中職數(shù)控專業(yè)實(shí)施虛擬仿真教學(xué)的對策

陳堅(jiān)

摘 要：中職數(shù)控專業(yè)運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，能夠讓學(xué)生深入理解和掌握數(shù)控機(jī)床的操作知識(shí)，可有效鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。梧州岑溪市中等專業(yè)學(xué)校數(shù)控專業(yè)教學(xué)存在資源不足、方法單一等問題，為此該校構(gòu)建“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”虛擬仿真教學(xué)模式，通過科學(xué)設(shè)定教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)，以及科學(xué)施教等對策，提高數(shù)控專業(yè)虛擬仿真教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的技能人才。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；數(shù)控專業(yè)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；中職學(xué)校

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0450-9889（2024）05-0140-05

近年來，社會(huì)對數(shù)控專業(yè)人才的需求越來越旺盛，在此背景下，各中職學(xué)校不斷加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度。但是，對學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力相對薄弱的中職生而言，學(xué)習(xí)數(shù)控專業(yè)存在較大的難度：一是理論學(xué)習(xí)要求高。數(shù)控專業(yè)包括機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的理論知識(shí)，內(nèi)容繁雜，要求高，中職生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較弱，難以理解和掌握數(shù)控專業(yè)的相關(guān)理論知識(shí)。二是實(shí)踐技能要求高。數(shù)控專業(yè)的實(shí)踐操作需要掌握機(jī)床操作、編程等技能，要求中職生具備很強(qiáng)的動(dòng)手能力，這對不少中職生而言具有較高的學(xué)習(xí)難度。三是知識(shí)更新快。數(shù)控技術(shù)更新?lián)Q代快，需學(xué)生不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技能，對中職生的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力均有較高要求。四是學(xué)習(xí)方法欠科學(xué)。部分中職生沒有制訂合乎自己的計(jì)劃，也沒有找到科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，這就使得學(xué)習(xí)效果并不理想。五是學(xué)習(xí)興趣不高。由于數(shù)控專業(yè)涉及的知識(shí)面廣，知識(shí)內(nèi)容枯燥，部分中職生對學(xué)習(xí)數(shù)控專業(yè)的興趣不高，影響了學(xué)習(xí)效果［1］。

虛擬仿真技術(shù)是一種通過計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)環(huán)境的技術(shù)，利用該技術(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)相似的虛擬環(huán)境，讓學(xué)生在這個(gè)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)踐操作，從而達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。虛擬仿真技術(shù)用于數(shù)控專業(yè)教學(xué)具有以下四個(gè)方面的積極作用：一是減少學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的依賴。運(yùn)用虛擬仿真教學(xué)，學(xué)生不用過于依賴教材和教師，通過仿真講解就可以達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。二是提升了學(xué)生的實(shí)操技能，提高了學(xué)生數(shù)控加工的效果。虛擬仿真技術(shù)可以提供一個(gè)與真實(shí)平臺(tái)類似的實(shí)操平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生更好地進(jìn)行實(shí)踐操作，提高了學(xué)習(xí)效果。三是拓寬了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過運(yùn)用數(shù)控虛擬仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生能夠在生動(dòng)逼真的數(shù)控操作平臺(tái)上學(xué)習(xí)，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。四是提高了學(xué)習(xí)效率。虛擬仿真技術(shù)可以讓學(xué)生反復(fù)實(shí)踐操作，不受時(shí)間和地點(diǎn)限制，不用考慮資源成本，提高了學(xué)習(xí)效率。五是提高了學(xué)生的實(shí)操安全系數(shù)，減少數(shù)控機(jī)床設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)。在數(shù)控加工專業(yè)課教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，避免了學(xué)生在剛學(xué)習(xí)實(shí)操時(shí)因操作不熟練而容易出現(xiàn)失誤，進(jìn)而出現(xiàn)人身安全和損壞機(jī)床設(shè)備等問題，提高了學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中的安全性。六是提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。虛擬仿真系統(tǒng)有充足的教學(xué)資源和形象的教學(xué)內(nèi)容，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。下文，筆者將以梧州岑溪市中等專業(yè)學(xué)校（以下簡稱我校）數(shù)控專業(yè)為例，具體分析該專業(yè)教學(xué)存在的突出問題，提出實(shí)施虛擬仿真教學(xué)的措施，并以數(shù)控車加工小葫蘆實(shí)訓(xùn)教學(xué)為例，具體論述虛擬仿真技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用。

