數控仿真在一體化數控教學應用中的優勢與不足

李彤輝

摘要：如今數控加工仿真系統軟件在職業院校中廣泛應用，對數控專業的實際教學既有有利的一面，也有一定的不足之處。

關鍵詞：數控仿真軟件；數控教學；一體化

無論是普通學歷教育，還是職業教育，都在積極探索、實施理論與實踐緊密結合的一體化教學，尤其是職業教育，受其自身的性質、特征和培養目標的牽制，勢在必行的展開教學改革。我校購買并使用了數控仿真軟件來進行教學的同時，摸索出將理論學習、模擬仿真、實訓操作相結合的一體化教學模式。

一、一體化的數控教學模式

所謂一體化教學，簡單地說就是為了使理論與實踐更好的銜接，將理論教學與實習教學在單元教學時間里融為一體。其內涵主要是打破傳統的學科體系和教學模式，根據職業教育培養目標的要求來重新整合教學資源，體現能力本位的特點，從而逐步實現了從以教師為中心如何“教給”學生，向以學生為中心如何“教會”學生轉變；從以教材為中心向以教學大綱和培養目標為中心轉變；從以課堂為中心向以實驗室、實習車間為中心轉變[1]。

“工作過程學習化，學習過程工作化。”一體化教學中的行動導向六步法，讓學生主動的完成學習活動，教師只是指引者，實現教學到導學的轉變；行動導向教學法提倡提問和反思，以促進學生更深入地分析問題，檢驗先前提出的假設，提出多種解決問題的方案。行動導向課程的強調：學生是學習的主體。其核心就是要學生在“做”中學、在探究中學、在合作中學。

結合一體化理念，針對虛擬數控仿真軟件的特點運用虛擬數控仿真軟件建構了一種適合職業數控專業課程課堂教學的探究型學習模式[2]，其模式如圖1所示

如上圖所示，該模式運用虛擬仿真軟件開展數控技術專業課程的項目探究教學，有利于實現理論與實踐一體化教學。咨詢、計劃、決策的學習階段在仿真機房使用仿真軟件進行。如果用真實的機床，不但費時費料，還有可能造成安全事故。運用虛擬數控仿真軟件來學習，不但省時省料，十分安全，還能有軟件提示錯誤，解放了教師，學生自己就能知道自己的方案是否正確，不僅有利于探究型課堂的開展，也有利于學生實踐能力的提高。

該模式在自主探究、小組合作、小組成果互評階段以學生為中心，教師為引導者，促進學生和學習伙伴溝通，利用情景、合作、溝通反思等要素充分發揮學生的主動性、互動性和首創精神，最終達到學生知識意義構建和創新的目的。在教師解疑、教師點評階段以教師為主導，教師是學生學習過程的指導者、解疑者、課堂主持人、意義建構的幫助者、促進者，教師處于中心地位，學生處于傳遞、接受的學習狀態，學生在教師幫助下進行主動思考與探索，便于師生之間的情感交流，有利于系統的科學知識的傳授。

二、數控仿真

數控仿真系統就是利用虛擬現實技術，模擬實際機床加工環境及其工作狀態的計算機仿真系統，應用于數控加工操作技能培訓，具有安全可靠、培訓費用低的優點。數控仿真系統主要包括兩個部分：數控機床幾何仿真和切削過程的物理仿真。幾何仿真：模擬實際機床的加工環境，不考慮切削參數、切削力等對切削加工的影響，只仿真刀具工件幾何運動，檢查是否存在碰撞、干涉，驗證數控程序的正確性，避免因程序錯誤而導致的夾具刀具損壞、零件報廢等。幾何仿真包括硬件和軟件兩個部分。硬件仿真是指虛擬數控機床的幾何建模，虛擬數控機床與真實機床具有相似的結構和完全相同的操作界面，能夠模仿機床的任何功能。軟件仿真主要是NC碼控制器模塊，它實現NC程序的編輯調試，通過加工仿真檢驗 NC代碼，對加工中能出現的碰撞、干涉進行報警提示[3]。

以我校使用的上海宇龍數控仿真軟件為例，雖然軟件中顯示的數控機床是模擬的機床實體，但對于機床的系統面板和操作面板及操作按鍵是依照真實的數控機床，對機床的操作也和真實的機床基本相同，它可以實現對數控車床、數控銑床和數控加工中心對加工零件全過程的仿真。其中包括毛坯定義和安裝、夾具及刀具的定義與選用、零件基準測量和設置、數控程序錄入和編輯、手動、自動等操作模式。該軟件還擁有FANUC數控系統、華中數控系統、廣州數控系統等多種數控系統，具有多系統、多機床、多零件的加工仿真模擬功能。

三、數控仿真在一體化數控教學應用中的優勢與不足

首先，將仿真軟件應用在數控專業實踐教學中的優勢：

仿真軟件使數控專業的實踐教學更具經濟性、科學性和多樣性，可為數控專業的學生提供多種型號的機床來進行實操練習。數控機床價格較貴、型號多樣，數控系統的種類各有不同，更新也比較快。對于學校來說，把市場上所有型號的機床都買回去的是不現實的，而同一地區的不同學校，所用的機床型號也往往會不一樣，這就有可能會使學生在學校所學的知識與就業后工廠里所用的知識脫節。數控仿真軟件可彌補這一點，可達到一種軟件多個系統的效果，解決學生實習機床型號單一的問題。

