浅谈数控加工模拟仿真软件在数控教学中的应用

浅谈数控加工模拟仿真软件在数控教学中的应用

天台职业中专周德相

【摘要】数控加工技术是一种先进的制造技术，要掌握好这种技术，数控教学必须同数控实训相结合，本文探讨了通过在实际的教学过程中，应用数控加工模拟仿真软件，激发学生学习数控的积极性，来提高教学效果和实训效果，解决了实训中存在的一些问题。

【关键词】数控加工模拟仿真、数控加工技术、理论教学、实训、GSK——980T

目前，随着科学技术的发展，数控加工技术正在得到广泛的应用，数控人才成为劳动力市场急需的人才，如何尽快地培养出满足市场需要、掌握数控机床编程知识和操作技术的数控技能型人才成为数控教学工作者必须研究的问题。

数控机床科技含量高，品种繁多、价格较高，一台数控车床通常需十来万，数控铣床则一般需二三十万，而一台数控加工中心价格更高，少则几十万多则几百万。作为中职学校，就一个班五十人来说，则至少需投入同种机床10几台，才能展开正常的实训教学工作，所以投入至少上百万，同时数控机床的实训消耗多，成本高，比如刀具、工件材料的消耗，每生少则也需好几十元。所以数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练，即使是实力雄厚的培训院校和企业既无必要也无力承担起此种消耗与投入。因此探索一种新的数控加工技术教学模式来达到投入少、见效快、培养的学生适应性强、企业欢迎的教学模式势在必然，这种教学模式应当既区别于传统的机械加工培养模式又与一般的机电专业有不同。运用数控加工仿真系统教学是解决这一问题的重要途径。

一、数控加工仿真系统在教学中的应用

1、数控加工仿真系统的选用

数控加工仿真系统的软件形式很多，有的是数控机床本身自带的仿真系统，但这种数控机床的仿真系统在教学中局限性较大，不适于教师教学和学生训练；还有的是一些先构图而后自动编程仿真软件，也不适应手工编程教学的要求。我们选用的是上海宇龙数控仿真系统，该系统拥有目前国内大部分的数控系统，包括ＦＵＮＡＣ、ＳＩＭＥＮＳ、ＰＡ系统、广州数控、华中数控、大森数控等，是一种集各种系统于一身的富有价值的教学辅助工具。它可以实现对数控车床、数控铣床和数控加工中心加工零件全过程的仿真，其中包括机床选择、毛坯定义、夹具刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和调试，具有多系统、多机床、多零件的加工仿真模拟功能。

2、数控加工仿真系统的应用方法：

如何运用这套软件进行教学呢，我们在教学中主要从以下几个方面进行探索与实践。

(1) 灵活应用教学方法，课堂教学中变学生被动学习为主动学习

现在，大部分学习基础好的学生依然选择读普高，就读职高的基本都是学习成绩、学习习惯较差的三类生，对于这部分学生，教师的要展开有效的教学工作很困难，传统的教学方式已很难使学生接受，因此，利用先进的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。而利用上海宇龙仿真系统平台进行教学，并娴熟地运用行动导向的教学方法，在课堂教学中真正体现学生为主体，突出显示学生动手动脑的活动，变学生被动学习为主动学习。在教学过程中，教师起引导作用，即对学生活动中遇到困难或无法下手的问题进行引导、讲解。课堂教学中每节课的知识点尽可能集中，深入浅出，便于学生掌握编程方法与技巧。

(2) 恰当运用数控加工仿真系统，充分发挥其课堂教学中的作用

教师应十分重视数控加工仿真系统的在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真系统在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真系统放弃教师在教学中的引导作用，也不能在教学中教师唱独角戏采用常规的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用，应该科学地、充分地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。