一、我校數(shù)控專業(yè)教學(xué)存在的問題

（一）實(shí)訓(xùn)硬件資源不足，實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源消耗大、成本高

制造行業(yè)需要的是水平高、技能硬的技術(shù)型人才，這就要求數(shù)控專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生具備豐富的理論知識(shí)和過硬的實(shí)操能力。但在實(shí)際中，由于數(shù)控機(jī)床設(shè)備價(jià)格較高，所以有部分中職學(xué)校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備在數(shù)量上不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。如，我校目前機(jī)械類專業(yè)有13個(gè)班共574名學(xué)生，現(xiàn)有數(shù)控車床僅4臺(tái)、數(shù)控銑床僅3臺(tái)。過去上實(shí)訓(xùn)課，往往是10余名學(xué)生共用1臺(tái)數(shù)控機(jī)床，導(dǎo)致有不少學(xué)生只能觀摩不能真正動(dòng)手實(shí)操，實(shí)訓(xùn)教學(xué)人均操作時(shí)間很少，學(xué)生缺乏充足的實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)。而且數(shù)控機(jī)床是高功率設(shè)備，用電多，消耗大，設(shè)備維修成本高，一般學(xué)校難以承受這么大的投入。導(dǎo)致這些問題的原因主要有以下兩個(gè)方面：一是我校缺乏實(shí)訓(xùn)條件，數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備投入巨大。由于數(shù)控器材價(jià)格高，且我校是縣級(jí)中職學(xué)校，經(jīng)費(fèi)有限，資金比較匱乏，致使數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備緊缺，數(shù)控車床、數(shù)控銑床等的擁有量均不能滿足開展數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需求。二是學(xué)校現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)陳舊，而且使用次數(shù)多，設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，由于維修費(fèi)用較高，個(gè)別機(jī)床損壞后難以得到及時(shí)維修與更新，因此設(shè)備常常會(huì)閑置或無法使用，這給數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)造成一定的困難。

（二）專業(yè)教學(xué)方法比較單一

數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的關(guān)鍵在于讓中職生掌握更多實(shí)踐技能，而在實(shí)際教學(xué)過程中，很多教師主要采用“講授式”教學(xué)方法，也就是“理論講授+實(shí)操訓(xùn)練+頂崗實(shí)習(xí)”的教學(xué)方法，且在前兩個(gè)環(huán)節(jié)中以教師講授為主，這容易導(dǎo)致數(shù)控專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐操作脫節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)時(shí)很少有機(jī)會(huì)參加實(shí)踐。而且，這樣的教學(xué)方法還存在理論學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)相隔時(shí)間太長的問題，這就導(dǎo)致不少學(xué)生難以做到學(xué)以致用，學(xué)生的動(dòng)手能力不強(qiáng)。因?yàn)閷?shí)踐能力得不到真正提高，缺乏實(shí)踐和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，所以很多學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果不佳。導(dǎo)致這些問題的原因主要有以下三個(gè)方面：一是教師的教學(xué)觀念比較落后，缺乏創(chuàng)新意識(shí)。二是我校的教學(xué)資源有限，無法提供足夠的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，教師的教學(xué)過于注重理論而忽略實(shí)訓(xùn)教學(xué)，理論與實(shí)踐脫節(jié)。三是教師的教學(xué)理念比較主觀和片面。有些理論課教師在兼任實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中受自身思維方式的限制和主觀意愿的影響，存在偏重理論、輕視實(shí)訓(xùn)的現(xiàn)象［2］。

