數控仿真軟件在數控技術教學中的應用

丁艷

【摘要】數控仿真軟件在數控技術的教學中發揮著舉足輕重的作用；介紹了幾款國內外常用的數控仿真軟件以及數控仿真軟件在數控教學中的優勢和局限性，闡述了仿真軟件在教學中的具體應用。

【關鍵詞】數控仿真軟件數控教學應用

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0183-02

在數控加工的教學過程中，仿真加工是一個很重要的環節，是連接數控加工理論知識學習環節和操作加工環節的橋梁。數控技術知識復雜而抽象，利用仿真軟件可以讓學生在實訓課前預習數控機床操作，課后復習鞏固機床操作要領，在一定程度上降低了實訓成本，也避免了一些安全操作問題。同時，仿真加工不受時間、地點的限制，方便學生自主學習數控機床操作和檢驗自編程序，也不受實訓中心設備類型、數控系統類型的限制。近幾年的教學實踐效果表明數控仿真教學是一種安全有效的教學模式和教學手段。

一、常用數控仿真軟件簡介

目前，國內常用的數控仿真軟件有聯高VNUC、上海宇龍、南京斯沃等軟件，它們具有以下幾個特點：校驗數控程序的正確性，防止因錯誤程序導致的生產錯誤甚至事故；檢測刀具軌跡中可能存在的錯誤，從而避免工件過切，并提供刀具碰撞干涉檢查；能夠提供全面的數控仿真加工過程，包括毛坯和刀具的定義、裝夾方式的選擇、工件的測量、刀具補償值的設置等；提供多種主流數控系統的仿真環境，數控面板操作與真實數控系統幾乎一致；硬件配置需求低，一般的個人電腦即可實現數控的仿真加工，并能夠與多種計算機操作系統兼容；具有良好的交流互動平臺，教師通過廣播的方式在學生屏幕上演示教學內容，教師也可以通過自己的屏幕觀看每個學生的實時操作情況。國內的數控仿真軟件尤其適合于教學使用和數控加工初學者。

國外最常見的數控仿真軟件是由美國CGtech公司開發的VERICUT數控仿真軟件，在通用機械、軍工、航天等領域廣泛應用，在數控仿真軟件中處于領先地位。VERICUT軟件能夠根據需要開發出和自身所擁有的實際機床相一致的虛擬機床，還可以對刀具和夾具系統直接進行造型建模，也可利用外部CAD軟件建模，完成毛坯與夾具系統的裝配、夾具系統與機床工作臺的裝配，確保仿真中各系統之間的相互位置與實際加工完全一致，這是優于其他仿真軟件的突出特點。VERICUT是基于工藝過程的仿真軟件，能及時發現工序劃分、工件定位、裝夾中存在的工藝漏洞或隱患，能驗證加工程序、工藝優化及定量分析加工結果，但VERICUT軟件不具備數控面板、機床面板操作仿真功能和師生交互平臺，通常應用于企業和具備一定數控加工知識的專業人員。

二、數控仿真軟件在教學中的應用優勢

（一）充分利用教學資源，虛擬加工，安全性高，便于初學者學習。對于初學者在真實操作機床加工之前，利用數控仿真軟件讓初學者先熟悉機床面板和基本操作，能夠減少因學生操作失誤造成的設備損耗。例如在講解對刀時，初學者對于對刀的原理和方法不夠熟悉，直接在機床上操作容易造成學生的操作失誤，若利用仿真軟件演示對刀的方法，并讓學生反復操作練習，再到機床上練習，既能夠加深學生的理解，使抽象的內容形象化，又在一定程度上降低了實訓成本，也減少了安全隱患。

（二）利用數控仿真軟件能有效配合理論學習，實現同步教學。編程的理論知識對于高職學生來說具有一定的抽象性，按傳統的教學方式授課，學生難以理解，甚至會產生厭學情緒。在教學過程中，若采用邊講解邊演示，即教師講授完理論知識，就通過仿真軟件進行演示和驗證，這樣理論和實踐知識相互交叉滲透，使抽象的內容形象化、具體化，學生更容易理解。

（三）利用仿真軟件能夠充分調動學生的學習積極性，提高學生的學習參與度。先學習理論知識，再利用數控仿真軟件進行操作和驗證，既能強化和鞏固所學知識，學生又能從仿真中找到操作的樂趣和成就感，激發了學生的學習熱情，形成良好的學習氛圍。

（四）可檢驗程序，便于自主學習。對于高職學生來說編寫數控加工程序是個難點，程序編寫的正確率較低，通常在語法和刀具路線上出現問題，不能直接在真實機床上進行加工，學生可以利用仿真軟件校驗編寫的數控加工程序，不受時間和地點的限制，課后也可以利用仿真軟件自學編程知識和校驗自編程序，方便自主學習。

