虛擬數控機床在數控維修教學中的應用分析

周雄強

摘 要：高等職業教育技能型緊缺人才培養培訓工程系列教材：《數控機床》是目前我國高等職業教育機構培訓技能型緊缺人才的重要教材。然而，由于數控機床屬于高精密儀器，數控維修教學中學生無法全面掌握相關知識點，使得教學工作未能夠取得理想的效果。虛擬數控機床的出現給數控維修教學帶來了全新的曙光。本文將著重從課堂輔助教學、虛擬裝拆、虛擬電氣連接、故障診斷4方面展開研究，探尋虛擬數控機床在數控維修教學中的應用價值。

關鍵詞：虛擬數控機床 數控維修教學 應用

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0250-02

隨著科學技術的飛速發展，數控技術（Numerical Control，NC）同樣取得了長足的進步，數控機床功能日益多樣，結構越發復雜。此種背景下數控維修教學不可避免的與實際存在著一定的滯后性及局限性，使得其所面臨的形勢越發嚴峻。虛擬數控機床的出現給技能型緊缺人才的培養提供了全新思路，成為解決上述問題的重要手段。因此，圍繞虛擬數控機床在數控維修教學中的應用展開分析無疑具有重要的研究價值和現實意義。

1 虛擬數控機床在課堂輔助教學中的應用

數字控制機床（Computer numerical control machine tools）是加工精密零部件的重要工具，也是現代制造業所不可或缺的設備，尤其是隨著科學技術的快速發展，其所具有的功能日益多元化，當前主要包括銑削加工、孔及螺紋加工、刀具補償功能、公制/英制單位轉換、絕對坐標和增量坐標編程、進給速度/主軸轉速調整、固定循環、工件坐標系設定、數據輸入輸出及分布式數控（Distributed Numerical Control，DNC）功能、數據采集功能、自診斷功能[1]。隨著功能的多樣化，各個功能部件的結構、工作原理以及裝配工藝呈現出復雜性特征，此時普通的可見以及Flash動畫遠遠無法滿足實際教學需求，各種理論知識難以被學生徹底掌握，繼而無法正確掌握各個部件內部結構及裝配關系，影響理論知識的正遷移。而虛擬數控機床則能夠三維立體呈現在學生面前，通過動態旋轉以及任意角度的觀察能夠促使學生詳細而全面的掌握其內部結構，高度仿真的三維動畫分解清晰地展現了各個部件的內部結構、工作原理，大幅提高了學生理論知識的掌握程度，為數控維修教學知識的正遷移提供了強有力的保障。

2 虛擬數控機床在虛擬裝拆中的應用

數控機床的裝拆是數控維修教學中重要的組成部分，也是教學的難點之所在。原因在于既往采取的教學方法以實物展示為主，整個機床的體積巨大，在裝拆時往往需要多個學生的協作才能夠完成部分功能部件的裝拆。在此過程中學生的注意力容易被分散，加之各個功能部件的體積大小不一，在平面展示中難以被學生直觀的掌握其結構，因而導致學生實際動手能力相對較差，在面對此方面維修需求時往往束手無策。采用虛擬數控機床，所有功能部件的裝拆可在3D交互式裝拆下完成。教師只需要選定某一功能部件并設定裝拆順序，隨后學生于操作臺上依據日常學習中機床裝拆過程選取合適的工具，方能夠完成整個裝拆過程。反之如果某個裝拆步驟出現錯誤，則可以直接發出提示，促使學生明確自身究竟是哪個環節發生了問題，此時在教師從旁指導下徹底解決該問題，不僅大幅提高了課堂教學效果，亦促使學生自身查找到相應的不足及問題，為其營造出了一個良好的實訓環境。

虛擬數控機床的運用，重點解決了數控維修教學中數控機床數量有限、種類不全、新功能部件無法及時更新的問題，在教學工作中學生可以輪流操作，最大程度上增加了學生與數控機床接觸及熟悉的時間，重復的虛擬裝拆演練進一步強化了理論知識學習效果，并檢驗了其實際動手能力，對于今后技能型緊缺人才的培養創造了便利的條件。

3 虛擬數控機床在虛擬電氣連接中的應用

在工業領域中電氣連接內容多樣，包括接線端子、印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）連接器、工業連接器、接線盒、重載連接器、電纜、電纜接頭、安全柵、接觸件等[2]。數控機床電氣連接是其有序、正常運轉的重要保障，但由于內容復雜多樣，學生在數控維修教學中往往難以全面掌握，一旦某個線路未得到妥善布設，勢必會給整臺機器運轉帶來嚴重影響。而虛擬數控機床應用在虛擬電氣連接中，一方面可以將電氣連接的各個步驟，如電氣布局規劃、線槽布設、元器件選擇、導線安裝予以分解并展示在學生面前，另一方面則提高了設備利用率，使得每個學生學到的知識均能夠得到檢驗。此外，虛擬數控機床亦設置了“虛擬萬用表”和“虛擬示波器”，在完成電氣連接后可以對所有的電氣線路進行檢測，并虛擬上電調試，以確保無電氣故障的存在[3]。目前虛擬數控機床已經能夠解決電氣連接中幾乎所有存在的問題，教師通過虛擬上電調試結果對學生操作進行評估，無形之中大幅提高了課堂教學效果。

4 虛擬數控機床在故障診斷中的應用

虛擬數控機床并非實體，而是于計算機中虛構出來的與實物幾乎完全一致的操作顯示界面，換而言之只要擁有計算機，就是一臺虛擬數控機床。由于數控機床屬于高精密儀器，在實際使用中不可避免的會存在故障，導致其停止運轉，所以故障診斷及排除成為考驗學生數控維修教學成果的重要手段。學生于操作顯示界面上通過設置機床參數、輸入/輸出I/O（input/output）信號，查詢可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等步驟來完成虛擬數控機床故障的診斷工作[4]。在發現故障并確定故障點后學生可開展進一步排除故障實訓，繼而對其所學的知識進行檢驗，考核學生實際動手能力。相較于以往數控綜合試驗臺或者是實際數控機床操作，虛擬數控機床開展的實訓更加簡潔、直觀，高職教育機構亦可以節約購買數控機床或者是構建數控綜合試驗臺的成本，實現了一人一機的目的，即便是多個班級的學生均能夠實現同時操作，對于促進數控維修知識的正遷移而言具有重要意義。

5 結語

綜上所述，隨著時代的發展，數控機床在多個領域中均扮演著舉足輕重的角色。但由于該設備精密程度高，傳統的數控維修教學難以促使學生直觀的觀察內部結構，使得知識正遷移效果不佳。虛擬數控機床的運用則有效地解決了上述問題，在課堂輔助教學、虛擬裝拆、虛擬電氣連接、故障診斷中均取得了理想的效果，為數控維修教學取得理想效果、提高教學效率、促進知識的正遷移提供了強有力的保障，具有重要的推廣使用價值。

參考文獻

[1] 文懷興，黃正祥，蔡知旺，等.數控機床電主軸虛擬教學系統的研究[J].制造技術與機床，2017，10（8）：58-61.

[2] 陸偉.虛擬數控機床在中職院校數控維修教學中的應用[J].電子制作，2015，25（22）：58-59.

[3] 馮立，許珩，王昌金.項目虛擬化教學法在數控機床電氣課程中的應用探索[J].高教學刊，2015（21）：93-95.

[4] 錢燦榮.虛擬數控機床在數控維修教學中的應用[J].信息系統工程，2015，10（6）：140-141.endprint