（三）不同的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)給教學(xué)增加難度

隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)和種類不斷更新，因此要求中職生掌握多種數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的操作技能，在一定程度上增加了學(xué)習(xí)的難度。另外，由于教學(xué)資源分配和教學(xué)成本等原因，中職學(xué)校不可能擁有全部的不同類型的數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床，這也給數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)增加了難度。目前，我校有華中系統(tǒng)的數(shù)控車床2臺(tái)、法蘭克系統(tǒng)的數(shù)控車床2臺(tái)，有法蘭克系統(tǒng)的數(shù)控銑床3臺(tái)。鑒于兩個(gè)系統(tǒng)的編程不同和操作面板不同，學(xué)生要學(xué)習(xí)兩個(gè)系統(tǒng)，這增加了教師的教學(xué)工作量和學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。導(dǎo)致這些問題的原因主要有以下兩個(gè)：一是各級(jí)技能大賽采用的數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)不同。如，2023年梧州市技能大賽數(shù)控比賽使用的是華中系統(tǒng)的數(shù)控車床，而自治區(qū)級(jí)技能大賽使用的是法蘭克系統(tǒng)的數(shù)控車床。二是各個(gè)企業(yè)所使用的數(shù)控系統(tǒng)不同，這就要求學(xué)生熟悉不同的數(shù)控系統(tǒng)，以適應(yīng)企業(yè)的需求。

二、構(gòu)建“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”的數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式

針對數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的實(shí)訓(xùn)設(shè)備少、數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)多和教學(xué)方法陳舊等問題，我校經(jīng)過不斷的實(shí)踐探索，構(gòu)建了一個(gè)具有本校特色的“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”的數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式（如圖1所示）。

（一）“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”教學(xué)模式的內(nèi)涵

“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”教學(xué)模式主要包含“雙環(huán)”和“四步”兩個(gè)方面的內(nèi)容。其中，“雙環(huán)”是指數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)有虛擬仿真練習(xí)和實(shí)際操作練習(xí)兩個(gè)環(huán)節(jié)。每一個(gè)數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都要針對不同的數(shù)控系統(tǒng)和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)入虛擬仿真練習(xí)環(huán)節(jié)，只有當(dāng)學(xué)生在虛擬仿真練習(xí)操作達(dá)到純熟、檢查無誤的程度后，再安排學(xué)生進(jìn)入實(shí)際操作練習(xí)環(huán)節(jié)，從而達(dá)到減少學(xué)生對實(shí)訓(xùn)設(shè)備的依賴、提高實(shí)訓(xùn)效率和實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量等目的。

