淺談數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用

王 龍，胡 燦，郭文松，賀小偉，丁 羽，劉媛媛

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

隨著“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的提出，我國(guó)越來越重視制造業(yè)，而數(shù)控加工在制造業(yè)中占據(jù)著重要地位，制造業(yè)的快速發(fā)展，伴隨著數(shù)控加工類專業(yè)技能人才需求也增大，如何培養(yǎng)同時(shí)掌握數(shù)控編程理論知識(shí)和操作技術(shù)的技能型人才，是廣大高校需要解決的主要問題。

《數(shù)控技術(shù)》是機(jī)械類各專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)較抽象，需要具備較強(qiáng)的科學(xué)思維，且數(shù)控設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)量有限。僅通過理論教學(xué)后去操作數(shù)控機(jī)床，學(xué)生很難快速入手。而數(shù)控加工仿真軟件能很好地把理論知識(shí)和實(shí)踐操作兩個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，既能提高學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，還能提升其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)也解決了數(shù)控設(shè)備短缺的問題。

1 傳統(tǒng)數(shù)控教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與弊端

在理論教學(xué)課堂上，涉及數(shù)控機(jī)床組成和操作時(shí)，教師很難透徹地講解其中要點(diǎn)，學(xué)生也只能憑借想象來理解，而且數(shù)控理論知識(shí)點(diǎn)比較抽象，學(xué)生也很難掌握。實(shí)踐操作時(shí)，學(xué)生必須在真實(shí)數(shù)控機(jī)床上操作，教師需要先帶領(lǐng)學(xué)生回顧一遍理論知識(shí)，才能講解數(shù)控機(jī)床操作要領(lǐng)，造成教學(xué)資源的浪費(fèi)。數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，各大院校數(shù)控設(shè)備數(shù)量有限，很難保證每個(gè)學(xué)生能有足夠的實(shí)際操作機(jī)床的時(shí)間。其次，數(shù)控機(jī)床操作具有一定的危險(xiǎn)性，學(xué)生剛學(xué)完理論知識(shí)直接操作數(shù)控機(jī)床容易造成誤操作，或者編程過程中欠考慮均會(huì)導(dǎo)致設(shè)備、刀具等的損壞，嚴(yán)重的會(huì)造成人身傷害。而數(shù)控仿真軟件有效地解決了這些問題，理論學(xué)習(xí)的過程中加入數(shù)控仿真操作的練習(xí)，既能讓學(xué)生熟悉數(shù)控機(jī)床的基本操作，也能讓學(xué)生在數(shù)控機(jī)床上加工實(shí)物之前通過仿真軟件先驗(yàn)證，提高零件加工的成功率。同時(shí)也提高了學(xué)生對(duì)數(shù)控課程的學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)數(shù)控理論知識(shí)的理解，提高了學(xué)生對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)、不同數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)能力。

2 數(shù)控仿真軟件

數(shù)控仿真軟件是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將數(shù)控機(jī)床的操作和加工過程以三維或二維圖形形式動(dòng)態(tài)顯示出來的軟件。傳統(tǒng)的數(shù)控教學(xué)課程中，只能在數(shù)控實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵙?xí)加工廠才能完成數(shù)控加工演示教學(xué)，而數(shù)控仿真軟件可以在教室和機(jī)房演示數(shù)控機(jī)床的編程、對(duì)刀和加工等過程，使教學(xué)形式更加靈活。

目前使用較多的數(shù)控仿真系統(tǒng)中，有美國(guó)CGTech 公司的VERICUT、德國(guó)凱勒公司的SYMPLUS CNC、日本Sony 公司的FREDAM、英國(guó)Delcam 公司的PowerMILL 和法國(guó)Delmia 公司的VNC 等[1]。我國(guó)從上世紀(jì)90年代也開始發(fā)展數(shù)控仿真技術(shù)，目前較成熟的有南京斯沃、上海宇龍、北京斐克、廣州超軟等數(shù)控加工仿真軟件[2]，這些軟件都是以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，以二維或三維顯示的方式模擬數(shù)控機(jī)床真實(shí)的操作和加工過程。

數(shù)控仿真軟件具有以下特點(diǎn)：一套軟件系統(tǒng)可以全面模擬多種數(shù)控系統(tǒng)的所有機(jī)床操作和加工過程，包括機(jī)床設(shè)定、毛坯定義、刀具準(zhǔn)備、尺寸測(cè)量、代碼輸入和面板操作等。不需要投入原材料，且操作安全可靠，對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求低，并可以借助網(wǎng)絡(luò)搭建交流平臺(tái)，為師生提供良好的交互空間等。

