基于虛擬數控機床的中職院校數控維修教學探討

褚夫廣

摘要：近幾年教育改革的進程不斷推進，對中職院校數控維修教學質量的要求也越來越高。特別是那些原理及功能較為復雜的數控系統，發生故障時維修難度較大，學生必須在實訓課程中加強練習才能有效掌握相關技能。大量的實證研究表明，引入虛擬數控機床可以有效地解決數控設備不新不足的問題，同時還能夠有效地提升學生們的動手能力。本文以虛擬數控機床的基本概述及中職數控維修教學現狀為基礎，探討了虛擬數控機床在中職院校數控維修教學中的應用。

關鍵詞：中職院校 虛擬數控機床 教學

隨著數控技術的不斷發展，用人單位對中職院校培養的數控人才的要求也越來越高，不僅要求其能夠熟練地掌握基本的操作要領及程序的編寫，還要掌握其他的維修及調試技術。但是，在實際的教學過程中，教學設備及教學環境都受到了一定的限制，導致培養出來的學生的能力沒有辦法滿足用人單位要求。所以，將虛擬數控機床應用到中職院校的數控維修教學過程中是非常有必要的。

一、虛擬數控機床的基本概述

所謂的虛擬數控機床技術就是通過計算機對數控加工的整體環境進行模擬仿真，操作者就可以在這個模擬環境中進行模擬實際的操作了。在進行虛擬數控機床操作的過程中，為了能夠保證虛擬數控機床可以真實地反映出實際數控機床的生產狀態，研發人員所采用的所有參數都是來自于實際數控機床，使得虛擬數控機床能夠模擬出真實數控機床的數據，為操作人員提供可靠的數據參考。另外，為了加強虛擬數控機床系統的穩定性，采用了模塊化設計。通常情況下，虛擬數控機床是由一些互相獨立的系統模塊所組成的，這種組合方式可以使虛擬數控機床和實際數控機床更為相似，在操作者進行模擬仿真操作時，可以最大限度地按照實際情況進行模擬。同時，系統采用了模塊化設計，能夠在需要其他功能時隨時進行模塊重組，使虛擬數控機床系統的仿真能力更為出色。利用虛擬數控機床技術，在模擬環境中，整個數控機床的加工過程都能夠被顯示出來，并且發生一些故障時，在模擬環境中能夠進行預警提示。這樣能夠一定程度地提高生產效率，同時減少在實際操作過程中有可能發生的危險。與現場的實際數控機床相比，虛擬數控機床主要有以下特點。

第一，在整體的結構上，非常相似。利用虛擬數控機床技術顯示出來的數控機床操作界面，與實際現場中的數控機床在結構上是非常接近的。同時，很多實際的功能都是能夠實現的，學生在操作的過程中可以進行數據失真問題的解決，并且虛擬數控機床的模塊是非常有利于學生進行操作的。第二，相比于現場實際的數控機床，虛擬數控機床的界面上能夠顯示出一定的圖形信息及參數信息，這些信息能夠讓學生了解當前的運行狀況，有利于學生完成人機操作。第三，具有更為標準的數據格式。學生在進行操作的過程中，可以對數據進行管理，有利于外界資源的獲取。第四，能夠通過計算機實現數控機床的仿真。在學生進行虛擬數控機床的操作時，采用的數據都是真實的，所以數控機床能夠以三維的形式展現出來，這有利于學生在操作的過程中，及時地發現問題并且處理問題。

二、中職院校數控維修教學現狀

雖然近些年來，中職院校數控維修教學的效果越來越好。同時，面對用人單位的需求，已經開始著重培養學生的動手能力。但是，在實際的教學過程中，還是存在著一些問題，主要表現在以下幾個方面。

1.從數控系統角度

當前，中職院校數控維修教學的基礎設施是數控機床電子、綜合實驗室及拆裝。但是，大部分中職院校都是以綜合實驗室為主，并且實驗室中的數控系統較多的是FAuNc等類型，由于資金等問題，很少有學校能夠引進一些高端的數控系統。數控技術發展很快導致數控設備更新得較快，很多新的數控機床在原理和功能上都與以前的數控機床差別很大。如果一直使用較為落后甚至一些被淘汰的數控系統，學生無法及時地掌握最新技術，真正的實踐能力也得不到提升，便無法滿足用人單位的需求。

