數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職數(shù)控教學(xué)中的作用初探

摘要：中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控加工專(zhuān)業(yè)普遍面臨數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足這一教學(xué)瓶頸，數(shù)控仿真系統(tǒng)的應(yīng)用為數(shù)控教學(xué)提供了可行性選擇。本文分析了數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件的功能、特點(diǎn)，探討了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在教學(xué)中作用及其對(duì)教學(xué)產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 數(shù)控仿真系統(tǒng) 功能 應(yīng)用

據(jù)尚普咨詢(xún)發(fā)布的《2011—2016年中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，隨著國(guó)家將裝備制造業(yè)作為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)培育，“十二五”期間我國(guó)將持續(xù)加大該重大專(zhuān)項(xiàng)的投入。另?yè)?jù)全國(guó)工業(yè)普查資料顯示，2011年底，我國(guó)數(shù)控機(jī)床擁有量約378萬(wàn)臺(tái)。制造裝備的大規(guī)模數(shù)控化和數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，使得掌握數(shù)控機(jī)床編程知識(shí)和數(shù)控機(jī)床操作技能的技工成為勞動(dòng)力市場(chǎng)急需的人才。中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控加工專(zhuān)業(yè)普遍面臨數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足這一教學(xué)瓶頸，數(shù)控仿真系統(tǒng)這種虛擬設(shè)備為我們提供了可行性選擇。如何有效利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的技術(shù)人才，值得我們中職教師認(rèn)真探討和商榷。

1 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)

1.1 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)分為三種運(yùn)行狀態(tài)：練習(xí)、授課、考試。其中授課功能使得教師可以以廣播教學(xué)的形式將自己的操作過(guò)程演示在每一個(gè)同學(xué)的面前，就好像教師在同一時(shí)間手把手教每一位同學(xué)，這在一定程度上充分利用教師的資源優(yōu)勢(shì)，提高單位時(shí)間內(nèi)課堂教學(xué)效率。考試功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)分、成績(jī)查詢(xún)、分析。推動(dòng)了考試方式的改革，更加注重學(xué)生實(shí)際操作能力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化的考核與測(cè)評(píng)。

1.2 數(shù)控仿真系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的高技術(shù)模擬系統(tǒng)，可直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)，并能與之 “交互”，給人一種身臨其境的感覺(jué)。虛擬數(shù)控機(jī)床具有與真實(shí)數(shù)控機(jī)床相同的外形結(jié)構(gòu)，并具有與真實(shí)數(shù)控機(jī)床完全相同的界面風(fēng)格和對(duì)應(yīng)功能，機(jī)床操作全過(guò)程仿真。用虛擬的設(shè)備，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床操作熟練程度。

1.3 數(shù)控仿真系統(tǒng)可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)全、可供選擇的數(shù)控機(jī)床種類(lèi)多?？蛇x擇FANUC、PA、SIMEMENS、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、大森數(shù)控等多種數(shù)控系統(tǒng)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等數(shù)控機(jī)床的操作。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的作用

2.1 應(yīng)用數(shù)控仿真系統(tǒng)，消除學(xué)生的學(xué)習(xí)心理障礙。數(shù)控編程與加工課程是數(shù)控加工專(zhuān)業(yè)核心課程，理論性較強(qiáng)。學(xué)生應(yīng)具有觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、理解能力、綜合分析和判斷能力及數(shù)、形、圖轉(zhuǎn)化能力。沒(méi)有良好的學(xué)習(xí)心理狀態(tài)，學(xué)習(xí)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)消極、放棄等不良現(xiàn)象。中職學(xué)生入學(xué)時(shí)成績(jī)不很理想，基礎(chǔ)薄弱，因而很多學(xué)生在經(jīng)歷了這樣或那樣的挫折后，往往認(rèn)為自己天生就不適合學(xué)習(xí)，對(duì)自己能力進(jìn)行否認(rèn)，在沒(méi)有“調(diào)查取證”前就對(duì)自己的潛能宣判了死刑。進(jìn)入中職學(xué)校的學(xué)生在學(xué)習(xí)心理上普遍存在這方面或那方面的學(xué)習(xí)障礙，大部分學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)數(shù)控課程難。為了消除學(xué)生的這種心理偏差，在數(shù)控課程教學(xué)中，我利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，采用“先教后學(xué)”的教學(xué)方法，達(dá)到消除學(xué)生的學(xué)習(xí)心理障礙。如在講授加工指令的應(yīng)用時(shí)，我把本次課需要完成的簡(jiǎn)單軸類(lèi)零件加工教學(xué)任務(wù)預(yù)先寫(xiě)在黑板上，然后一步一步教授學(xué)生如何做，而不探討為什么這樣做。經(jīng)過(guò)90分鐘的“苦”戰(zhàn)，學(xué)生大部分能在數(shù)控仿真系統(tǒng)中做出樣品。在學(xué)生信息反饋中可以看出，達(dá)到了消除學(xué)生學(xué)習(xí)的畏懼情緒，初步消除的學(xué)習(xí)心理障礙，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定的基礎(chǔ)。

