数控加工仿真软件在实训教学中的应用

【摘要】数控加工技术在机械制造业中的应用越来越广泛，然而培养这一技术必须借助大量的数控设备投资作为支持，这给许多高校进行数控技术技能培训带来了很大困难。数拉仿真教学软件利用它的虚拟现实技术，改善了目前数控技术课程教学中设备投入大、学员人数多、上机时间短、培训效率低的现象，提高了学生的编程和操作能力。

【关键词】数控加工仿真；功能简介；在实训教学中的应用

目前，数字控制技术与数控机床给机械制造带来了巨大的变化。一个国家数控化率的高低已成为衡量一个国家综合国力的重要标志。因此，随着高等职业院校的飞速发展和数控技术的广泛应用，大批数控机床操作编程人员的培训成为迫切而又难以解决的问题。按惯例，数控技术的训练应全在数控机床上进行，但由于学员人数的不断增加，有限的机床数量难以保证每个学员有足够的上机时间，但数控技术又是一门实践性很强的课程，要想达到理想的教学和实践效果，我们采用了数控仿真进行辅助教学。

一、数控加工仿真系统功能简介

数控加工仿真系统是基于虚拟现实的仿真软件。九十年代初源自美国的虚拟现实技术是一种富有价值的工具，可以提升传统产业层次、挖掘其潜力。虚拟现实技术在改造传统产业上的价值体现于：用于产品设计与制造，可以降低成本，避免新产品开发的风险；用于产品演示，可借多媒体效果吸引客户、争取订单；用于培训，可用“虚拟设备”来增加员工的操作熟练程度。

我院选用的是上海宇龙软件工程有限公司的数控加工仿真系统，该仿真系统可以模拟出华中数控、广州数控、三菱数控、大森数控等多个系统，系统可以实现对数控铣和数控车加工全过程的仿真，其中包括毛坯定义与夹具，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，加工仿真以及各种错误的检测功能。整个操作过程与实际机床的操作基本一致，学生在仿真环境中不仅可以学习掌握数控机床的基本加工操作方法，还可以感受到真实机床的运行特性，为后来实际的“真刀真枪”的实际操作打下必要的基础。通过我们在专业教学中的实际应用证明，用这种方式进行初步培训不仅是行之有效的，而且还取得了事半功倍的效果。

二、数控加工仿真系统在实训教学中的优势

1.专业教学质量和效果有了明显的提高

数控技术专业的核心能力是数控加工工艺及程序编制能力、数控加工操作能力，这些能力的培养通常是通过几门专业主干课程来实现的，主要包括《数控加工工艺》、《数控加工编程与操作》、《CAD/CAM技术应用》及必要的实验、实习、实训等。这些构成一个完整的职业能力链条。但是在以往的教学当中这几门主干课程常常相互脱节，互不相关，从而无法使学生形成完整的职业能力，而现在我们通过数控加工仿真系统的训练，把这几个环节的专业知识、技能，联系为一个整体的职业综合能力进行训练，使教学摆脱了过去那种教师完全在黑板上讲编程，学生在练习本上训练编程的尴尬局面。

2.边学边用，学活学精

当学生在老师讲完编程功能代码等知识后，可以在数控加工仿真系统上直接进行编程训练，检验程序的正确性。因为数控编程是一项非常严谨的工作，稍有差错就无法使机床通过。因此必须养成一丝不苟的工作作风。以往在练习本上练编程要做到这一点是无法想象的，现在有了仿真系统，如果编写格式，或者字符不正确，哪怕漏掉一个小数点系统也要出现报警提示，不会执行，只有修正错误后才可以继续，这就极大地提高了学生在编程练习时候的学习效果和质量。

3.使用仿真软件有利于“一气呵成”的学习

数控加工仿真系统是学习CAD/CAM技术，也就是我们通常说的计算机辅助设计/计算机辅助制造技术的最有力的手段之一。数控加工仿真系统可以像数控机床一样直接调用自动编程系统生成的数控程序进行模拟加工。这样，同学们通过CAXA制造工程师等软件对较复杂的加工零件进行造型建模——CAD，然后再生成加工程序G代码——CAM，接下来就可以直接在仿真系统上进行模拟加工检验——仿真，使整个过程形成一个完整的链条。这既增加了学生的学习兴趣和成就感，也营造了同学们之间比学赶帮的学习氛围。

