數控仿真軟件在“數控技術”實訓中的應用

張廣潮 陳飛昕

摘 要：“數控技術”實訓課程是培養機械類專業實踐應用型人才的基本內容之一，也是集中實踐模塊中的必修課程。但大部分學校在開展“數控技術”實訓時，往往會出現學生人數多，而數控機床不足的情況。文章探討了數控仿真軟件應用于“數控技術”實訓教學中的優勢及不足之處。

關鍵詞：“數控技術”實訓；數控仿真軟件；實踐

“數控技術”是一門綜合性、實踐性很強的課程，是培養現代數控技術人才的重要環節，對于提高學生的專業綜合能力、創新意識和實際操作能力具有重要意義[1]?！皵悼丶夹g”實訓具有一定的科學思維和實踐動手能力，如果僅僅通過單純的理論教學和實踐上機操作，容易使初學者感到抽象、難學，再加上學生知識結構、學習習慣等諸多不利因素，無法有效地利用“數控技術”實訓的有限時間，掌握數控機床的編程和操作技能。如何改善和提高“數控技術”實訓的教學方法和教學條件，讓學生更好地掌握數控編程和操作機床的技能，真正做到學以致用。實踐證明，利用數控仿真軟件融入“數控技術”實訓課程的教學中，可達到理想的效果。

1 傳統數控實訓的方法

在以往傳統的“數控技術”實訓教學過程中，一方面如果單純的理論教學很難引發學生的學習興趣，學習的效果也會大大降低。另一方面數控設備的價格普遍較高，很多學校難以做到一個學生一臺設備的教學條件，而且學生是初學者，難免在學習的初期出現不必要的操作失誤，從而引發安全問題和設備的損壞。學生也會因害怕而放不開手腳和心態進行大膽的操作，導致達不到理想的教學效果。

在講解數控機床上機操作方法的內容時，不僅實訓場地面積和數控機床的數量有限，而且實訓指導教師的人數也有限，導致一個班需要分數個小組，每組10～20人圍著一臺數控機床和指導教師進行聽講，會造成部分學生不能清晰地看到數控機床面板操作和實際切削加工的過程，大大降低學生的聽課效果，增大教師的工作強度。

2 數控仿真軟件概述

數控仿真軟件是應用計算機技術對數控加工操作過程進行模擬仿真的一門新技術，通過計算機的編程和建模，將加工過程用三維圖形和二維圖形的方式演算出來的軟件[2]。該軟件可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態對數控加工程序進行快速、精確的仿真，驗證數控程序的可靠性，防止干涉和碰撞等情況的發生。不僅可以應用于制造企業中，而且在數控課程的教學中，既可以使學生達到模擬實操的目的，建立對數控加工的感性認識，又能進行獨立動手并反復操作，還可以大幅減少設備資金的投入，安全穩定性好。

當前國內常用的數控仿真軟件有廣州超軟、南京斯沃、上海宇龍等，基本涵蓋了市場主流的數控系統和操作面板，包括發那科（FANUC）、西門子（SINUMERIK）、華中世紀星（HNC）、三菱（MITSUBISHI）、海德漢（HEIDENHAIN）、廣州數控（GSK）等。目前部分數控系統廠家也有推出自己公司的仿真軟件。

3 數控仿真軟件在實訓中的優勢

3.1 彌補數控機床數量的不足

以廣東技術師范學院為例，“數控技術”實訓人數較多，每學年有大約6個班，一個班約50人。數控實驗室有20臺數控車床（華中系統）、6臺數控銑床（華中系統）和6臺加工中心（FANUC系統），在各高校中廣東技術師范學院的數控實訓設備數量排名前列，但仍然不能做到一人一機，需要分組輪流進行操作。為了保證每個學生有更多的時間操作機床，在計算機房安裝數控仿真軟件進行教學，并讓學生將實際操作機床的過程在仿真軟件中多加練習，待熟練后上機床操作的效率可大幅度提高，從而確保了每個學生使用數控機床的時間更加充足和高效。在數控加工時，切削的過程時間較長，輪候的學生可在計算機上的數控仿真軟件先進行仿真加工，避免了因設備不足需要輪候，導致學生浪費時間的問題。

