仿真軟件在數控原理與系統教學中的應用

訾乃寶

摘要：針對學生對數控原理與系統缺乏興趣、教學效果不理想的情況，提出了利用數控維修仿真軟件進行輔助教學的教學模式，從理論教學、實習教學兩個方面探討了仿真軟件的應用，該教學方式有助于調動學生的學習積極性，提高教學效果。

關鍵詞：仿真軟件；系統連接；參數配置

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2012）12-0168-03

Application of Simulation Software in the Teaching of“Numerical Control Principle and System”

ZI Naibao

（Baotou Railroad Occupation Technology College，Baotou 014040，China）

Abstract：Students have no interest in numerical control principle and system，The teaching result is unideal，The paper introduce a teaching model thatnumerical control repair simulation software is a supplementary means in teaching.Application of simulation software is discussed in two ways of theory teaching and practice teaching.The teaching model contributes to the improvement of students's initiative and teaching result.

Key words：simulation software；connection of system；parameter configuring

一、引言

隨著數控機床的廣泛使用，企業不但需要數控機床的操作人員，更需要數控機床維護和維修人員。數控機床維護和維修人員不但要掌握數控機床的基本操作，更需要掌握數控機床的裝配、調試和參數設置的基本技能，而數控原理與系統就是培養這種技能的一門專業課程。這門專業課涉及的知識面廣，理論性強。如果采用傳統的教學方法，往往是習者枯燥、教者乏味。如何激發學生的興趣、提高教學的效果呢？解決方案有兩個：一是進行現場教學，十幾位甚至更多學生聽一位老師講解，教學效果較差[1]。二是引入數控維修仿真軟件，實踐證明這是一種可以調動學生學習積極性、改善教學效果的途徑。

二、數控維修仿真軟件簡介

數控機床維修仿真軟件依據最前沿的專業原理，采用最先進的計算機仿真技術，對數控機床的裝配、調試、排故等過程進行模擬，是一種經濟、可靠、有效的工具[2]。當前國內較為流行的有南京斯沃、宇航和廣州超軟等公司生產的仿真軟件，我院采用的斯沃數控維修仿真軟件，此軟件向用戶提供了機床模型、電氣、故障與診斷三大模塊，教學中恰當地應用此軟件，可以使學加深對抽象的機床結構、數控系統的組成與連接、參數配置的理解，培養學生的操作技能。

三、數控維修仿真軟件在教學中的應用

數控原理與系統的教學可分為理論教學與實習教學，下面從這兩方面介紹仿真軟件的應用。

（一）理論教學中的應用

為了充分發揮仿真軟件的作用，提高教學效果，理論課教學最好在多媒體教室進行，借助投影大屏幕，直觀、形象展示教學內容。下面從課程的引入、數控裝置的介紹、主軸驅動系統的講解三個方面說明仿真軟件的使用。

1.課程的引入。課程的引入的目標主要是引起學生的興趣，激發學生的探究新知識的熱情。一般的教學方法是：在黑板上畫出主軸、工作臺的示意圖，老師對照示意圖通過設問引入新課。這種方法很難達到相應的教學目標。借助數控仿真軟件引入新課，教學效果將大大改善。

啟動斯沃數控維修仿真軟件，用鼠標左鍵點擊“機床模型”和“機床整體”圖標，依次選擇機床中的各個部件，完成數控銑床的裝配過程，如圖1所示。老師提出問題：主軸的旋轉和工作臺的進給是數控機床加工工件的前提條件，數控機床的哪個部門控制主軸和工作臺的運動，又是如何控制的呢？要了解這些問題，大家必須學習新的一門課程：數控原理與系統。

通過仿真軟件引入新課，首先，可以復習數控機床的知識，通過演示數控機床的裝配過程，引起學生對數控機床知識的回憶；其次，可以激發學生的興趣，當以三維的形式演示數控機床的結構時，學生的新奇感瞬間極度膨脹，提高了求知的欲望。

2.數控裝置的介紹。一般來說，數控裝置的講解有兩種方法：一是讓學生看書上的數控裝置圖，老師逐個介紹各個接口；二是老師在黑板上畫數控裝置的接口草圖，對照草圖進行講解。第一種教法，學生容易跟不上教師的講課步調。第二種教法，老師的畫圖負擔很重，學生面對枯燥的示意圖，提不起學習的興趣，教學效果也不理想。數控仿真軟件的出現，解決了這個難題。

教師首先簡單介紹數控裝置的地位、作用及分類，同時指出西門子802C是一種常見的數控裝置。然后啟動仿真軟件，點擊“電氣”圖標，進入電氣模塊，再點擊工具欄中的“變頻器實驗”圖標，把操作區中的除數控裝置以外的元件全部刪除，如圖2所示。