3 數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的作用

3.1 結(jié)合理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，提高了教學(xué)效果

數(shù)控技術(shù)課程實(shí)踐性強(qiáng)，許多知識(shí)點(diǎn)需要實(shí)際操作才能理解其中要點(diǎn)。如數(shù)控車床的G71 外圓粗車循環(huán)指令，該指令所含代碼較多，要對(duì)加工區(qū)域重復(fù)性進(jìn)刀和退刀，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，僅用板書和講解，很難讓學(xué)生理解刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。利用數(shù)控仿真軟件一邊講解一邊演示，學(xué)生能清楚地看到機(jī)床操作步驟及走刀軌跡，很容易就能理解該指令各代碼的含義。隨后學(xué)生再獨(dú)立操作數(shù)控仿真軟件加深對(duì)該指令要點(diǎn)的掌握。在掌握知識(shí)要領(lǐng)的基礎(chǔ)上，再去操作數(shù)控機(jī)床，很容易就能入手并熟練操作。

3.2 彌補(bǔ)了數(shù)控設(shè)備不足，節(jié)約了教學(xué)經(jīng)費(fèi)

數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床少則幾萬到幾十萬，多則幾百至幾千萬[3]，且數(shù)控操作系統(tǒng)種類較多，很難實(shí)現(xiàn)1～2 名學(xué)生獨(dú)立操作1 臺(tái)機(jī)床，且教師資源有限，無法同時(shí)指導(dǎo)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床的操作。而數(shù)控仿真軟件對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求低，同時(shí)支持多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn)學(xué)生人手一機(jī)，使每個(gè)學(xué)生有足夠的學(xué)習(xí)時(shí)間，通過軟件模擬操作，熟悉數(shù)控機(jī)床控制面板操作，掌握各數(shù)控指令要領(lǐng)，同時(shí)減少了加工材料和能源的消耗，降低了教學(xué)成本。

3.3 提高了學(xué)習(xí)積極性和操作安全性

數(shù)控課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)抽象，傳統(tǒng)教學(xué)過程枯燥，學(xué)生不易理解和掌握，且學(xué)生依照課本所編的數(shù)控加工程序錯(cuò)誤較多，自己卻很難發(fā)現(xiàn)，教師批改過程中也有發(fā)現(xiàn)不了的錯(cuò)誤，學(xué)生拿著存在錯(cuò)誤的程序去加工，很容易造成事故[4]。而數(shù)控仿真軟件能真實(shí)模擬機(jī)床控制面板操作和零件加工過程，學(xué)生所編的數(shù)控加工程序能及時(shí)在仿真軟件中進(jìn)行驗(yàn)證并糾錯(cuò)。驗(yàn)證成功的加工程序再使用數(shù)控機(jī)床加工，提高了零件加工成功率，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)自信心，提高了學(xué)習(xí)積極性。

3.4 方便授課，優(yōu)化了教學(xué)環(huán)節(jié)

數(shù)控仿真軟件可以借助網(wǎng)絡(luò)搭建師生交流平臺(tái)，為師生提供良好的交互空間[5]，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)教學(xué)，學(xué)生可以在屏幕上觀看教師演示教學(xué)內(nèi)容，教師也可以通過屏幕查看學(xué)生的操作過程，并及時(shí)地糾錯(cuò)及指導(dǎo)。同時(shí)平臺(tái)還能布置及提交作業(yè)和測(cè)試等，實(shí)現(xiàn)答卷保存、評(píng)分和試卷分析等，輕松實(shí)現(xiàn)無紙化考核與測(cè)評(píng)，避免了教師判卷過程中的人為誤判。

4 應(yīng)用數(shù)控仿真軟件存在的問題及解決方法

數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用豐富并優(yōu)化了數(shù)控課程教學(xué)過程，同時(shí)也帶來了一些問題。數(shù)控仿真軟件只能模擬數(shù)控加工過程，與實(shí)際的加工過程存在一定的差別，無法替代學(xué)生在實(shí)際加工中的真實(shí)感受。在模擬過程中加工參數(shù)可以隨意設(shè)置，只要加工程序正確，結(jié)果都沒問題。但在實(shí)際加工過程中，加工參數(shù)的設(shè)置對(duì)零件的加工質(zhì)量和機(jī)床的安全至關(guān)重要。因此，數(shù)控教學(xué)不能過度的依賴仿真，仿真僅作為知識(shí)點(diǎn)的講解演示和學(xué)生在實(shí)際操作機(jī)床之前的初步練習(xí)，以掌握基礎(chǔ)知識(shí)為準(zhǔn)。同時(shí)注重學(xué)生對(duì)機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，在學(xué)生熟悉各種機(jī)床的操作方法、加工過程、進(jìn)給速度和切削用量等要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，再結(jié)合數(shù)控仿真軟件就能更容易學(xué)習(xí)和理解數(shù)控加工的各個(gè)步驟和環(huán)節(jié)，并與實(shí)際加工結(jié)合起來。

5 總結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控仿真軟件越來越能逼真地模擬數(shù)控機(jī)床加工過程，但仍與實(shí)際加工存在一定區(qū)別，數(shù)控仿真只能補(bǔ)充和完善數(shù)控教學(xué)，不能完全替代實(shí)踐操作訓(xùn)練。只有讓數(shù)控仿真軟件在教學(xué)過程中得到合理、科學(xué)、有效地運(yùn)用，并在教學(xué)過程中不斷思考并優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，將仿真與理論知識(shí)和實(shí)際操作有機(jī)地結(jié)合起來，才能真正提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到理想的教學(xué)效果。