數(shù)控仿真軟件在數(shù)控機(jī)床教學(xué)中的應(yīng)用

丁常汶

（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

隨著數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)數(shù)控相關(guān)技術(shù)人員的需求增大和要求提高。為此，各院校的機(jī)械類專業(yè)都開設(shè)了“數(shù)控機(jī)床與加工”相關(guān)課程以契合市場(chǎng)需求，與此同時(shí)，昂貴的教學(xué)用數(shù)控設(shè)備及資金短缺的矛盾也凸顯。因此，須探索出一套既符合本校教學(xué)現(xiàn)狀，又能滿足數(shù)控專業(yè)教學(xué)要求的模式。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：將數(shù)控加工仿真軟件運(yùn)用于實(shí)際教學(xué)，既能有效緩解教學(xué)實(shí)訓(xùn)需投入大量資金購(gòu)置設(shè)備的矛盾，又能利用感觀激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)和自覺(jué)意識(shí)，是一種有效的教學(xué)途徑。

1 仿真軟件原理及軟件類型

數(shù)控仿真軟件是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是一種利用計(jì)算機(jī)編程及建模，用二維或三維圖形將加工過(guò)程以動(dòng)態(tài)形式演示出來(lái)的軟件。簡(jiǎn)而言之，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬及聲像演示。利用該軟件，操作者可以如臨其境地查看生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、施工等過(guò)程，從而確認(rèn)系統(tǒng)的性能或發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的缺陷。數(shù)控加工過(guò)程涉及多種不同類型的軟件，根據(jù)其使用范圍，可分為仿真軟件及一體化軟件等。

（1）模擬實(shí)際機(jī)床加工環(huán)境及工作狀態(tài)的虛擬機(jī)床仿真軟件。該類軟件可以模擬真實(shí)的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)操作者和仿真場(chǎng)景的交互，使操作者體驗(yàn)到真實(shí)的機(jī)床操作的感覺(jué)。這類軟件以實(shí)用為出發(fā)點(diǎn)，較典型的例子如南京航宇自動(dòng)化技術(shù)研究所、廣州超軟公司、武漢金銀花公司等開發(fā)的數(shù)控仿真系統(tǒng)，其仿真流程如圖1所示。

圖1 仿真流程圖

（2）以零件設(shè)計(jì)和加工程序?yàn)橹鞯腃AD/CAM一體化軟件。這一類軟件可以利用計(jì)算機(jī)完成零件加工前期的編程、設(shè)計(jì)等過(guò)程，使數(shù)控更佳精準(zhǔn)、規(guī)范。如丹麥CIMCO公司的CImcoSoftwareSulte、SolidWorks等，該仿真流程如圖2所示。數(shù)控仿真系統(tǒng)有著全面的仿真功能、完善的圖形和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口；而且能與多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)兼容，對(duì)設(shè)備的配置要求較低；能大大節(jié)省教學(xué)設(shè)備投資，有效避免資源浪費(fèi)。

圖2 仿真流程圖

2 仿真軟件在數(shù)控機(jī)床教學(xué)中的應(yīng)用

（1）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的積極性。數(shù)控理論相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜、枯燥，加之課程實(shí)踐機(jī)會(huì)少、學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生對(duì)該門學(xué)科缺乏一定的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。因此，利用先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)手段來(lái)激發(fā)學(xué)生的參與熱情顯得尤為重要。數(shù)控機(jī)床課程要求理論與實(shí)踐的高度結(jié)合，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法對(duì)編程指令進(jìn)行按部就班地講解，學(xué)生只能接收到一些抽象、空泛、枯燥的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而無(wú)法理解指令的真正內(nèi)涵及實(shí)際應(yīng)用情況。數(shù)控仿真軟件具有和實(shí)際機(jī)床相同的用戶界面和可操作性，利用仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，直觀地向?qū)W生展示編程指令的實(shí)際加工過(guò)程，使學(xué)生能夠更具象、更真實(shí)地了解數(shù)控機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，輕松掌握機(jī)床的操作方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，挖掘?qū)W生的內(nèi)在潛力，培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新的精神。

