虛擬數(shù)控機(jī)床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用分析

周雄強(qiáng)

摘 要：高等職業(yè)教育技能型緊缺人才培養(yǎng)培訓(xùn)工程系列教材：《數(shù)控機(jī)床》是目前我國(guó)高等職業(yè)教育機(jī)構(gòu)培訓(xùn)技能型緊缺人才的重要教材。然而，由于數(shù)控機(jī)床屬于高精密儀器，數(shù)控維修教學(xué)中學(xué)生無(wú)法全面掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使得教學(xué)工作未能夠取得理想的效果。虛擬數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)給數(shù)控維修教學(xué)帶來(lái)了全新的曙光。本文將著重從課堂輔助教學(xué)、虛擬裝拆、虛擬電氣連接、故障診斷4方面展開研究，探尋虛擬數(shù)控機(jī)床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：虛擬數(shù)控機(jī)床 數(shù)控維修教學(xué) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0250-02

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)（Numerical Control，NC）同樣取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床功能日益多樣，結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜。此種背景下數(shù)控維修教學(xué)不可避免的與實(shí)際存在著一定的滯后性及局限性，使得其所面臨的形勢(shì)越發(fā)嚴(yán)峻。虛擬數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)給技能型緊缺人才的培養(yǎng)提供了全新思路，成為解決上述問題的重要手段。因此，圍繞虛擬數(shù)控機(jī)床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用展開分析無(wú)疑具有重要的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 虛擬數(shù)控機(jī)床在課堂輔助教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）是加工精密零部件的重要工具，也是現(xiàn)代制造業(yè)所不可或缺的設(shè)備，尤其是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，其所具有的功能日益多元化，當(dāng)前主要包括銑削加工、孔及螺紋加工、刀具補(bǔ)償功能、公制/英制單位轉(zhuǎn)換、絕對(duì)坐標(biāo)和增量坐標(biāo)編程、進(jìn)給速度/主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整、固定循環(huán)、工件坐標(biāo)系設(shè)定、數(shù)據(jù)輸入輸出及分布式數(shù)控（Distributed Numerical Control，DNC）功能、數(shù)據(jù)采集功能、自診斷功能[1]。隨著功能的多樣化，各個(gè)功能部件的結(jié)構(gòu)、工作原理以及裝配工藝呈現(xiàn)出復(fù)雜性特征，此時(shí)普通的可見以及Flash動(dòng)畫遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足實(shí)際教學(xué)需求，各種理論知識(shí)難以被學(xué)生徹底掌握，繼而無(wú)法正確掌握各個(gè)部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，影響理論知識(shí)的正遷移。而虛擬數(shù)控機(jī)床則能夠三維立體呈現(xiàn)在學(xué)生面前，通過(guò)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)以及任意角度的觀察能夠促使學(xué)生詳細(xì)而全面的掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，高度仿真的三維動(dòng)畫分解清晰地展現(xiàn)了各個(gè)部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理，大幅提高了學(xué)生理論知識(shí)的掌握程度，為數(shù)控維修教學(xué)知識(shí)的正遷移提供了強(qiáng)有力的保障。

2 虛擬數(shù)控機(jī)床在虛擬裝拆中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床的裝拆是數(shù)控維修教學(xué)中重要的組成部分，也是教學(xué)的難點(diǎn)之所在。原因在于既往采取的教學(xué)方法以實(shí)物展示為主，整個(gè)機(jī)床的體積巨大，在裝拆時(shí)往往需要多個(gè)學(xué)生的協(xié)作才能夠完成部分功能部件的裝拆。在此過(guò)程中學(xué)生的注意力容易被分散，加之各個(gè)功能部件的體積大小不一，在平面展示中難以被學(xué)生直觀的掌握其結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力相對(duì)較差，在面對(duì)此方面維修需求時(shí)往往束手無(wú)策。采用虛擬數(shù)控機(jī)床，所有功能部件的裝拆可在3D交互式裝拆下完成。教師只需要選定某一功能部件并設(shè)定裝拆順序，隨后學(xué)生于操作臺(tái)上依據(jù)日常學(xué)習(xí)中機(jī)床裝拆過(guò)程選取合適的工具，方能夠完成整個(gè)裝拆過(guò)程。反之如果某個(gè)裝拆步驟出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可以直接發(fā)出提示，促使學(xué)生明確自身究竟是哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了問題，此時(shí)在教師從旁指導(dǎo)下徹底解決該問題，不僅大幅提高了課堂教學(xué)效果，亦促使學(xué)生自身查找到相應(yīng)的不足及問題，為其營(yíng)造出了一個(gè)良好的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。

