FANUC 0仿真軟件在數控車床編程與操作微課中的應用

霍天樞

摘 要 將微課教學模式引入數控車床編程與操作課程教學中，并基于FANUC 0系統數控仿真編程軟件對該微課中的應用進行探索，對提高學生學習興趣以及對數控機床實際操作的掌握有著重要意義。

關鍵詞 數控車床編程與操作；微課；FANUC 0仿真軟件

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）06-0041-03

Abstract The purpose of this paper is to introduce a pattern of micro-lecture into the curriculum of CNC Programming and Operation based on FANUC 0 simulation software. Results of application indi-cate that this method increases students study interests and has great significance in the actual operation of CNC lathe.

Key words CNC programming and operation； micro-lecture； FANUC0 simulation software

1 引言

隨著網絡技術的飛速發展，越來越多新型教育手段隨之產生，為高校開辟了更加多元化的教學模式。2008年秋，美國圣胡安學院的高級教學設計師戴維·彭羅斯（David Penrose）首創微課程，隨后逐漸在全球范圍內興起[1]。微課是運用建構主義方法化成的、以在線學習或移動學習為目的的實際教學內容[2]。微型學習基于新的媒介生態環境應運而生，以視頻為主要載體，教師可選擇針對性強、有代表性的問題設計微課程，作為教學資源并促進其專業發展[3]。將微課與仿真軟件結合形成的新型教學模式引入數控車床編程與操作課程教學中，能夠滿足學生隨時隨地學習，解決教學實訓設備需要投入大量資金的問題，直觀地增強學生對數控機床操作的熟練程度，培養其學習興趣。

2 數控車床編程與操作微課與仿真軟件結合的教學理念

基于仿真軟件的數控車床編程與操作微課，是在先進教育理念指導下，貫穿以技能操作為核心的仿真教學思想，用精細創意的教學設計方法，而進行的一項創造性教學工作，將相關知識與能力按照其內在的邏輯設計成微課單元。如果教師沒有先進教學設計理念指導的微課作品，就會變成傳統課堂的翻版或者成為“課例片段”，因而要避免教學誤區，必須樹立正確的教學理念。

微課的“大”設計理念 數控車床編程與操作微課程絕不僅僅是一段小視頻那么簡單，該學科的微課程一定是一個完整知識結構與教學結構。因此，教師必須把握其知識結構和教學結構。首先，把握知識結構，需要教師對針對講授的內容進行基于學科邏輯的分析與重組，更好地呈現給學生一個合乎學科邏輯的內容理論體系；其次，把握教育教學結構，這是整個教學流程對教者提出的要求，只有把握好知識結構與教學結構，微課程的制作才能在重視知識建構的同時，兼顧教學認識過程，提高學生能力。

微課的系統性理念 微課為公眾提供一個新形式碎片化、移動化的學習環境，但是微課制作要關注其系統性。因為微課是基于整體專業教學系統安排的，具有步驟型服務系統性質，通過開發小的學習內容組塊，利用富有彈性的技術保證資源的有效性，形成一套完整的數控車床編程與操作教學設計。例如：基礎性模塊，要把握數控機床發展史、工作原理、特點以及數控系統的分類等；基礎編程模塊，由于程序指令在不同類型數控機床上含義不同，因此，在此階段掌握準備功能指令、輔助功能指令、常用M功能指令、基礎編程指令等，為后期分工種學習奠定編程基礎；系統操作模塊，要求學生掌握數控系統的相關指令及車床的操作。

合理利用數控仿真軟件，讓學生通過仿真練習可達到進一步熟悉數控程序的編寫。針對數控機床編程與操作微課程而言，把各個章節與具體實踐結合起來，使其具有整個微課程系統的邏輯性、承接性與遞進性規律。

仿真軟件與實踐緊密結合的教學理念 數控編程仿真系統源自20世紀90年代美國的虛擬現實技術，以模擬真實數控機床的操作為目的[4]。數控編程仿真軟件的使用，要注重實驗的真實性，即理論和實踐的緊密結合，要做到能夠虛擬仿真出類同于真實三維數控加工的環境。

1）視覺上的仿真，有身臨其境之感。單純說數控系統的話，FANUC系統用得比較廣泛，如使用FANUC 0仿真軟件，能夠實現屏幕配置且具有的功能與FANUC工業系統使用的CNC數控機床一樣。

2）操作仿真，單程序模塊操作，對錯迥異。

3）結果仿真，具備科學性與合理性。

3 數控車床編程與操作微課與FANUC 0仿真軟件結合的教學應用

筆者以具體的教學內容為例，說明數控車床編程與操作微課與FANUC 0仿真軟件的教學過程。筆者設計這樣一個教學任務：試用子程序方式編寫圖1所示軟管接頭工件右端楔槽的加工程序。子程序的調用是數控車編程中的一個教學環節，在一個加工程序中，主程序在執行過程中如果需要某一子程序，通過調用指令來調用該子程序，那么子程序執行完后又返回到主程序，繼續執行后面的程序段。子程序的主體（body）是一個代碼區塊，當它被調用時就會進入運行。在制作微課時，其教學內容應重點講授子程序調用的格式、參數含義及刀具運行的軌跡。