“四步”是指設(shè)計(jì)、實(shí)施、檢查、評(píng)價(jià)四個(gè)步驟，上述“雙環(huán)”的每一個(gè)環(huán)節(jié)都包括這四個(gè)步驟。在進(jìn)入虛擬仿真環(huán)節(jié)前，教師根據(jù)企業(yè)崗位工作和教學(xué)要求分解教學(xué)任務(wù)，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，然后發(fā)布給學(xué)生。學(xué)生根據(jù)教學(xué)任務(wù)要求，在虛擬仿真系統(tǒng)中進(jìn)行模擬訓(xùn)練，直到任務(wù)訓(xùn)練無誤、操作得當(dāng)、動(dòng)作純熟后，再請示教師進(jìn)行考核檢查。在學(xué)生進(jìn)行仿真訓(xùn)練過程中，教師對每一名學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生仍然達(dá)不到實(shí)操訓(xùn)練要求，則讓學(xué)生回到第一步重新領(lǐng)取任務(wù)，在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)內(nèi)不斷訓(xùn)練，如此循環(huán)，直到通過仿真訓(xùn)練考核評(píng)價(jià)并認(rèn)定已經(jīng)達(dá)到了實(shí)操訓(xùn)練要求，再安排學(xué)生進(jìn)入實(shí)操練習(xí)環(huán)節(jié)。在實(shí)操訓(xùn)練環(huán)節(jié)，教師設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)操練習(xí)任務(wù)，學(xué)生領(lǐng)取實(shí)操練習(xí)任務(wù)后進(jìn)行實(shí)操練習(xí)，完成訓(xùn)練內(nèi)容或加工出樣品后，再申請實(shí)操教師進(jìn)行檢查。經(jīng)實(shí)操教師評(píng)價(jià)，如果認(rèn)定實(shí)操練習(xí)不合格，但不合格的情況比較輕微，學(xué)生可以回到實(shí)操練習(xí)的第一步，領(lǐng)取任務(wù)再做；如果不合格的情況比較嚴(yán)重，學(xué)生則重新回到虛擬仿真練習(xí)環(huán)節(jié)，直至完成實(shí)操練習(xí)任務(wù)為止；如果實(shí)操練習(xí)合格，學(xué)生就完成本任務(wù)實(shí)訓(xùn)，可以領(lǐng)取下一個(gè)實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

（二）“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”教學(xué)模式的實(shí)踐意義

一是有利于節(jié)約教學(xué)成本，減少機(jī)床設(shè)備和其他耗材的投入。為了有效開展數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)，我校運(yùn)用“CAXA數(shù)控車+斯沃”虛擬仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，這兩個(gè)虛擬仿真軟件都可以免費(fèi)下載安裝使用。加上原有的CAD/CAM實(shí)訓(xùn)室，我校現(xiàn)有的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室能同時(shí)滿足54人進(jìn)行數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控加工等內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。虛擬仿真軟件的引入，減少了我校在購買昂貴設(shè)備上的投入，減少了刀具等耗材的損耗，大大節(jié)約了教學(xué)成本，同時(shí)也滿足了專業(yè)教學(xué)的基本需求。

二是有利于循序漸進(jìn)地提高學(xué)生的專業(yè)技能，引導(dǎo)學(xué)生牢固樹立操作安全意識(shí)。在引入虛擬仿真教學(xué)軟件之前，我校教師往往是按小組、分批次進(jìn)行數(shù)控車床操作方法的講解，10余人為一個(gè)批次。但是，據(jù)筆者觀察發(fā)現(xiàn)，由于每一批次的人數(shù)較多，總有某些學(xué)生因種種原因難以看到教師的操作示范，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。此外，在學(xué)生自主練習(xí)階段，由于這部分學(xué)生或不懂或似懂非懂就很容易造成撞機(jī)、損壞刀具等情況，甚至出現(xiàn)學(xué)生不按規(guī)程操作，導(dǎo)致機(jī)床撞機(jī)或是刀具、工件飛出傷人。采用虛擬仿真軟件教學(xué)后，相當(dāng)于每名學(xué)生有了一臺(tái)虛擬數(shù)控機(jī)床，可以確保學(xué)生實(shí)操時(shí)的安全。教師用屏幕廣播講解，保證學(xué)生人人都看得見、聽得到，學(xué)生也有了足夠的練習(xí)時(shí)間。如果出現(xiàn)失誤操作造成“撞機(jī)”，學(xué)生就能聽到虛擬仿真軟件發(fā)出的撞機(jī)噪聲，從而引起學(xué)生的重視，及時(shí)改正錯(cuò)誤，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

三是提高了加工程序的糾錯(cuò)效率。虛擬仿真軟件具備程序糾錯(cuò)功能，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上編寫數(shù)控加工程序后，直接導(dǎo)入斯沃?jǐn)?shù)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬加工。如果程序有問題，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警顯示具體哪個(gè)部分出現(xiàn)錯(cuò)誤，只有更正程序后，系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行后續(xù)仿真加工演示。這樣有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考，節(jié)約糾錯(cuò)時(shí)間，效率高，針對性強(qiáng)。