三、數控仿真軟件在教學中的應用

仿真加工教學以實際加工為依據，按照“零件圖分析——制定加工工藝——編寫數控加工程序——設置仿真初始化環境——對刀——錄入程序——仿真加工——測量分析”等環節進行，其中零件圖分析、制定加工工藝和編寫數控加工程序環節在仿真教學前的理論課上已經完成，仿真教學時只做簡單復習，重點放在后面的環節。

設置仿真初始環境：主要完成數控系統的選擇、對仿真環境進行初始化的設置、機械回零、設置毛坯、裝夾毛坯和設置刀具等步驟。

對刀：對于沒有數控加工基礎的學生，教師必須嚴格按照實際對刀的方法講解和演示對刀步驟。一些仿真軟件還為用戶提供了快速對刀的快捷功能，例如斯沃仿真軟件，對于已具備數控加工基礎的學生，若只做加工程序校驗，則可以省略對刀的繁瑣步驟，利用該功能實現快速對刀，但一定要跟學生強調真實機床沒有快速對刀功能，必須按照對刀步驟進行對刀。

錄入程序：數控仿真軟件一般既支持數控系統面板輸入程序，也支持計算機鍵盤輸入程序，對于初學的學生應要求其在數控系統面板上錄入程序，有利于其熟悉數控系統面板上各按鈕的功能和使用，能夠在真實加工中快速、準確地輸入程序。一些仿真軟件還提供了快速錄入程序功能，即將數控加工程序保存為文本文件，再傳輸到仿真軟件里，例如宇龍仿真軟件和斯沃仿真軟件。對于具備一定數控加工經驗的學生可以采用此種方法快速錄入程序，但無論使用何種方式錄入程序，務必提醒學生在加工前單擊復位鍵，讓光標停留在程序起始處。

零件加工：在仿真加工過程中，可以通過旋轉、縮放、剖視圖、透明顯示等功能直觀全面地觀察到整個加工過程。通過仿真加工可以判斷刀具軌跡的合理性、是否存在刀具空走刀、干涉和撞刀等情況。

測量分析：加工完成后通過對工件的測量，可檢驗和分析數控加工程序的正確性和合理性。仿真軟件提供了特征點測量、特征線測量和距離測量等測量功能，滿足用戶各種測量要求。

教學中使用的仿真軟件為南京斯沃仿真軟件，該軟件界面友好，三維造型形象、逼真，各種功能與實際機床貼切，基本能夠滿足教學上的要求，并提供了刀具快速定位和快速模擬等快捷功能，對于已具備數控加工經驗的學生，能夠簡化一些仿真步驟，有利于學生進行有重點的針對性練習，但一定要跟學生重點強調仿真加工與實際加工的不同點，以免在實際加工中造成事故。另外，斯沃仿真軟件具備自定義刀具庫，學生可以根據實際情況修改刀片形狀、尺寸以及刀桿、刀柄。教學中教師還可以把整個加工演示過程錄制下來，保存成AVI媒體格式文件，在課堂上用媒體播放，有益于增加學生的感觀認識。

四、數控仿真軟件的局限性

雖然數控仿真軟件在操作界面和操作方式上與真實加工已非常貼近，但在某些方面上仍然有較大差距，例如雖然仿真軟件中的數控系統面板與真實機床幾乎一致，但由于數控機床廠家眾多，數控機床面板與真實機床的操作面板上還有一定的差別。另外，對于某些功能仿真軟件還無法做到，需要進一步改進和完善，比如無法反映出切削用量的選擇對加工效果的影響，沒有刀尖圓弧半徑補償功能，不能做G71指令車內孔仿真。

數控仿真軟件技術在教學中發揮著舉足輕重的作用，縮短了學生熟悉真實機床操作的時間，大大降低了學生初次操作數控機床的恐懼心理。運用數控仿真軟件輔助教學，使學生能夠較快熟悉機床操作界面和操作機床加工零件的步驟，動態直觀地觀察機床加工零件的過程，校驗程序的正確性，減少了在真實機床上操作的失誤率，同時為每個學生提供了動手操作機會，調動了學生的學習積極性，取得較好的教學效果。雖然數控仿真軟件仍存在一些局限性，但教師只要能夠善以利用，并能揚長避短，一定能收到事半功倍的教學效果。

【參考文獻】

［1］劉才志．數控仿真軟件在數控教學中的應用之思考［J］.湖南工業職業技術學院學報，2008（4）

［2］魏林，李琦．利用VERICUT軟件進行數控仿真加工教學研究［J］.遼寧高職學報，2010（8）

［3］陽濤．數控仿真軟件在教學中的應用［J］.現代制造技術與裝備，2011（2）

（責編丁夢）