數控仿真軟件可彌補學生在實訓過程中設備不足的情況，還減少實訓刀具和加工耗材的損耗，甚至利用仿真軟件具有多種不同型號、系統數控機床的特點，讓學生接觸更多層面的數控技術。

3.2 教學效果顯著

數控仿真軟件可以選擇與實訓教學相符的數控機床型號、操作系統和控制面板，保證了仿真操作與實際操作的一致性。數控仿真軟件不僅模擬真實數控機床的結構、控制面板按鈕的位置和屏幕的顯現內容等，而且軟件的操作界面與機床實時運行的狀態呈現一體化顯示，界面簡潔，操作簡單，如圖1所示。使得“數控技術”實訓教學過程變得形象生動，讓學生更容易理解和運用。

現實中數控加工前的準備工作，如裝夾工件、選擇刀具、裝卸刀具和測量尺寸等，都可在仿真軟件對應的輔助工具欄中進行操作。通過鼠標的滑輪和輔助工具欄中的各視角切換，進行全方位遠近距離的動態觀察機床和工件加工情況，多方位了解數控機床運行原理和結構，還可全面查看監測整個切削加工的仿真過程，效果逼真。數控仿真軟件與數控機床的通信傳輸模式一致，將編制好的數控程序或者生成的NC文件，可直接導入數控仿真軟件和數控機床中進行加工，從而達到仿真現實的一體化。

在傳統“數控技術”實訓講解機床操作時，10～20個學生圍在教師和數控機床旁進行觀看，教學效果較差。但運用了數控仿真軟件先在計算機房里用多媒體教學，讓每一個學生都可以清晰明了地觀看操作全過程，加以練習熟練后，再上數控機床進行著重點的講解，學生便可輕松地掌握數控機床的操作。

3.3 安全性提高

數控機床是一種高價格、高精度的機械設備，并且也是對操作者技術要求較高的設備。而且數控實訓面向的是沒有數控實踐經驗的學生，如果學生不熟悉機床的編程和操作，容易出現操作錯誤，很容易發生人身安全事故和設備的損壞。

在“數控技術”實訓中運用數控仿真軟件，讓毫無數控實踐經驗的學生有了一個過渡的平臺。在計算機上進行數控仿真軟件的操作不存在安全問題，不會因為學生的操作失當、編錯程序、調錯程序、對刀錯誤、切削參數不合理等造成數控機床的損壞，更不會對操作者造成人身安全事故。讓學生充分發揮主觀能動性，提高自信心，激發對“數控技術”實訓的學習興趣，而且在課后可以獨立地練習。

在操作數控仿真軟件過程中，如出現不正確的操作，系統會彈出報警窗口，提示學生出現的錯誤。其中例如導入數控車程序，程序有誤或格式不正確，系統會在面板上報警，并提示哪一行程序出現錯誤。這種種功能不僅有利于學生用正確方法操作設備和編寫正確的程序，而且大大避免了在數控機床上發生安全隱患。

4 數控仿真軟件的不足之處

數控仿真軟件始終只是模擬加工，與實際加工操作還是存在一定的差異。雖然程序的正確性可通過數控仿真軟件檢查，但實際加工過程中切削參數的設置、工件毛坯裝夾的長度、刀具伸出量長度、尺寸精度控制等問題，還是必須通過實際操作才能得以學習和掌握。在數控仿真軟件模擬加工的過程中，不會出現機床故障、冷卻液壓力不足、刀具磨損、粘刀和斷刀等突發問題，會導致學生安全意識有所降低，無法根據實際加工出現的狀況做出合理的判斷和解決的方法。

5 結語

在“數控技術”實訓的課程中，通過引入數控仿真軟件可更好保證實訓教學的質量和效果，進一步提高了學生編程的正確性、操作數控機床的能力和設備安全性等。當然數控仿真軟件也存在著不足的地方，只有實訓指導教師在教學中不斷嘗試和創新，將數控仿真軟件和實訓教學更合理地結合起來，才能讓學生在“數控技術”實訓中獲得更佳的效果。

[參考文獻]

[1]張錦洲，徐小兵.高校數控實訓教學改革探討[J].長江大學學報（自然科學版），2014（22）：111-112，121.

[2]鄧遵義，李攀峰.數控仿真軟件在數控教學中的應用淺析[J].中國電力教育，2010（6）：81-82.