仿真教學在現(xiàn)階段數(shù)控編程課程教學中的優(yōu)缺點

趙 鈺

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術學院，重慶408000）

1 仿真教學法及其優(yōu)點

仿真教學也稱為模擬教學，就是用計算機來模擬真實自然現(xiàn)象或社會現(xiàn)象，學生模擬扮演某一角色進行技能訓練的一種教學方法。仿真教學能在很大程度上彌補客觀條件的不足，為學生提供近似真實的訓練環(huán)境，提高學生職業(yè)技能。在數(shù)控編程方面主要以仿真實訓為主，即由計算機技術來完全仿真一個真實的工廠，或通過控制的模擬實訓器，產(chǎn)生逼真的訓練、操作環(huán)境，可以設置各種真實系統(tǒng)中無法實現(xiàn)的參數(shù)、工藝、以及事故發(fā)生等，在節(jié)約很多訓練時間和經(jīng)費的前提下達到同樣的訓練目的。仿真教學是具有綜合作用的教育手段，學生置身于仿真環(huán)境中，可以充分調動感覺，運動和思維，極大地提高了學習效率。

與傳統(tǒng)的方式相比，仿真教學具有很多優(yōu)點，包擴可以充分動手的機會、靈活仿真各種真實情況、設定各種事故及極限運行狀態(tài)、自動評價、安全、節(jié)省開支、調動學生的學習主動性、開拓想象空間、減輕教師的負擔、增強學生的自信心和成就感、專業(yè)工作的積極性等方面，因此越來越受到國內外高校、公司及工廠的重視，近些年得到了迅猛的發(fā)展。

2 與數(shù)控編程課程的融合

數(shù)控編程課程主要以仿真實訓為主。數(shù)控機床的操作訓練如果完全依賴數(shù)控機床進行實踐訓練，投入大消耗多成本高，即使是實力雄厚的培訓院校和企業(yè)既無必要也無力承擔起此種消耗與投入。同時隨著學生人數(shù)的不斷增加，有限的機床數(shù)量難以保證每位學生有足夠的上機操作時間，使教學安排和教學計劃的執(zhí)行都比較困難，無法保證學生的學習質量。學生在真實機床上操作還具有一定的危險和不安全性，培訓中的誤操作經(jīng)常會導致設備、刀具等的損壞，甚至引發(fā)人身傷害事故，增加了培訓成本。因此可以利用數(shù)控加工仿真軟件，模擬數(shù)控機床的操作面板、工作原理、機床結構，訓練學生的編程和加工技能。市面上常用的數(shù)控加工仿真軟件有上海宇龍的、VNUC、南京宇航和浙大辰光等，它們都具有可以在計算機屏幕上仿真完成數(shù)控加工程序的輸入輸出、數(shù)控機床操作、工件加工、虛擬測量等數(shù)控加工的全過程、包括機床設定(支持多種數(shù)控系統(tǒng))、定義毛坯、刀具準備、基準測量、g代碼處理、面板操作等功能，而且配置要求低，只需要仿真軟件和要求不是很高的計算機，并與多種計算機操作系統(tǒng)兼容，利用網(wǎng)絡可以搭建交流的平臺，為師生的相互交流提供了方便。

利用仿真軟件進行仿真教學，可以優(yōu)化教學方法。比如在沒有引入仿真教學之前，教學方法主要以教師講解加演示的方式為主，學生在操作時仍然會有生疏和畏懼的感覺，容易引起失誤。而引入了仿真教學法后可以實現(xiàn)理論教學與技能訓練的銜接，將技能訓練的純操作與純消耗向運用數(shù)控仿真系統(tǒng)檢驗編程效果結合數(shù)控機床進行訓練的轉變,既能節(jié)約本,又能讓學生得到有效的訓練，訓練熟練后再上機床操作，失誤率會有明顯降低。在引入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應用軟件之前，數(shù)控編程與操作課程與其他課程教學模式相同，主要是課堂教學，學生對自己所編的程序正確與否是通過教師批改作業(yè)來知曉的。這種方法教師檢查程序需逐個程序段進行查閱，內容多而十分麻煩，一些在數(shù)控機床上常常無法通過的書寫錯誤也不易查出，而這些問題的解決在實際數(shù)控編程中是十分重要的。至于數(shù)控操作問題，在黑板上講各按鍵的作用、名稱與使用更是一件費力不討好的事，習者枯燥，教者乏味。引入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進行教學以后，學生所編程序可以直接在計算機數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的模擬加工演示，對程序編寫和書寫的錯誤能直接看出，機床操作面板的使用與零件的加工過程也和實際加工情況十分相似，學生可以從任意角度觀察數(shù)控機床加工過程，毛坯加工為成品的過程歷歷在目，直觀形象，便于學習與掌握，編程與操作的作業(yè)可以直接在計算機上檢查。不光降低了教師的工作強度，還有效的克服了學生的畏難情緒，提高了學習積極性，教學效果顯著提高。此外，還可以利用仿真軟件進行網(wǎng)絡授課，進行遠程培訓。