（三）數(shù)控專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主要內(nèi)容

1.基于UG NX軟件的集成仿真驗(yàn)證模塊的仿真教學(xué)

UG NX軟件是一款廣泛用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的CAD/CAM軟件，它具有強(qiáng)大的虛擬仿真功能。在數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教師可以采用UG NX軟件的集成仿真驗(yàn)證模塊，對數(shù)控加工過程進(jìn)行全面模擬和分析。具體來說，該模塊包括以下三個(gè)方面的教學(xué)：①機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型仿真。通過對數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行建模和虛擬仿真［3］，預(yù)測機(jī)床在加工過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度變化情況，為學(xué)生提供更加直觀的教學(xué)過程。②刀具路徑仿真。通過對數(shù)控加工程序中的刀具路徑進(jìn)行分析和虛擬仿真，預(yù)測刀具在加工過程中的位置和姿態(tài)變化情況，讓學(xué)生更好地理解數(shù)控加工的原理和技術(shù)。③材料去除過程仿真。通過對數(shù)控加工過程中的材料去除過程進(jìn)行建模和虛擬仿真［4］，預(yù)測工件表面的質(zhì)量和形狀變化情況，為學(xué)生提供更全面的教學(xué)指導(dǎo)。

2.基于鳳凰創(chuàng)壹數(shù)控專業(yè)虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的練習(xí)

鳳凰創(chuàng)壹數(shù)控專業(yè)虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，是一款專門為數(shù)控機(jī)床專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)的虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生在虛擬仿真的環(huán)境中深入學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的各種型號(hào)、類型，并模擬操作數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工工作。該系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床專業(yè)教學(xué)中有著舉足輕重的地位，它利用虛擬仿真技術(shù)模擬數(shù)控機(jī)床設(shè)備的加工環(huán)境和加工狀態(tài)，讓學(xué)生能看、能聽、能學(xué)、能操作。該教學(xué)模塊有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①擁有豐富的數(shù)控機(jī)床模型庫。該系統(tǒng)內(nèi)置了多種型號(hào)、類型的數(shù)控機(jī)床模型，為學(xué)生提供更加真實(shí)的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)境。②靈活的操作界面。該系統(tǒng)采用直觀、易懂的操作界面，學(xué)生能夠快速上手并進(jìn)行實(shí)踐操作。③全面的教學(xué)內(nèi)容。該系統(tǒng)涵蓋了數(shù)控加工各個(gè)方面的內(nèi)容，包括編程、工藝規(guī)劃、刀具選擇等，為學(xué)生提供全面的學(xué)習(xí)資源。

3.基于斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的加工過程模擬練習(xí)

加工過程仿真是一種有效的數(shù)控虛擬仿真教學(xué)方法，其通過將虛擬仿真技術(shù)與數(shù)控加工實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，能夠提高學(xué)生的實(shí)操能力和技術(shù)水平［5］。加工過程仿真在現(xiàn)代制造業(yè)中具有至關(guān)重要的作用。首先，有助于優(yōu)化切削參數(shù)，提高加工效率。通過模擬加工過程，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有軌跡中存在的問題和參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤的部分，對切削參數(shù)進(jìn)行修正。其次，有助于在加工過程中，根據(jù)刀具磨損的程度，預(yù)測加工精度和工件的表面完整性。仿真模擬可以提前預(yù)測刀具的磨損情況，避免因刀具磨損導(dǎo)致的加工誤差。

綜上所述，數(shù)控虛擬仿真教學(xué)是一種非常有效的教學(xué)方法，它可以為學(xué)生提供一個(gè)安全、高效和經(jīng)濟(jì)的實(shí)踐環(huán)境，幫助學(xué)生更好地掌握數(shù)控加工的知識(shí)和技能。下面，筆者運(yùn)用此方法實(shí)施數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

