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數控仿真軟件在數控機床教學的應用論文
摘要：隨著機械制造業對數控技術專業人才的大量需求，高職院校都非常重視數控專業學科建設。將模擬實際機床加工環境及工作狀態的虛擬機床仿真軟件、以零件設計和加工程序為主的CAD/CAM一體化軟件等，應用于數控機床教學中，提高了學生學習的積極性及教師的教學效率。但應注意將仿真操作與實際訓練相結合。
關鍵字：機械制造；數控仿真軟件；數控機床教學
中圖分類號：TP391.9文獻標識碼：A文章編號：2095-980X（2015）11-0098-02
隨著數控加工技術在機械制造業的廣泛應用，對數控相關技術人員的需求增大和要求提高。為此，各院校的機械類專業都開設了“數控機床與加工”相關課程以契合市場需求，與此同時，昂貴的教學用數控設備及資金短缺的矛盾也凸顯。因此，須探索出一套既符合本校教學現狀，又能滿足數控專業教學要求的模式。經教學實踐發現：將數控加工仿真軟件運用于實際教學，既能有效緩解教學實訓需投入大量資金購置設備的矛盾，又能利用感觀激發學生的主動意識和自覺意識，是一種有效的教學途徑。
1、仿真軟件原理及軟件類型
數控仿真軟件是在虛擬現實技術與計算機技術相結合的基礎上建立起來的，是一種利用計算機編程及建模，用二維或三維圖形將加工過程以動態形式演示出來的軟件。簡而言之，就是通過計算機技術，對現實的運動過程進行模擬及聲像演示。利用該軟件，操作者可以如臨其境地查看生產、實驗、施工等過程，從而確認系統的性能或發現運動過程的缺陷。數控加工過程涉及多種不同類型的軟件，根據其使用范圍，可分為仿真軟件及一體化軟件等。
（1）模擬實際機床加工環境及工作狀態的虛擬機床仿真軟件。該類軟件可以模擬真實的場景，實現操作者和仿真場景的交互，使操作者體驗到真實的機床操作的感覺。這類軟件以實用為出發點，較典型的例子如南京航宇自動化技術研究所、廣州超軟公司、武漢金銀花公司等開發的數控仿真系統。
（2）以零件設計和加工程序為主的CAD/CAM一體化軟件。這一類軟件可以利用計算機完成零件加工前期的編程、設計等過程，使數控更佳精準、規范。如丹麥CIMCO公司的CImcoSoftwareSulte、SolidWorks等，該仿真流程如圖2所示。數控仿真系統有著全面的仿真功能、完善的圖形和標準數據接口；而且能與多種計算機操作系統兼容，對設備的配置要求較低；能大大節省教學設備投資，有效避免資源浪費。
2、仿真軟件在數控機床教學中的應用
（1）激發學生學習數控機床的積極性。數控理論相對來說比較復雜、枯燥，加之課程實踐機會少、學習難度大，學生對該門學科缺乏一定的學習主動性。因此，利用先進的教學理念和教學手段來激發學生的參與熱情顯得尤為重要。數控機床課程要求理論與實踐的高度結合，采用傳統的教學方法對編程指令進行按部就班地講解，學生只能接收到一些抽象、空泛、枯燥的計算機語言，而無法理解指令的真正內涵及實際應用情況。數控仿真軟件具有和實際機床相同的用戶界面和可操作性，利用仿真軟件進行輔助教學，直觀地向學生展示編程指令的實際加工過程，使學生能夠更具象、更真實地了解數控機床的各個運動過程，輕松掌握機床的操作方法，從而激發學生的學習積極性，挖掘學生的內在潛力，培養學生刻苦鉆研、勇于創新的精神。
（2）實現“教———學———練”一體式教學。運用數控仿真軟件，可以實現“教———學———練”三位一體化的教學，如對刀過程，實際操作起來沒有太大的難度，若采用傳統的教學方法，僅紙上談兵，就會使學生陷入僵硬、呆板的理論學習怪圈。但結合仿真軟件的演示過程教學，通過對車刀及其他工件進行分步講解與操作演示，學生就能通過教師的理論講解和軟件的實際操作來加深認識，理論與實踐教學相互滲透，實現兩者的同步教學。另外，在進行數控機床教學的過程中，教師可以充分利用仿真系統的示教功能對程序的編制過程進行詳細的介紹，并通過虛擬的仿真系統顯示加工路線及其過程。或者，利用測量功能檢測所加工零件的尺度、粗糙程度是否達標。然后教師通過發送相關的編程實例，讓每一位學生在該系統中進行程序的編制、錄入、校驗及加工，以此來鍛煉學生的實際操作能力。對此，教師可以根據學生的學習情況設計操作過程中可能發生的各種事故、故障、缺陷等，讓學生在發現問題、處理問題的過程中全面掌握加工技巧和方法。例如，在進行直線插補指令G01和快速插補指令G00的應用與區別時，可以在運行的第一個G01后面通過F的添加與否，讓學生感受到切削進給與快速插補所帶來的不同表現與影響，從而讓學生在有限的時間內掌握更多的數控機床的操作方法，提高學生對不同數控機床的適應能力。
（3）提高數控機床課程的教學效率。傳統的教學活動中，教師往往要花費較大的精力來批閱學生的作業，而數控編程具有較大的靈活性，使得每位學生編寫的程序都存在一定的差異。如某學生用固定循環指令編程，而另一位學生則采用子程序編程，這樣所產生的工藝路線也隨之變化。如果采用傳統的批閱式逐篇查閱，并不能保證每個課題都考查到；若未按時閱完學生的作業，還有可能影響后續的教學活動。在這種情況下，引入數控仿真軟件，教師可以直接查看由學生編程導出的刀具軌跡和加工過程，并據此判定學生編程是否存在問題，或者通過圖形反映出加工工件的最終形狀，判定工件是否合格。這便有效減輕了教師的教學工作量，能保證各類課題進行全面的考核，也有利于后續教學任務的開展，提高了教學效率。
3、運用于教學的優勢及注意事項
（1）仿真操作在數控機床教學中的優勢。將數控仿真軟件運用于數控機床教學，充分利用網絡系統為學生搭建交流平臺，創設數控實習環境，不僅為師生提供了良好、安全的交互空間，還使傳統教學中只能在數控實驗室或實習工廠進行的教學演示功能得以實現，使教學過程變得更加靈活、方便、直觀、有說服力。數控仿真軟件不僅可以提高學生學習的積極性，還能促進“教———學———練”的有機結合，提高教學效率。
（2）應將仿真操作與實際訓練相結合。將數控仿真軟件運用于數控機床教學具有重大現實意義。但是，數控仿真軟件畢竟是模擬操作，縱然已取得了較大的發展，但與真實的加床加工過程還存在一定的差距。因此，在進行數控機床的教學時，教師需要對數控仿真軟件進行靈活、科學、合理的運用，并將仿真操作與實際訓練相結合，以實現最佳的教學效果。
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