（2）實(shí)現(xiàn)“教——學(xué)——練”一體式教學(xué)。運(yùn)用數(shù)控仿真軟件，可以實(shí)現(xiàn)“教——學(xué)——練”三位一體化的教學(xué)，如對(duì)刀過(guò)程，實(shí)際操作起來(lái)沒(méi)有太大的難度，若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，僅紙上談兵，就會(huì)使學(xué)生陷入僵硬、呆板的理論學(xué)習(xí)怪圈。但結(jié)合仿真軟件的演示過(guò)程教學(xué)，通過(guò)對(duì)車刀及其他工件進(jìn)行分步講解與操作演示，學(xué)生就能通過(guò)教師的理論講解和軟件的實(shí)際操作來(lái)加深認(rèn)識(shí)，理論與實(shí)踐教學(xué)相互滲透，實(shí)現(xiàn)兩者的同步教學(xué)。另外，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床教學(xué)的過(guò)程中，教師可以充分利用仿真系統(tǒng)的示教功能對(duì)程序的編制過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并通過(guò)虛擬的仿真系統(tǒng)顯示加工路線及其過(guò)程。或者，利用測(cè)量功能檢測(cè)所加工零件的尺度、粗糙程度是否達(dá)標(biāo)。然后教師通過(guò)發(fā)送相關(guān)的編程實(shí)例，讓每一位學(xué)生在該系統(tǒng)中進(jìn)行程序的編制、錄入、校驗(yàn)及加工，以此來(lái)鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力。對(duì)此，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況設(shè)計(jì)操作過(guò)程中可能發(fā)生的各種事故、故障、缺陷等，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、處理問(wèn)題的過(guò)程中全面掌握加工技巧和方法。例如，在進(jìn)行直線插補(bǔ)指令G01和快速插補(bǔ)指令G00的應(yīng)用與區(qū)別時(shí)，可以在運(yùn)行的第一個(gè)G01后面通過(guò)F的添加與否，讓學(xué)生感受到切削進(jìn)給與快速插補(bǔ)所帶來(lái)的不同表現(xiàn)與影響，從而讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握更多的數(shù)控機(jī)床的操作方法，提高學(xué)生對(duì)不同數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)能力。

（3）提高數(shù)控機(jī)床課程的教學(xué)效率。傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，教師往往要花費(fèi)較大的精力來(lái)批閱學(xué)生的作業(yè)，而數(shù)控編程具有較大的靈活性，使得每位學(xué)生編寫的程序都存在一定的差異。如某學(xué)生用固定循環(huán)指令編程，而另一位學(xué)生則采用子程序編程，這樣所產(chǎn)生的工藝路線也隨之變化。如果采用傳統(tǒng)的批閱式逐篇查閱，并不能保證每個(gè)課題都考查到；若未按時(shí)閱完學(xué)生的作業(yè)，還有可能影響后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)。在這種情況下，引入數(shù)控仿真軟件，教師可以直接查看由學(xué)生編程導(dǎo)出的刀具軌跡和加工過(guò)程，并據(jù)此判定學(xué)生編程是否存在問(wèn)題，或者通過(guò)圖形反映出加工工件的最終形狀，判定工件是否合格。這便有效減輕了教師的教學(xué)工作量，能保證各類課題進(jìn)行全面的考核，也有利于后續(xù)教學(xué)任務(wù)的開展，提高了教學(xué)效率。

3 運(yùn)用于教學(xué)的優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)

（1）仿真操作在數(shù)控機(jī)床教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。將數(shù)控仿真軟件運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床教學(xué)，充分利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為學(xué)生搭建交流平臺(tái)，創(chuàng)設(shè)數(shù)控實(shí)習(xí)環(huán)境，不僅為師生提供了良好、安全的交互空間，還使傳統(tǒng)教學(xué)中只能在數(shù)控實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵙?xí)工廠進(jìn)行的教學(xué)演示功能得以實(shí)現(xiàn)，使教學(xué)過(guò)程變得更加靈活、方便、直觀、有說(shuō)服力。數(shù)控仿真軟件不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還能促進(jìn)“教——學(xué)——練”的有機(jī)結(jié)合，提高教學(xué)效率。

（2）應(yīng)將仿真操作與實(shí)際訓(xùn)練相結(jié)合。將數(shù)控仿真軟件運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床教學(xué)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。但是，數(shù)控仿真軟件畢竟是模擬操作，縱然已取得了較大的發(fā)展，但與真實(shí)的加床加工過(guò)程還存在一定的差距。因此，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的教學(xué)時(shí)，教師需要對(duì)數(shù)控仿真軟件進(jìn)行靈活、科學(xué)、合理的運(yùn)用，并將仿真操作與實(shí)際訓(xùn)練相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)最佳的教學(xué)效果。