三、虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）科學(xué)設(shè)定教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)

本文以數(shù)控車加工小葫蘆實(shí)訓(xùn)教學(xué)為例，具體論述虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。筆者明確了本次實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)及開展虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢。

首先，筆者明確教學(xué)內(nèi)容有以下四個(gè)方面：①數(shù)控編程基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)數(shù)控編程語言的基本語法、常用指令和編程方法，掌握數(shù)控編程的基本技巧；②數(shù)控車削工藝，學(xué)習(xí)數(shù)控車削的工藝特點(diǎn)、切削參數(shù)的選擇、刀具的選擇和裝夾方法等；③虛擬仿真練習(xí)，學(xué)習(xí)電腦繪圖，自動(dòng)生成程序，然后進(jìn)行虛擬仿真練習(xí)；④數(shù)控車削實(shí)例，通過實(shí)際操作，進(jìn)行小葫蘆零件的數(shù)控車削加工，過程包括零件的尺寸測量、刀具的選擇和裝夾、程序編寫、加工過程控制等。

其次，筆者設(shè)定以下三個(gè)方面的教學(xué)目標(biāo)：①知識(shí)目標(biāo)，使學(xué)生掌握數(shù)控車床的基本知識(shí)和技能，熟悉數(shù)控車削的工藝特點(diǎn)和編程方法；②技能目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生具備獨(dú)立完成數(shù)控車削加工的能力，能夠根據(jù)零件圖紙編寫數(shù)控程序，能夠使用虛擬仿真軟件驗(yàn)證數(shù)控程序是否正確，并熟練操作數(shù)控車床進(jìn)行加工；③素養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識(shí)。

最后，筆者設(shè)定以下教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：①教學(xué)重點(diǎn)，數(shù)控編程基礎(chǔ)主要學(xué)習(xí)數(shù)控編程語言的基本語法、常用指令和編程方法，掌握數(shù)控編程的基本技巧；虛擬仿真練習(xí)，主要學(xué)習(xí)電腦繪圖，自動(dòng)生成程序，虛擬仿真練習(xí)；數(shù)控車削實(shí)例，主要通過實(shí)際操作，加工完成小葫蘆零件。②教學(xué)難點(diǎn)，關(guān)于數(shù)控編程基礎(chǔ)，學(xué)生需要掌握一定的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，才能更好地理解和掌握數(shù)控編程；關(guān)于數(shù)控車削工藝，主要涉及多種切削參數(shù)的選擇和刀具的裝夾方法，學(xué)生要在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)。

（二）運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)科學(xué)實(shí)施數(shù)控車削實(shí)訓(xùn)教學(xué)

首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控編程語言的基本語法、常用指令和編程方法，熟練數(shù)控編程的基礎(chǔ)技巧。然后，筆者指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用CAXA數(shù)控車軟件設(shè)計(jì)小葫蘆的CAD造型；按照給定的任務(wù)圖紙，引領(lǐng)學(xué)生應(yīng)用CAXA數(shù)控車軟件正確繪制小葫蘆2D模型。由于學(xué)生已有CAD軟件繪圖基礎(chǔ)，該過程學(xué)生能快速完成。接著，筆者向?qū)W生講解各項(xiàng)加工參數(shù)的含義與正確設(shè)置，細(xì)致講解各項(xiàng)加工參數(shù)一般設(shè)定值，如刀具設(shè)置、切削用量選擇、進(jìn)退刀方式確定等。隨后，筆者要求學(xué)生進(jìn)行以下實(shí)踐：①進(jìn)行刀軌生成與優(yōu)化，讓學(xué)生了解加工輪廓、毛坯輪廓、進(jìn)退刀點(diǎn)的選擇，生成刀軌并進(jìn)行分析，然后優(yōu)化刀軌，提高加工效率。②進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工軌跡仿真，即讓學(xué)生在CAXA數(shù)控車軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)加工軌跡仿真。③程序后置處理設(shè)置，讓學(xué)生把刀軌生成G代碼。④程序傳輸與模擬仿真加工，讓學(xué)生把生成的G代碼傳輸至斯沃Fanuc數(shù)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)體加工。若學(xué)生的加工程序有誤，在模擬仿真加工中系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警提示，便于學(xué)生及時(shí)進(jìn)行程序的修正。若學(xué)生編輯的加工程序正確，學(xué)生就能看到一個(gè)自己獨(dú)立完成模擬加工得出的小葫蘆模型，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的自信心，也為后續(xù)數(shù)控車削實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