首先利用CATIA軟件繪制零件二維圖及三位造型，如圖1所示，工件主要由圓錐、螺紋、內孔等形狀構成，是一個典型的綜合型軸類零件，其中多個直徑尺寸有較嚴的尺寸精度和表面粗糙度等要求。針對該教學任務，筆者設計的微課程教學過程有以下幾步驟。

任務布置 在課程開始要進行任務布置，微課的整體時間應控制在10分鐘左右，通過情景引入可有效地引起學生的注意，使學生對本節產生興趣。

提出問題 設計提問環節進行課程導入。問題作為小節重難點問題，可設為通過對比沒有使用子程序調用和使用子程序調用的程序，加工零件的時間和刀具軌跡的對比，比較二者之間的區別，此問題引導學生歸納使用子程序刀具軌跡的特點。

確立教學方式 首先對子程序的調用指令進行講解。在FANUC 0系統中，子程序的調用可通過輔助功能指令M98指令進行，同時在調用格式中將子程序的程序號地址改為P。然后對加工零件的工藝進行分析，包括選擇加工方案，確定加工路線，選擇定位與夾緊方式，選擇刀具，選擇各項切削參數，選擇對刀點、換刀點。如圖2所示，粗加工右端輪廓時，采用60°V型刀片右偏刀（a）進行加工；加工右側端內凹接頭輪廓時，采用55°菱形刀片左偏刀（b）進行加工；此外進行批量加工時，還可采用特制的成型刀具（c）進行加工。

再進行程序編制，按照安排好的加工過程和確定的工藝參數，加工過程中需要調用的子程序編寫如下所示（注意子程序的編制使用增量編程，避免錯誤）：

O0303；

G01 U-2.94 W3.67；

G03 U1.60 W0.83 R0.8；

G01 U1.34；

M99；

操作仿真軟件 采用FANUC 0系統數控仿真編程軟件。FANUC 0系統有0-C和0-D系列，與之配套的有系列交流伺服電動機和交流主軸電動機。啟動仿真軟件，通過仿真軟件形象地演示數控機床的準備動作，進行回零、對刀、設定刀具補償等操作。利用仿真軟件可以通過零件加工軌跡查看、仿真結果分析等相結合的方法，使學生加深對子程序調用指令的理解，更好地掌握子指令應用的場合。圖3為本例中利用仿真軟件的模擬加仿真加工圖。仿真軟件可將整個操作過程和零件加工過程錄制成視頻模式，方便后續視頻剪輯制作。

微課視頻剪輯 在微課程的錄制過程中，可選取多種錄制方法。在實際微課講解中，針對零件的走刀軌跡復雜，制作其走刀軌跡的動畫，這樣就非常直觀，巧妙地化解該知識點的難點。同時結合仿真軟件的模擬加仿真加工視頻，模擬所有指令的運行過程，使學生直觀感受零件加工過程。

微課的后期制作要對錄制的視頻進行剪輯，將視頻、聲音、動畫素材、字幕等多媒體元素相結合，展示整體微課內容。要注重通過拍攝技巧和后期的編輯手段完成微課的整體制作。

任務總結 對任務進行總結，使學生進一步了解操作過程，利用仿真模擬軟件進行練習，理清微課所講知識點的思路，突出重點和難點。同時要留給學生思考的空間或相關的練習題。

4 結語

基于FANUC 0仿真軟件在數控車床編程與操作微課中的應用具有以下優勢：

1）課程目標可分解成小目標，每個視頻可實現具體的編程指令，包含一個完整的知識點，因此，視頻短小精悍、方便理解，保證視頻質量及吸引力；

2）保證學生通過觀看視頻可掌握具體的加工和操作過程，利于自主學習，并對數控車床相關編程操作可以獨立操作，這也是微課與仿真軟件結合形成新的教學模式的關鍵；

3）可以將這種授課方式引入工程訓練中，解決教學實訓設備需要投入大量資金的問題，突破有限的實訓時間的限制，增強學生的對數控機床操作的熟練程度，具有良好的實訓效果。

參考文獻

[1]孟祥增，劉瑞梅，王廣新.微課設計與制作的理論與實踐[J].遠程教育雜志，2014（6）：95-96.

[2]鄭軍，王以寧，王凱玲，等.微型學習視頻的設計研究[J].中國電化教育，2012（4）：21-24.

[3]范福蘭，張屹，白清玉，等.基于交互式微視頻教學資源教學模式的應用效果分析[J].現代教育技術，2012（6）：24-28.

[4]鄧岐杏，陳偉珍.數控車床仿真教學系統的研究與開發[J].廣西教育C：職業與高等教育版，2012（7）：190-191.