2.2 應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我國(guó)古代著名的教育家、思想家孔子曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者”。只有“好之”“樂(lè)之”才能有高漲的學(xué)習(xí)熱情和強(qiáng)烈的求知欲望，才能以學(xué)為樂(lè)，學(xué)有所成。數(shù)控課程教學(xué)要在導(dǎo)人、呈現(xiàn)、操作、鞏固和應(yīng)用這五個(gè)環(huán)節(jié)活化教材。數(shù)控仿真系統(tǒng)將聲音、圖像和文字融于一體應(yīng)用于數(shù)控教學(xué)中，從各個(gè)側(cè)面生動(dòng)展示了數(shù)控機(jī)床特有的加工特點(diǎn)和功能，如自動(dòng)進(jìn)刀、退刀、換刀，復(fù)合循環(huán)加工等，使教學(xué)內(nèi)容更具有藝術(shù)表現(xiàn)力和強(qiáng)烈的感染力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，能有效突破教學(xué)難點(diǎn)，還可以活躍課堂氣氛，吸引學(xué)生注意力。通過(guò)仿真操作，學(xué)生從選擇機(jī)床、系統(tǒng)、刀具、編制程序、輸入、檢驗(yàn)、模擬顯示，獨(dú)立完成整個(gè)零件加工過(guò)程，感受到了自身加工的成就感。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中，更多鍛煉了自身能力，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，大大提高了學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)了自信心的進(jìn)一步提高，也培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力。

2.3 應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)。中職學(xué)生生源差異較大，盡管學(xué)生在校階段經(jīng)歷了共同的教育，但學(xué)生在接受知識(shí)、動(dòng)手操作能力等方面存著個(gè)體差異，這些差異直接影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)策略，這就為分層教學(xué)提出了客觀要求。應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同學(xué)習(xí)要求的學(xué)生實(shí)行專(zhuān)業(yè)技能的普及與提高相結(jié)合，教師根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)、能力水平和潛力傾向，科學(xué)地把學(xué)生劃分為水平層次不同的學(xué)習(xí)群體并區(qū)別對(duì)待，配發(fā)難易不同加工零件圖紙，使得這些群體在教師恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略和師生互動(dòng)中得到最好的發(fā)展和提高。

在這個(gè)過(guò)程，教師要時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，學(xué)習(xí)能力的動(dòng)態(tài)變化情況，及時(shí)作出反應(yīng)，不能從一而終。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，使得教師分身有術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)了分層教學(xué)，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。數(shù)控仿真系統(tǒng)應(yīng)用為中職專(zhuān)業(yè)教師轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，實(shí)施真正意義上的因材施教，創(chuàng)設(shè)了良好的環(huán)境和條件。

3 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應(yīng)用評(píng)價(jià)及策略

數(shù)控仿真系統(tǒng)應(yīng)用為教學(xué)開(kāi)辟了新途徑，但它只是一種虛擬技術(shù)，不能也不可能完全代替技能訓(xùn)練，一定防止由于時(shí)間長(zhǎng)久把虛擬等同于現(xiàn)實(shí)的錯(cuò)誤傾向，區(qū)別仿真與實(shí)際操作的差異。