2.從電氣連接角度

傳統的中職數控維修專業的教學更側重于數控機床技術的教學，對于一些電氣方面的教學只是一帶而過。近幾年來，數控維修專業的教學逐漸地走向綜合化，數控機床電氣連接相關知識逐漸被重視起來，很多用人單位都要求數控維修專業的學生必須掌握一定的電氣技術。但是，在實際的教學過程中，電氣連接的教學要比數控機床的教學更為復雜，相關的電器元件種類很多，在進行數控系統與伺服系統的連接時，操作比較繁瑣，非常容易造成電氣材料的極大消耗，并且電纜的連接處也會受到很大的影響。學生在進行電氣連接相關操作過程中，通常需要進行很多次操作才能夠了解一些基礎的技能，嚴重影響了數控機床電氣連接教學的效果。

3.從功能部件拆裝角度

在中職數控維修教學內容中，數控機床的功能部件拆裝是非常重要的部分，學生對這部分技能的掌握程度直接影響著未來工作中的實際動手能力。目前，很多中職院校的功能部件拆裝教學都存在著很大的問題。教師在教學的過程中，更多的是進行一些比較簡單的部件拆裝教學，這些教學內容在解決一些實際問題時，并不能派上用場。并且，在練習的過程中，學生手里所拿的部件通常都是一些年代久遠或者是實際生產中損壞的產品，不僅數量難以滿足人手一個，很多的部件都是早已淘汰不用的了，這樣的實訓教學并沒有太多的實際意義。眾所周知，數控機床技術的發展速度特別快，相應的部件更新速度也是特別快，很多新的部件在原理及使用上都是不同于淘汰部件的，如果在教學過程中只讓學生采用一些淘汰或者是損壞的部件，那么在以后的工作崗位上，學生是無法勝任工作的。

4.從傳感檢測器角度

與電氣連接相關技能的教學一樣，傳感檢測器應用技能的教學在傳統的數控機床維修教學中只占了很小一部分。傳感檢測器的作用是用來保證機床的精度，其結構不大，內部構造卻很復雜，在實際應用過程中非常容易出現故障。一旦傳感器出現故障，要在第一時間進行解決，如果傳感器故障沒有及時解決，數控機床的精度便無法得到保障。所以，傳感檢測器的維修也應該是中職數控維修專業學生必須掌握的。但是，在很多中職院校中，有關傳感檢測器的教學及實訓都只是處在建設階段，大多數學生并沒有得到相應的技能培訓，實訓的課程仍然以數控機床培訓為主，造成學生并不能有效掌握傳感檢測器的應用技能。

三、虛擬數控機床的應用

1.虛擬數控機床在理論教學中的作用

數控技術的發展是非常迅速的，市場上出現的數控機床的種類越來越多。全新的數控機床不論是在工作原理上，還是在功能上都更加復雜。如果還只是采用一些多媒體教學模式進行教學，或者是通過一些淘汰的課件進行教學，就無法使學生及時掌握最新的數控機床技術。因此，要利用好虛擬數控機床進行教學。在虛擬數控機床中，無論數控技術怎樣發展，最新的數控機床技術都能夠更新到系統中。學生通過虛擬數控機床就能夠掌握最新的數控機床技術。同時，通過虛擬數控機床，實際的機床整體都能夠展示在界面中，學生可以在模擬仿真中掌握數控機床的技術。為了更有效地幫助學生在學習的過程中自我反饋，在虛擬數控機床中設計了預警功能，利用該功能，使學生能夠及時發現自己操作過程中的問題，并及時進行更正，有利于學生對于數控機床技能的掌握。

