兵，大多數(shù)學(xué)生將難以理解。如果利用仿真軟件一邊演示一邊教學(xué)，通過(guò)車刀工件的運(yùn)動(dòng)學(xué)生就很容易理解，而且能自己親手操作來(lái)加深認(rèn)識(shí)，理論和實(shí)踐相互滲透交叉，實(shí)現(xiàn)同步教學(xué)，使抽象內(nèi)容形象化，提高教學(xué)質(zhì)量

3.利用數(shù)控仿真軟件地使用能極好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

對(duì)于職業(yè)學(xué)校學(xué)生來(lái)講，由于知識(shí)素質(zhì)普遍較差，而數(shù)控專業(yè)課又要求有極高的抽象性，加上教學(xué)過(guò)程的枯燥乏味，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，教學(xué)效果不理想，而數(shù)控仿真軟件以其和實(shí)際機(jī)床相同的用戶界面和可操作性，可在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如果再根據(jù)學(xué)生技能的形成規(guī)律設(shè)計(jì)訓(xùn)練過(guò)程，學(xué)生就可以得到及時(shí)強(qiáng)化和實(shí)際產(chǎn)生中不能得到的直觀感受，從而較快地提高訓(xùn)練成績(jī)，激發(fā)學(xué)習(xí)的信心，在一定程度上培養(yǎng)刻苦鉆研和創(chuàng)新精神，形成好學(xué)氛圍。

4.利用數(shù)控仿真軟件教學(xué)中允許出錯(cuò)，使學(xué)生得到崗位技能的全面訓(xùn)練。

在模擬仿真中，可設(shè)計(jì)出實(shí)際工作中可能發(fā)生的變化，包括事故、故障和生產(chǎn)中極少出現(xiàn)的突然情況，讓學(xué)生全面把握加工方法和技巧。如在講解直線插補(bǔ)指令G01和快速插補(bǔ)指令G00的應(yīng)用與區(qū)別時(shí)，可在運(yùn)行中的第一個(gè)G01后面加F與不加F，學(xué)生就可以在仿真時(shí)看到切削進(jìn)給與快速插補(bǔ)對(duì)工件造成的影響，從而加深認(rèn)識(shí)，達(dá)到課堂教學(xué)中無(wú)法達(dá)到的效果。

三、數(shù)控仿真軟件教學(xué)的應(yīng)用方法

如何利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，以達(dá)到最佳教學(xué)效果?這是一個(gè)數(shù)控教育工作者，應(yīng)永恒追求的課題。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，我從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探索。

1.靈活運(yùn)用教學(xué)方法，課堂教學(xué)中變學(xué)生被動(dòng)為學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

現(xiàn)在，職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生普遍知識(shí)基礎(chǔ)較差，對(duì)學(xué)習(xí)不感興趣。因此，利用先進(jìn)的教學(xué)方法、教學(xué)手段來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣顯得尤為重要。數(shù)控專業(yè)教師應(yīng)有較高的教學(xué)水平和教學(xué)能力，有較強(qiáng)的數(shù)控職業(yè)能力，能較為嫻熟地運(yùn)用行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)方法，在課堂教學(xué)中真正體現(xiàn)以學(xué)生為主體，突出顯示學(xué)生動(dòng)手用腦的活動(dòng)，化學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中，教師起引導(dǎo)作用，即對(duì)學(xué)生活動(dòng)中遇到困難或無(wú)從下手的問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)、講解、示范操作。課堂教學(xué)中每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)盡可能集中，深入淺出，便于學(xué)生掌握編程方法和技巧。

2.恰當(dāng)運(yùn)用數(shù)控加工仿真，充分發(fā)揮其在課堂教學(xué)中的作用。

教師應(yīng)十分重視數(shù)控加工仿真在教學(xué)中的應(yīng)用方法，擺正數(shù)控加工仿真在教學(xué)中的位置，既不能完全依賴數(shù)控加工仿真而放棄教師在教學(xué)中的引導(dǎo)作用，又不能在教學(xué)中教師唱獨(dú)角戲采用常規(guī)教學(xué)模式而忽視數(shù)控加工仿真的作用，應(yīng)該科學(xué)地、充分地發(fā)揮數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的作用。