数控加工技术是理论、实践性均很强的课程，它应该是在已完成其它专业基础理论教学、专业教学。教学中应妥善安排该课程课堂教学与上机仿真教学的课时比例，一般为1：1。教师在数控加工技术的课堂教学中应重点解决编程方法并进一步强调在编程中工艺问题的处理，学生上机则利用数控加工仿真系统解决程序校验以及不同系统不同机床的操作问题，每次上机学生都有明确的课题，在上机前教师应利用多媒体教学进行操作演示，并在学生上机中进行巡回指导，学生在计算机上应用数控加工仿真软件进行编程与操作，既可使学生更快更好地掌握数控专业技能，又培养了学生自学能力、解决实际问题的能力。

(3) 科学安排教学内容，循序渐近掌握数控编程与操作技巧

结合本校实际情况（拥有GSK980T数控车床一台、浙大晨光数控车、铣各一台，华中数铣一台，线切割一台）和本地区数控加工的发展情况（以FANUC数控车床和数控铣床为主，另有小部分的华中，西门子等系统），在教学过程中教学内容的安排分为三个模块。第一模块为基础模块，在重点讲解与训练常用的FANUC 数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的基本编程方法、操作及应用，这一模块是编程基础教学，也是教学重点，为后面学习GSK980T系统和华中系统打好基础，虽然系统不同，但在编程方面的常用指令和格式是一样，要使学生在以后实习和工作中能灵活应用，所以必须使学生熟练掌握，灵活应用基本编程指令；其二为实训提高模块，重点在GSK980T数控车床和华中数控铣床上展开，通过仿真与实际操作相结合，使学生掌握这两种系统的车削和铣削加工，编程以及线切割加工编程，然后通过数控实训使学生切实掌握数控加工技术；模块三为理论拓展模块，主要通过模拟仿真，使学生接触不同类型的数控系统的编程，如西门子系统、大森系统等。此模块，在教学中根据实际情况安排教学，拓宽学生的知识面，提高学生对不同操作系统、不同操作面板的编程与操作能力。经过这种训练后上岗，学生反映所看到的数控操作面板都已熟悉，能够信心十足的面对所操作的数控机床，较快适应所从事的工作。

(4) 探索新的测验、考试方法，正确进行教学评价，提高学生的学习意识和自觉性

上机应用数控加工仿真系统进行数控编程与操作练习时以教师评价为主，平时教师通过对学生保存的操作记录和零件进行打分，及时登记成绩。考试可采用理论考试、模拟仿真与实际操作相结合进行，比例为3：3：4，避免以往只会理论，不会操作的纯理论的书面考试。同时又更加注重了实际操作的要求，将更多地、客观地关注学生在整个学习过程中的学习效果。所选测试题应与课堂教学、上机应用数控加工仿真系统的练习要求相适应，来提高学生的学习意识、学习热情，学习的自觉性和自信心。教师在教学中有明确的教学目的，逐个系统、逐种机床进行讲解及安排练习，因人施教，因材施教，恰到好处。

二、数控加工仿真系统的应用效果存在的问题及解决的方法

1、数控加工仿真系统的应用效果

（1）应用数控加工仿真系统可以极大地提高学生的学习兴趣

在引入数控加工仿真系统应用软件之前，数控加工技术课程的理论教学与其他课程教学模式相同，主要是课堂教学，学生对自己所编的程序正确与否是通过教师批改作业来知晓的。这种方法教师检查程序需逐个程序段进行查阅，内容多而十分麻烦，一些在数控机床上常常无法运行的编程错误也不易查出，而这些问题的解决在实际数控编程中是十分重要的。至于数控操作问题，在黑板上讲各按键的作用、名称与使用更是一件费力不讨好的事，习者枯燥，教者乏味。引入数控加工仿真系统进行教学以后，学生所编程序可以直接在计算机数控加工仿真系统的模拟加工演示，对程序编写和书写的错误能直接看出，机床操作面板的使用与零件的加工过程也和实际加工情况十分相似，学生可以从任意角度观察数控机床加工过程，毛坯加工为成品的过程历历在目，直观形象，便于学习与掌握，编程与操作的作业可以直接在计算机上检查，每次有检查，次次有结果，使学生对这门课程有了浓厚的学习兴趣，常常是刚上完这一堂课又急切地盼望着下一堂课的到来，甚至提出增加课时，学生的学习主动性与积极性大为提高。同时在教学过程中也尝试采用分组讨论的教学方法，通过学生之间对编程，操作的讨论，进一步掌握数控编程技巧，培养了学生的团队合作精神。