4.缩减实训成本，增加动手机会

在教学班级进行数控实训的初期，学生对数控机床不熟悉，误操作撞坏设备的现象时有发生。但在数控仿真机床上发生的违规操作都有报警提示纠正，学生被纠正习惯了，在操作真实机床时就会注意到这些问题。因此，如果先在数控仿真系统上进行仿真练习，再进行实际操作，可以防止学生初学阶段对设备的损坏。并且每人都可以进行独立操作，有更多的训练机会在数控仿真训练中，可以做到每人一台计算机，相当于每人拥有一台机床，每个学生独立操作的机会和训练时间增多了。

三、数控加工仿真系统在实训教学中的应用

1.通过情境教学，提高学生学习的主动性

众所周知，现在职业技术学院的学生，学习基础和学习习惯不好，因为大部分好的学生选择了上大学，所以教师教学显得很困难，传统的教学方法已很难使学生接受，因此通过灵活的、先进的教学方法和教学手段来提高学生的学习兴趣我们通过应用数控加工仿真系统，能较为娴熟地运用行为导向教学方法，在课堂上真正体现学生为主体突出显示学生动手动脑的能力，变学生被动学习为主动学习。掌握分析向题，解决问题的能力。通过情境教学，大大提高了学生的学习兴趣和主动性。

2.科学安排教学内容，拓宽学生的就业能力

在教学过程中，我们主要讲解与训练社会上最常用的FANUC、SIEMENS的编程方法和操作应用，使学生能熟练掌握、灵活应用；再安徘适当的课时讲解国产的华中、广数的编程与操作方法和不同面板的操作，开阔学生的知识面，提高学生对不同操作系统、面板的编程与操作能力，使他们能很快适应不同企业、不同数控系统的数控机床的操作和编程。

3.及时考核反馈，提高学生的学习意识和自觉性

配合数控编程与操作理论教学，我们设置了相应的实验环节，通过实验使学生熟悉数控指令代码的含义并验证其功能，熟悉常用数控系统程序的编辑、输入、输出方法，使学生初步了解数控系统的基本操作和工作过程。最终教学进行完毕之后，我们利用数控加工仿真系统的考试功能，为学生设置一个考试课题，并且设置评判精度以及错误扣分细节，让学生在特定时间内进行测试，由于软件的精准性，我们可以发现学生平时无法观察到的错误，及时作出指正，引起学生注意。

4.为实际机床操作赢得宝贵时间

学生编辑好的程序，经过数控仿真加工达到准确无误，就可以安排到真实机床上进行实际操作。在真实机床操作过程中训练的项目不再是输入、编辑、修改程序，而是直接训练学生对刀、建立工件坐标系、工件安装、刀具安装等方面的内容。这样，减少了占机时间，充分提高数控机床的利用率。

四、现有的问题及展望

数控加工仿真系统的应用，虽然为我们在相当程度上弥补了因数控设备不足而无法满足学生实际动手操作训练的缺陷，但也不是完美无缺，事实上在它发挥优势的同时，也潜藏一定的隐患。

比如，仿真数控机床与真实数控机床在功能上毕竟有一定的差距，在真实加工条件下要完成的某个较为复杂的加工工作需要一两个小时才能完成，而在数控加工仿真系统上可以是几分钟，这一点本来是仿真软件的一大优点，可以提高训练效率，缩短空等待的时间。但恰恰这一点，使得仿真过的学生在实际操作训练中常常耐不住性子，而要加快加工速度。这种情形的后果是可怕的，是需要引起我们高度重视的。

另外，就目前来说各种类型的仿真系统在技术上不是很完善，还存在着这样和那样的不足，无法真正做到“仿真”，因此在教学训练中难免存在许多不如人意的地方，这些都可能给我们带来一定的负面影响，需要我们努力地克服，以便扬长避短。

学生通过数控加工仿真系统训练，学习兴趣得到增强，编程能力、操作能力不断提高。在以往的实训中，让学生直接面对真实机床操作，学生往往不知所措，产生恐惧感。现在，由于经过了数控仿真训练，学生在操作实际机床时，对各按键功能已经熟悉，很快就适应了实际机床的操作。学生因误操作损坏机床的现象也少了，设备使用寿命得到了提高。数控仿真教学已经成为数控技术实践教学中不可缺少的重要环节，是提高学生数控技能的一个有效途径。但数控仿真教学不能完全代替真实机床实训，在数控技术教学中要处理好二者的关系。在做好数控仿真教学的同时，也不能忽视数控机床实际操作训练。

参考文献

[1]宇龙数控加工仿真系统操作说明书[S].

[2]曹小志，关明华，潘铁虹.线数控加工仿真教学系统的实现[J].1998.

[3]王晓杨，王仲海.虚拟现实技术及其应用[J].2002.

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