虛擬數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用，重點(diǎn)解決了數(shù)控維修教學(xué)中數(shù)控機(jī)床數(shù)量有限、種類不全、新功能部件無(wú)法及時(shí)更新的問題，在教學(xué)工作中學(xué)生可以輪流操作，最大程度上增加了學(xué)生與數(shù)控機(jī)床接觸及熟悉的時(shí)間，重復(fù)的虛擬裝拆演練進(jìn)一步強(qiáng)化了理論知識(shí)學(xué)習(xí)效果，并檢驗(yàn)了其實(shí)際動(dòng)手能力，對(duì)于今后技能型緊缺人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了便利的條件。

3 虛擬數(shù)控機(jī)床在虛擬電氣連接中的應(yīng)用

在工業(yè)領(lǐng)域中電氣連接內(nèi)容多樣，包括接線端子、印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）連接器、工業(yè)連接器、接線盒、重載連接器、電纜、電纜接頭、安全柵、接觸件等[2]。數(shù)控機(jī)床電氣連接是其有序、正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障，但由于內(nèi)容復(fù)雜多樣，學(xué)生在數(shù)控維修教學(xué)中往往難以全面掌握，一旦某個(gè)線路未得到妥善布設(shè)，勢(shì)必會(huì)給整臺(tái)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響。而虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)用在虛擬電氣連接中，一方面可以將電氣連接的各個(gè)步驟，如電氣布局規(guī)劃、線槽布設(shè)、元器件選擇、導(dǎo)線安裝予以分解并展示在學(xué)生面前，另一方面則提高了設(shè)備利用率，使得每個(gè)學(xué)生學(xué)到的知識(shí)均能夠得到檢驗(yàn)。此外，虛擬數(shù)控機(jī)床亦設(shè)置了“虛擬萬(wàn)用表”和“虛擬示波器”，在完成電氣連接后可以對(duì)所有的電氣線路進(jìn)行檢測(cè)，并虛擬上電調(diào)試，以確保無(wú)電氣故障的存在[3]。目前虛擬數(shù)控機(jī)床已經(jīng)能夠解決電氣連接中幾乎所有存在的問題，教師通過(guò)虛擬上電調(diào)試結(jié)果對(duì)學(xué)生操作進(jìn)行評(píng)估，無(wú)形之中大幅提高了課堂教學(xué)效果。

4 虛擬數(shù)控機(jī)床在故障診斷中的應(yīng)用

虛擬數(shù)控機(jī)床并非實(shí)體，而是于計(jì)算機(jī)中虛構(gòu)出來(lái)的與實(shí)物幾乎完全一致的操作顯示界面，換而言之只要擁有計(jì)算機(jī)，就是一臺(tái)虛擬數(shù)控機(jī)床。由于數(shù)控機(jī)床屬于高精密儀器，在實(shí)際使用中不可避免的會(huì)存在故障，導(dǎo)致其停止運(yùn)轉(zhuǎn)，所以故障診斷及排除成為考驗(yàn)學(xué)生數(shù)控維修教學(xué)成果的重要手段。學(xué)生于操作顯示界面上通過(guò)設(shè)置機(jī)床參數(shù)、輸入/輸出I/O（input/output）信號(hào)，查詢可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等步驟來(lái)完成虛擬數(shù)控機(jī)床故障的診斷工作[4]。在發(fā)現(xiàn)故障并確定故障點(diǎn)后學(xué)生可開展進(jìn)一步排除故障實(shí)訓(xùn)，繼而對(duì)其所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)，考核學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。相較于以往數(shù)控綜合試驗(yàn)臺(tái)或者是實(shí)際數(shù)控機(jī)床操作，虛擬數(shù)控機(jī)床開展的實(shí)訓(xùn)更加簡(jiǎn)潔、直觀，高職教育機(jī)構(gòu)亦可以節(jié)約購(gòu)買數(shù)控機(jī)床或者是構(gòu)建數(shù)控綜合試驗(yàn)臺(tái)的成本，實(shí)現(xiàn)了一人一機(jī)的目的，即便是多個(gè)班級(jí)的學(xué)生均能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)操作，對(duì)于促進(jìn)數(shù)控維修知識(shí)的正遷移而言具有重要意義。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在多個(gè)領(lǐng)域中均扮演著舉足輕重的角色。但由于該設(shè)備精密程度高，傳統(tǒng)的數(shù)控維修教學(xué)難以促使學(xué)生直觀的觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得知識(shí)正遷移效果不佳。虛擬數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用則有效地解決了上述問題，在課堂輔助教學(xué)、虛擬裝拆、虛擬電氣連接、故障診斷中均取得了理想的效果，為數(shù)控維修教學(xué)取得理想效果、提高教學(xué)效率、促進(jìn)知識(shí)的正遷移提供了強(qiáng)有力的保障，具有重要的推廣使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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