3 弊端與改進方法

雖然利用仿真軟件進行仿真教學的模式打破了傳統(tǒng)的教學模式，使專業(yè)教學的效果大大提升，但是我們并不能完全依賴仿真教學。

既然是仿真，肯定是模擬真實加工環(huán)境，模擬規(guī)模擬，和真實加工環(huán)境還是有區(qū)別的，它不可能完全替代實際操作。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)只是加工過程的模擬而并非真實加工過程,它無法代替學生在真實切削加工的實際感受。比如數(shù)控刀具的選用與安裝,現(xiàn)實中安裝刀具需要擺好刀具的位置，加上墊刀片，并利用工具將刀具夾緊，是一個細致和比較費力的操作環(huán)節(jié)。而在仿真軟件里，只需用鼠標點擊“安裝刀具”的按鈕，不到1秒鐘，刀具會被準確而牢固的安裝在刀架上，使學生誤認為刀具的裝夾是非常容易的事而毫不在意。又如在加工過程中刀具是不會被磨損的，哪怕是一點點都不會，而現(xiàn)實加工中刀具是會被慢慢磨損的，在加工過程中需要不斷彌補刀具磨損所帶來的誤差，不斷調整刀補或程序，軟件里面就不需要這樣做，一次性切削完成，根本不用考慮刀具的影響，也不會出現(xiàn)任何安全事故。更有些仿真軟件忽略了加工工藝,只要編程時選擇的切削用量（特別是背吃刀量）小于切削刃的長度，不管設置多快或多慢的切削速度都可以仿真加工出零件，而且零件的表面質量和尺寸都能達標。這樣就使初學者不容易判斷加工程序是否正確或合理，對一些違規(guī)操作帶來的后果估計不足，放松了安全生產(chǎn)的學習，麻痹大意，這些習慣在機械行業(yè)中是大忌。由于準備不足，在實際加工中就有可能出現(xiàn)撞刀或刀具磨損過快的情況，造成損壞刀具、加工質量低下和生產(chǎn)效率低的后果,更嚴重的會損壞機床的硬件和威脅到操作者的人身安全。

為了避免上述情況的出現(xiàn)，我們可以采用以下辦法：

（1）選擇質量過硬的仿真軟件。軟件的功能要更趨近于現(xiàn)實加工，最好有預測和分析功能，能把操作者的每一步操作記錄下來進行分析，并顯示出繼續(xù)操作下去的結果。這樣的話一方面它既可以對工件及刀具做出精確的幾何描述，對數(shù)控程序進行驗證；另一方面又可以對加工過程中任意時刻的幾何信息進行提取(如切屑厚度、切屑幾何形狀、刀刃與工件嚙合部分)，根據(jù)數(shù)控加工過程的動力學模型，對影響加工質量的刀具，夾具及工件的彎曲、疲勞、振動及溫升進行科學的預測，來獲得優(yōu)化的加工過程參數(shù)（如合適的刀具，進給率等）。這樣，數(shù)控仿真系統(tǒng)才會發(fā)揮更大的作用，才能成為完善的，真正意義上的仿真系統(tǒng)。

（2）數(shù)控實訓不能完全依賴仿真軟件。仿真軟件可以作為提高實訓效率的輔助手段,而不能完全代替實際操作.教師在講解時，要充分而細致的說明仿真和實際操作的區(qū)別，讓學生引起足夠的重視。在實訓時，教師也要認真指導，及時糾正，合理的安排實訓內容，通過實際操作讓學生正確認識加工環(huán)境，建立正確的操作意識。只有把軟件仿真教學與實際加工有機地結合起來，取長補短，博采眾長，才能有效地提高教學效率。

結語：利用仿真軟件進行仿真教學，使課堂的教學變得更加生動、更加具體，鍛煉了學生的大膽、獨立的習慣，對學生機床操作能力的培養(yǎng)起到了極大的作用。但我們也應意識到仿真教學的局限性，由于仿真教學的仿真軟件和實際操作存在差距，因此，我們的數(shù)控教學最好用軟件仿真進行初期感性訓練和基本程序與指令代碼的練習，而不能把整個教學活動完全放在軟件上，對實際加工必須有足夠的重視，這樣的教學效果才會變得更好。

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