其次，在學(xué)生完成虛擬仿真練習(xí)后，筆者指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)加工。數(shù)控加工仿真軟件只能起到模仿加工過程的作用，但不是真正的加工過程，它不能百分百代替真實(shí)的教學(xué)。特別在數(shù)控加工實(shí)操過程中，由于仿真系統(tǒng)和實(shí)操機(jī)床在本質(zhì)上不一樣，仿真系統(tǒng)不能替換學(xué)生在真實(shí)機(jī)床上加工時(shí)獲得的真實(shí)感覺，如在體會(huì)選擇切削用量方面［6］。所以，教師在實(shí)施教學(xué)時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮教學(xué)的時(shí)間，合理安排仿真實(shí)訓(xùn)與實(shí)際在數(shù)控機(jī)床上的實(shí)訓(xùn)的時(shí)間，讓學(xué)生有更多時(shí)間在實(shí)際機(jī)床上操作加工。學(xué)生先在仿真系統(tǒng)上模擬加工零件，再在機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工，如此就能提高程序的正確率，降低在實(shí)際加工環(huán)節(jié)由于程序錯(cuò)誤而出現(xiàn)安全事件的發(fā)生率［7］。

最后，筆者對虛擬仿真教學(xué)進(jìn)行反思。通過虛擬仿真教學(xué)與數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)相融合，我校構(gòu)建了一個(gè)具有本校特色的“雙環(huán)四步、虛實(shí)交融”虛擬仿真教學(xué)模式，很好地解決我校數(shù)控專業(yè)設(shè)備不足、耗材大、教學(xué)成本高、教學(xué)方法單一等難題，并有效實(shí)現(xiàn)了多種系統(tǒng)的協(xié)同教學(xué)。此外，虛擬仿真教學(xué)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的安全文明生產(chǎn)意識(shí)。然而，虛擬仿真教學(xué)也存在一些不足之處：一是硬件設(shè)備要求較高。虛擬仿真教學(xué)需要高性能的計(jì)算機(jī)和專業(yè)的軟件支持，對硬件設(shè)備的要求較高。二是教師素質(zhì)要求較高。虛擬仿真教學(xué)需要教師具備一定的計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)知識(shí)，對教師的素質(zhì)要求較高。這些都是我校或其他中職學(xué)校今后要努力解決的現(xiàn)實(shí)問題。

總體來說，利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)施數(shù)控專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)具有諸多優(yōu)勢，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力，也可以節(jié)省教學(xué)資源、教學(xué)投入，還可以很好地提高教學(xué)質(zhì)量。但在實(shí)際應(yīng)用中，教師還需要不斷完善和優(yōu)化，探索更有效的教學(xué)對策，不斷克服困難、解決問題，才能提高采用虛擬仿真技術(shù)實(shí)施專業(yè)教學(xué)的質(zhì)量，從而向社會(huì)輸送更多高素質(zhì)的技能人才。

參考文獻(xiàn)

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［7］郝二濤.應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)提升中職數(shù)控教學(xué)效率的研究［J］.南方農(nóng)機(jī)，2018（19）：118.

（責(zé)編 蒙秀溪）