2.虛擬數控機床在電氣連接中的應用

在傳統的數控維修教學過程中，電氣連接的問題會嚴重影響到數控機床教學的質量。在采用了虛擬數控機床系統之后，學生對數控機床電氣連接中有關線路布局及電器元器件的選擇等技能，會有更深的理解。特別是在電氣布局這一塊，傳統的教學過程中，由于電氣布局相對復雜，很難一次成功，要反復地進行操作，頻繁的操作會很大程度地造成元器件及線路損傷，導致浪費很多元器件。但是，在虛擬數控機床中，教師在實訓的過程中只要教會學生怎樣去做好電氣連接的合理布局，以及如何選擇相關的元器件并通過導線進行電氣柜的連接，學生就可以通過虛擬數控機床進行練習。除此之外，在教學過程中，教師也可以教學生如何利用虛擬數控機床中的萬用表及示波器對自己的操作進行檢查，如果發現連接沒有問題，再進行實際機床的電氣連接即可。采用虛擬數控機床能夠使電氣連接技能的教學更加便捷，能夠解決元器件浪費的問題，幫助節省很多的教學資源，并且能夠使學生對知識掌握得更加牢固。

3.虛擬數控機床在裝拆中的應用

針對部件拆裝教學中存在的問題，在進行數控機床維修內容中有關部件拆裝技能的教學時，可以采用虛擬數控機床中3D交互式的形式進行教學。比如，進行銑床整機的安裝實訓教學時，可以通過虛擬數控機床系統提供的零部件和工具進行教學，通過對系統中零部件的拆裝操作，可以使學生對真實的拆裝過程有所了解，為學生營造出一個更好的實訓環境。在虛擬數控機床系統中，專門設置了一個裝拆工具庫，通過這個工具庫，整個實訓過程變得更加便捷，同時還能夠加強學生的動手能力。除此之外，從前面的內容中可以得出，傳統的數控機床拆裝教學所使用的部件大多數是一些被淘汰或者是損壞的部件。如果想要學生在實訓的過程中使用的都是最新的部件，那么學校要投入大量的資金進行購買，但由于數控部件更新太快，這一想法無法實現。但是，通過虛擬數控機床能夠很好地解決這一問題。在虛擬數控機床系統中，能夠不斷地更新最新的部件，學生在實訓的過程中，可以及時地了解最新部件的工作原理及使用方法，有助于掌握最新部件的拆裝技術。同時，這樣也能夠解決傳統實訓過程中，由于反復操作造成部件損壞的問題，大大地減少了學校的資金投入，幫助學校減輕了財政負擔，最重要的是能夠有效提升學生的動手能力及教學質量。

4.虛擬數控機床在故障診斷方面的應用

在中職院校數控維修教學中，還有一個比較關鍵的內容，就是數控機床的故障診斷。學生不能只掌握如何使用，而缺少故障診斷的能力，對數控機床進行故障診斷是學生以后工作中必須掌握并且熟練的一門技術。在進行故障診斷的時候，數控機床要和計算機一起使用，然后把握好每一個操作細節。所以，在進行數控機床的故障診斷教學時，要以虛擬數控機床操作界面上提供的數據為標準，教師要教會學生如何在短時間內從界面的數據中發現機床的問題。在進行故障診斷的實訓時，在引入了虛擬數控機床系統后，教師可以教學生通過可編程控制器進行數控機床的調試，同時根據計算機顯示出來的一些故障信息，對機床進行維修。所以，通過虛擬數控機床系統，學生在實訓的過程中，能夠通過操作界面上的數據及時了解數控機床的故障問題，同時通過一些調試技巧進行故障的維修，有效地提升了學生的數控機床維修能力。

隨著數控技術的不斷發展，中職院校傳統數控維修教學培養的人才已經無法滿足用人單位的需求，采用虛擬數控機床已經成為一種必然趨勢。本文以虛擬數控機床的基本概述為基礎，從數控系統、電氣連接、功能部件拆裝、傳感檢測器四個角度去分析中職數控維修教學現狀，然后再從這四個角度提出了中職院校數控維修教學應用虛擬數控機床的策略。但在教學的過程中一定不能忽視數控機床維修理論的教學。要充分發揮理論聯系實際的作用，不緊要提升教學質量，同時還要加強學生的動手能力，為社會和用人單位培養出更多的復合型人才。

（作者單位：天津市機電工藝學院）