教師在數(shù)控編程與操作課堂教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)解決編程方法，并著重強(qiáng)調(diào)編程工藝問(wèn)題的處理，學(xué)生上機(jī)利用數(shù)控仿真系統(tǒng)解決程序校驗(yàn)，以及不同系統(tǒng)不同機(jī)床的操作問(wèn)題。每次上機(jī)學(xué)生均應(yīng)有明確的課題，在上機(jī)前教師應(yīng)利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行操作演示，并在學(xué)生上機(jī)時(shí)進(jìn)行巡回指導(dǎo)。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上應(yīng)用數(shù)控加工仿真軟件進(jìn)行編程與操作，既可使學(xué)生更快更好地掌握數(shù)控專業(yè)技能，又可培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立工作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容，循序漸進(jìn)掌握數(shù)控編程與操作技巧。

在數(shù)控教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)需要和“以就業(yè)為導(dǎo)向”的思想，可將數(shù)控編程教學(xué)內(nèi)容安排為兩大模塊:其一為基礎(chǔ)模塊，主要講解與訓(xùn)練最常用的數(shù)控機(jī)床的編程方法、操作和應(yīng)用，這一模塊是教學(xué)重點(diǎn)，必須使學(xué)生熟練掌握、靈活應(yīng)用，為學(xué)生上機(jī)床操作奠定基礎(chǔ);其二為提高和拓展模塊，利用仿真軟件集合了各種數(shù)控系統(tǒng)截面與操作的優(yōu)點(diǎn)，可在基礎(chǔ)模塊訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，主要講解除主訓(xùn)機(jī)床以外的機(jī)床編程與操作方法，擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面，提高學(xué)生對(duì)不同操作系統(tǒng)、不同操作面板的編程與操作能力。這樣，學(xué)生在就業(yè)時(shí)能夠信心十足地面對(duì)所操作的數(shù)控機(jī)床就，較快適應(yīng)所從事的工作，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.構(gòu)建多元評(píng)價(jià)體系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)意識(shí)和自覺(jué)性。

教學(xué)評(píng)價(jià)直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，所以評(píng)價(jià)要做到:第一，合理且有一定的彈性，答案不能限制得太死，只要合理就行，如一些仿真操作中學(xué)生實(shí)施方案的可行性討論，實(shí)操過(guò)程中加工線路，等等;第二，既要評(píng)價(jià)技能操作結(jié)果，又要評(píng)價(jià)技能操作的過(guò)程。對(duì)在技能操作中學(xué)生的積極參與表現(xiàn)出來(lái)的良好個(gè)性品質(zhì)要給予充分的鼓勵(lì)、肯定、嘉獎(jiǎng);第三，轉(zhuǎn)換評(píng)價(jià)的主客體關(guān)系。對(duì)學(xué)生在課堂上的技能操作情況及結(jié)果不僅僅由教師來(lái)評(píng)，還可以讓學(xué)生自評(píng)或互評(píng)。如加工線路的制定、某些圖樣的理解、坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算，可采用學(xué)生討論評(píng)價(jià)的方式，在研討中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，得出正確結(jié)果，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性也就調(diào)動(dòng)出來(lái)了。

綜上所述，從我校使用后的效果看，數(shù)控仿真系統(tǒng)的引入，使學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控編程理論時(shí)，課堂的教學(xué)變得更加生動(dòng)、具體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果明顯提高。對(duì)學(xué)生機(jī)床操作能力的培養(yǎng)，也起到了極大的提高和加強(qiáng)作用。同時(shí)該系統(tǒng)還減輕了教師的工作強(qiáng)度，減少了工件材料和能源的消耗，節(jié)約了實(shí)踐環(huán)節(jié)的培訓(xùn)成本。但它和真實(shí)車床實(shí)踐操作之間始終還有差距存在，二者不能混為一談，相互替代，只有在教學(xué)中科學(xué)、合理、有效地利用，仿真軟件才能為教學(xué)服務(wù)。在教學(xué)過(guò)程中積極思考其在應(yīng)用中產(chǎn)生的問(wèn)題，主動(dòng)應(yīng)對(duì)措施，并將仿真訓(xùn)練與實(shí)踐操作訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合，就一定能發(fā)揮仿真教學(xué)的最佳效果，收到事半功倍的效果。

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