數控仿真軟件實習無任何額外費用，無任何安全隱患。以我校使用的宇龍數控仿真軟件為例，能夠隨意選取、更換毛坯，也可以選擇特定形狀的毛坯 在加工過程中利用軟件模擬實際的切削過程，操作者觀看軟件界面模擬顯示的機床和零件加工情況，不會感到抽象，只需點動鼠標和鍵盤進行數據的輸入即可完成。在車間實際操作中會出現的撞車、裝刀現象在仿真軟件上會以報警的方式提醒操作者以避免損壞，軟件中即使真地將工件損壞，也可以通過調用先前保存過的文件恢復到初始狀態，學生可以放心大膽地通過仿真軟件進行練習操作，以避免在實際加工中出現安全隱患。

數控仿真軟件有利于提高學生的學習積極性。使用仿真軟件，教師就可利用計算機多媒體進行教學，直觀地向學生展示編程指令的實際應用，而且學生能夠通過數控仿真軟件親自動手使用編程指令進行數控加工模擬訓練，把所學的指令在仿真軟件上進行練習模擬，及時發現自己的錯誤，改正模擬過程中出現的問題，教師可以在學生模擬練習的過程中進行巡回觀察指導并學生解決疑難問題。這樣使枯燥空洞的編程指令變得具體、形象，直接觸發學生右腦參與思維活動，使學生的大腦保持足夠高的興奮度，利于學生更有效地學習數控編程和操作技能，增強學習的積極性。endprint

數控仿真軟件可減少實訓成本，合理評價，提高教學效果。數控機床品種多、價格高，實訓如果都是機床的實際操作，會消耗很高的成本，仿真軟件可以彌補這種不足，減少數控教學成本，避免實習中因為不熟悉數控系統的操作所帶來的設備安全等問題，還能克服學生多，設備少的問題，實現實習活動多樣化，并提高學生的編程能力和學習興趣，在教學過程中還可以結合課堂內容進行相對合理、全面的教學評價[4]。

四、數控仿真軟件在數控專業教學中的不足之處如下

數控仿真軟件操作與實際操作存在差距。由于數控仿真技術起步比較晚，實際數控車床與數控仿真軟件之間存在一定的差異。軟件中程序工藝參數可隨意設置，產品質量無法得到保障。通過計算機利用數控仿真軟件進行數控編程和仿真模擬操作時，很容易忽視刀具、切削用量選擇，以及零件的裝夾等問題，數控仿真軟件也沒辦法判斷工件的矯正尺寸精度，表面粗糙度等。而且數控仿真軟件是對數控加工過程的一個計算機模擬軟件，是一種摸不著的虛擬模擬，并不是實際的加工過程，無法替代學生在實際數控加工時的真實感受。這會使學生養成輕率工作的壞習慣，忽視對刀具選擇、切削用量、零件裝夾等重要因素的考量，進而在實操練習時就會不自覺地忽略這些對數控實際加工非常重要的因素，從而就會導致實際加工出來的工件無法達到應有的精度要求，嚴重的還會發生碰撞等意外事故。

教學中過分依賴仿真軟件教學，會使學生安全意識淡薄。在實際數控機床上加工時，學生必須嚴格按照安全操作規章制度進行數控加工，同時還必須具備一定的聽音判斷能力。以數控車為例，能夠根據實際車床在不同情況下發出的不同聲音來及時調整車床或程序參數，以便使車床停機或發生故障概率減少到最低。但在數控仿真中，就只是模擬加工指令的運行。同時實際車床操作的規程也被忽視，如在數控加工前機床安全防護門要關閉，在機床加工過程中不允許隨意打開將頭伸入，這些規定在數控仿真時很容易被忽略了，而對于在計算機上利用仿真軟件練習時出現的撞刀等現象也不會引起重視。學生操作時的這些不良習慣如果養成，那就會在實際生產中造成重大失誤。

數控仿真軟件本身在使用中存在不足，容易讓學生產生依賴計算機的心理。軟件本身存在不足之處，自控能力較差的學生，長時間使用數控仿真軟件教學，就會使學生產生懶惰習慣，依賴仿真模擬而不愿上實際數控機床操作，個別學生甚至還會趁機在計算機上做一些其他的事情。要結合實際情況，針對學情合理使用教學方法，盡量減少數控仿真軟件在實際教學中的不利影響。

總之，將數控仿真軟件應用到數控的實訓教學中，通過教學方法彌補不足，充分發揮仿真軟件在教學中經濟、科學、多樣并沒有安全隱患的優勢，讓學生在初期學習中就能更快、更好地掌握專業技能，培養學生學會自學、獨立解決實際問題等方面的能力，合理評價并引導學生，提高學生的學習積極性，提高教學效果。

參考文獻

[1] 章登霞，陳剛，沙琳.OPenGL在數控加工仿真系統中的應用[J].山東理工大學學報（自然科學版），2007，21（l）：105-107

[2] 王啟義，葛研軍，施志輝，盧碧紅.數控車虛擬加工環境全景仿真技術[J].先進制造技術，2001，30（1）：39-40

[3] 王彪，張蘭主編.數控加工技術[M].北京：北京大學出版社，2006

[4] 徐曉昂.在數控技術專業中開展模塊化教學的的研究[J].益陽職業技術學院學報，2009，（03）.endprint