對照數控裝置的仿真照片，教師根據功能介紹各個接口的名稱及功能，分析有些接口的引腳名稱及作用。

這種教學方法直觀、形象、易教易學，改變了人們對“接口難講難學”的傳統認識，是進行接口教學一種行之有效的方法。

3.主軸驅動系統的講解。主軸驅動系統模塊分為兩個任務：一是主軸驅動裝置的面板和接線端子，二是主軸驅動系統的連接。

（1）主軸驅動裝置的面板和接線端子。主軸驅動裝置分為模擬量控制的主軸驅動裝置和串行數字控制的主軸驅動裝置，變頻器是一種常見的模擬量控制的主軸驅動裝置，對變頻器的傳統的教學方法是：在黑板上畫出主軸驅動裝置的面板和接線端子，對照黑板上的示意圖，介紹面板上的按鍵、接線端子的名稱和功能。這種講法一般要提前畫示意圖，增加了老師的負擔，學生感覺抽象、不知所云，時間長了，容易產生厭學情緒。如果引入數控仿真軟件，情況將截然不同。

啟動數控維修仿真軟件，依次點擊“電氣”和“變頻器實驗”，進入變頻器連接實驗，點擊“拾取”按鈕，選擇界面上除變頻器以外的元件，點“刪除”按鈕，可獲得變頻器的仿真圖像，如圖3所示。對照仿真模型，介紹變頻器面板、接線端子。這種教學方法使了解了接線端子在實際中的作用，提高了學習的主動性。

（2）主軸驅動系統的連接。主軸驅動系統可分為模擬量控制的主軸驅動系統和串行數字控制的主軸驅動系統，中低檔數控機床采用模擬量控制的主軸驅動系統。對模擬控制的主軸驅動系統一般的教法是：首先以框圖的形式在黑板上畫出組成元件，然后把各元件用粉筆連接起來，邊連接邊介紹，雖然老師很辛苦，但學生卻感到索然無味。如果把仿真軟件和教學相融合，教學效果將大為改觀。

啟動數控維修仿真軟件，進入變頻器實驗，先介紹組成元件名稱，再介紹接線端子和接口，最后利用工具條中“連線”按鈕，把各元件依次連接起來，如圖4所示。

這樣的教學方法，使老師從繁重的畫圖負擔中解放出來；通過元件的仿真照片及元件間的動態接線，激發了學生做實驗的沖動，為后面的實訓教學做好了鋪墊。

進給伺服系統、冷卻系統的教學方法與此類似，這里不再贅述。

（二）實習教學中的應用

在仿真軟件的實習教學中，我們采用項目教學法，項目教學是以真實的或模擬的工作任務為基點，讓學生利用各種校內外的資源及自身的經驗，采取“做中學”的方式，通過完成工作任務來獲得知識與技能。[3]

下面以進給伺服驅動系統的項目為例介紹這種教學方法。

1.準備資料.斯沃數控維修仿真軟件、維修軟件實習手冊、實習指導書、配備50臺電腦的計算機機房。

2.布置任務。

（1）分析進給伺服系統組成。

（2）對進給伺服系統各元件進行連接。

（3）配置機床參數和伺服驅動器參數。

3.學生實施任務。學生通過相關資料，了解進給伺服系統的組成部件，啟動數控維修軟件，把進給伺服系統所需的各元件拖到操作區，利用“接線”按鈕，連接各元件。合上電源、低壓斷路器的開關，選擇數控裝置802C，點擊“調試”按鈕，輸入相關參數。把鼠標移到伺服驅動器上，點右鍵選擇“調試”按鈕，根據操作說明輸入伺服驅動器相關參數，如圖5所示，在學生操作過程中，學生之間可以互相討論，共同提高，教師要來回巡視，了解學生遇到的困難，及時予以解答。

4.結果評價。評價采用學生互評和教師評價相結合的方式。首先讓學生之間互相評價，這樣可以突出學生的主體地位，調動學生的學習積極性，提高其參與意識。然后由教師進行評價，其評價方法是：如圖5所示，教師點擊“+X”、“-X”按鍵，若X軸伺服電動機旋轉，說明X軸的伺服連接及其參數配置正確，否則說明有誤；同理可以檢查Y、Z軸伺服連接及參數設置。

四、結語

數控原理與系統的教學中引入數控維修仿真軟件，通過形象生動的仿真照片及動態連接，激發了學生的興趣，調動了學生的學習積極性；通過連接系統和配置參數，鍛煉了學生的操作能力，培養了分析問題和解決問題的能力。運用數控維修仿真軟件進行輔助教學是一種投資少、見效快、效率高的教學方法。

參考文獻：

[1]蔣校輝，李建明.論數控仿真軟件教學改革[J].湖南工程學院學報，2012，22（2）：118-121.

[2]陳新國，劉宏偉.仿真軟件在數控機床維修中的應用[J].機床與液壓，2010，38（13）：171-173.

[3]徐涵.項目教學的理論基礎、基本特征及對教師的要求[J].職教論壇，2007，3（下）：9-12.