(2) 应用数控加工仿真系统可以降低技能训练成本提高训练效率和安全性

数控机床是一种较为昂贵的机电一体化的新型设备，如果初学时就让学生直接在数控机床上操作，可能出现撞坏车刀、损坏工件与机床、浪费材料等现象，甚至因操作失误对学生造成人身危害。引入数控加工仿真系统后，可以大大降低训练的消耗，同时也解决了学生多，机床少，教师少的现实问题。通过前期的模拟仿真练习，后再进行几次实际操作就能达到事半功倍的效果，大大提高了实习效率降低了实习成本。

2、数控加工仿真系统在应用中存在的负面效应及应对的方法

数控加工仿真系统是一种模拟教学应用软件，它不能也不可能全盘代替教学，尤其是技能训练。如果教师一味地依赖数控加工仿真系统而将学生放任自流，必将

会引起一些负面效应，为了将这些负面效应的影响减少到最低程度，我们应拿出切实可行的应对的方法。

首先，数控加工仿真系统只是加工过程的模拟并非真实加工过程，它无法代替学生在真实切削加工的实际感受，尤其是切削用量的选择，它无法进行控制，只能对切削深度过大时加以限制。因此，学生在应用数控加工仿真系统进行编程与操作训练时，往往容易忽视切削用量的选择、数控刀具的选用、零件的装夹方法，而这些程序一旦应用在实际中便可能出现打刀或影响实际零件的加工质量、降低生产效率等问题；对此教师应引起足够的重视。可以通过在应用数控加工仿真系统对学生进行初期训练前，学生已进行数控机床和通用机床加工认识实习及通用机床的实训，学生已学会刃磨车刀，熟悉机床加工的各种方法及切削用量的选择技巧，已建立了较为扎实的机械加工的感性认识，同后阶段的实际数控机床的操作训练、综合课题的强化训练，以及毕业前的到对口企业的数控机床实习来解决，方可弥补应用数控加工仿真系统进行教学的这一缺陷。

其次，我国的数控加工仿真系统软件的设计与应用尚处在刚刚起步的阶段，与国外一些较为成熟的职业技术教育数控加工仿真系统软件相比还有一些差距，仍有不少亟待完善之处，有些指令无法执行，有些功能同实际机床有些许出入，比如我们在教学过程中碰到过GSK980系统对刀时跟实际机床有一些不同，使学生对编程理论产生疑惑而无所适从，这就对它的使用范围有所限制，任课教师应该熟悉这一差别，及时加以说明，并积极与数控加工仿真系统软件设计方进行联系以便及时予以改进。

其三，在利用数控加工仿真系统软件进行技能训练时容易使学生对计算机产生依赖心理，沉迷于仿真加工，而疏于上数控机床操作。个别学生甚至趁老师不注意上网或玩电游。这就要求数控实训教师提高管理能力和教学水平，合理分组科学安排应用数控加工仿真系统软件进行技能训练的时间，仿真训练与操作训练在后阶段应穿插进行，科学管理就可将这一负面效应减少到最低程度。

数控加工仿真软件在教学中的应用尚在起步与研究探索阶段，只要积极思考在应用中产生的问题，主动采取应对措施，我们正确发挥其在教学中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

参考文献：

1、《数控设备与编程》主编杨仲冈高等教育出版社

2、《数控加工技术》主编朱鹏超高等教育出版社

3、《机械制造工艺基础》中国劳动保障出版社

4、《教育学》南开大学出版社

5、《数控车床工实训与职业技能鉴定》主编任级三辽宁科学技术出版社