3.1 數(shù)控仿真系統(tǒng)只是對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程的模擬仿真，而并非真實(shí)加工，因此它無(wú)法完全代替學(xué)生在實(shí)際數(shù)控機(jī)床上加工的真實(shí)感受。要科學(xué)安排，使仿真加工與實(shí)際操作有效地結(jié)合，讓數(shù)控仿真加工真正起到輔助于技能訓(xùn)練的教學(xué)目標(biāo)。

3.2 在仿真加工中，對(duì)被吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量切削參數(shù)選擇，對(duì)刀具選擇，對(duì)走刀路線(xiàn)安排等沒(méi)有智能化評(píng)價(jià)功能。如果操作有錯(cuò)誤或程序錯(cuò)誤，系統(tǒng)只會(huì)給出提示，但在生產(chǎn)實(shí)際加工中將可能造成無(wú)法估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失甚至危害人身生命安全。在數(shù)控加工仿真教學(xué)中，也得讓警鐘長(zhǎng)鳴，做好《車(chē)工工藝與技能訓(xùn)練》課程理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)，克服仿真加工中的不足。

3.3 無(wú)論在數(shù)控機(jī)床加工還是仿真加工，要保證加工零件滿(mǎn)足要求，對(duì)刀是至關(guān)重要的。以FANUC 0I系統(tǒng)數(shù)控車(chē)床為例，在數(shù)控車(chē)床上和仿真系統(tǒng)可采用試切法對(duì)刀（將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)建立在工件的右端面中心上），過(guò)程如下：試切工件右端面后沿端面將刀具退出，然后打開(kāi)機(jī)床的刀具偏置表，輸入Z軸試切長(zhǎng)度值，試切長(zhǎng)度值為“0”，按菜單軟鍵[測(cè)量]；移動(dòng)刀具，進(jìn)行外徑試車(chē)，使刀具沿Z軸的正方向退出，然后用量具測(cè)量試車(chē)部分的直徑，在刀具偏置表中，將光標(biāo)移動(dòng)到X軸位置，輸入試車(chē)直徑，按菜單軟鍵[測(cè)量]，對(duì)刀完成，如圖1。采用多把刀具對(duì)刀，只要重復(fù)上述操作即可。

在仿真系統(tǒng)中試切法對(duì)刀還可這樣操作（將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置在工件右端面中心點(diǎn)上）：在工件某一合理位置試車(chē)，停止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量試車(chē)位置的直徑及距右端面的距離分別為21.865mm12.305mm，如圖2和圖3。在刀具偏置表分別輸入X21.865和Z-12.305，再按菜單軟鍵[測(cè)量]，也能達(dá)到對(duì)刀的目的，而且精度很高，尤其工件長(zhǎng)度尺寸得到充分保證，但在實(shí)際加工中是不可行的。教師在教學(xué)中一定要把理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行剖析，以免學(xué)生產(chǎn)生誤解，影響到實(shí)際操作與編程加工。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)數(shù)控機(jī)床起源于上世紀(jì)80年代，起步較晚。在中職學(xué)校教學(xué)中可供學(xué)生實(shí)際操作的數(shù)控機(jī)床相對(duì)于學(xué)生人數(shù)甚少，數(shù)控仿真系統(tǒng)投入使用為數(shù)控技術(shù)人才的培養(yǎng)起到了功不可沒(méi)的作用。同時(shí)我們還應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到數(shù)控加工仿真軟件的開(kāi)發(fā)還有一定的不足，數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用還處于起步和探究階段。認(rèn)真總結(jié)數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用，給予科學(xué)合理的評(píng)價(jià)，積極應(yīng)對(duì)其存在的不足，使其發(fā)揮在數(shù)控技能培訓(xùn)中的特殊作用，促進(jìn)數(shù)控教學(xué)更快、更好的發(fā)展，為我國(guó)“十二五”規(guī)劃的實(shí)施起到職業(yè)教育應(yīng)有的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 上海宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)

[2] 日本FANUC數(shù)控車(chē)床使用說(shuō)明書(shū)

[3] 趙建國(guó).關(guān)于高職數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的思考[J].遼寧高職學(xué)報(bào)，2001（6）

[4] 李燕.淺談數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].成才之路，2009（26）