福州市第一技工學(xué)校 郭 鈴

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芻議仿真軟件在數(shù)控編程教學(xué)中的應(yīng)用

福州市第一技工學(xué)校 郭 鈴

簡要介紹了數(shù)控加工仿真軟件，分析了在數(shù)控編程教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件的可行性，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對如何在數(shù)控編程教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行了探討，以期進(jìn)一步提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

仿真軟件 數(shù)控編程 教學(xué)實(shí)施

數(shù)控編程是數(shù)控專業(yè)的核心課程之一，這門課程中有很多抽象的指令，學(xué)生較難理解和掌握。老師在授課過程中，怎樣才能讓學(xué)生掌握這些指令呢？經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為利用仿真軟件所特有的性能可以較好解決這一問題。

1 數(shù)控加工仿真軟件概述

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是指通過數(shù)控編程，用三維圖形或者二維圖形的方式演示零件加工過程的仿真軟件。它包括以下功能：毛坯、夾具、刀具的定義與選用，零件基準(zhǔn)設(shè)置和測量，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試，加工過程動態(tài)模擬，提示編程錯誤、操作錯誤、機(jī)床碰撞等各種錯誤信息。這種數(shù)控仿真軟件實(shí)現(xiàn)了對數(shù)控加工全過程的仿真，可以滿足數(shù)控編程教學(xué)的需要。

2 應(yīng)用仿真軟件教學(xué)的可行性

2.1 有利于貫徹技校教學(xué)原則，滿足教學(xué)要求

2.1.1直觀性原則

常規(guī)理論教學(xué)中，通常是老師講解編程指令的格式，解釋其各參數(shù)的含義，要求學(xué)生對這些內(nèi)容進(jìn)行思考、理解、掌握。但學(xué)生如果對其中的某個知識點(diǎn)不理解，就容易產(chǎn)生畏難情緒，喪失了學(xué)習(xí)興趣，甚至開始抵觸這門課程。面對這種狀況，可以在教學(xué)的過程中充分利用仿真軟件，把文字描述變成動態(tài)的圖像，化抽象為形象，增強(qiáng)真實(shí)感，符合這個年齡段學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

以FANUC系統(tǒng)的外徑粗車復(fù)合循環(huán)指令G71的教學(xué)為例：如果采用板書的方式講解G71指令，因?yàn)闊o法實(shí)時動態(tài)地展示加工過程中刀具的運(yùn)動軌跡，多數(shù)學(xué)生對這種專業(yè)的講解不能接受，無法想象刀具如何分層切削，何為背吃刀量Δd，何為退刀量Δe等。此時，采用仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，可以精確地展示出刀具的走刀路線及坐標(biāo)變化，便于學(xué)生理解指令的作用和各個參數(shù)的含義。這樣，通過講解與仿真軟件運(yùn)用相結(jié)合的方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察，幫助學(xué)生分析總結(jié)，讓學(xué)生從感性認(rèn)識提高到理性認(rèn)識，從而更好地理解和掌握指令。

2.1.2掌握知識與發(fā)展智力相結(jié)合原則

教師利用數(shù)控仿真軟件講解各指令的實(shí)際應(yīng)用，可以讓學(xué)生清晰地觀察到不同指令不同的走刀方式，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考在加工某個工件時有哪些不同方案？學(xué)生因?yàn)閷χ噶钣辛酥庇^認(rèn)識，往往會分析出多種不同的解決方案，并在教師的指導(dǎo)下，對各種方案進(jìn)行分析比較，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生從單純的模仿向自主探究式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化。正是因?yàn)檫\(yùn)用了仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，使各種方案的比較變得方便快捷，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和探索意識，拓寬學(xué)生的思路，提高學(xué)生解決問題的能力。

2.1.3因材施教原則

學(xué)生掌握知識的能力是存在差異的。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師受條件限制，無法及時準(zhǔn)確了解學(xué)生之間的差異。應(yīng)用仿真軟件，可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在數(shù)控編程中存在的問題，使教師能夠及時了解學(xué)生情況，并利用多媒體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，針對不同學(xué)生存在的不同問題，進(jìn)行個別輔導(dǎo)；同時還可以針對不同層次的學(xué)生提出不同程度的要求，讓每個學(xué)生都學(xué)有所成，調(diào)動學(xué)習(xí)主動性和積極性，真正做到因材施教。

2.2 有利于區(qū)分指令，加深理解

數(shù)控編程指令的區(qū)分包括：一類是不同數(shù)控系統(tǒng)（比如FANUC、華中、西門子等系統(tǒng)）相同功能指令之間的區(qū)分，這些指令的區(qū)分主要是格式上的不同，掌握起來相對容易；另一類是同一數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)不同指令的區(qū)分，這些指令雖有一定的相似性卻又不同。比如FANUC系統(tǒng)的G71、G73兩個復(fù)合循環(huán)指令，這兩個指令都是外徑粗車循環(huán)指令，在格式上很相似，但由于走刀路線不同，相應(yīng)的應(yīng)用場合也有所區(qū)別。G71的走刀路線是矩形式分層切削，只有最后一刀才是沿著零件的輪廓走刀加工，常用于加工尺寸單調(diào)變化的工件，如果用來加工帶內(nèi)凹或外凸的工件，會造成該部分最后一刀切削深度過大；G73的走刀路徑是始終沿著零件的輪廓慢慢逼近，可用于加工各種工件，但對某些工件則顯得效率太低。學(xué)生在G71和G73指令的應(yīng)用場合上往往容易混淆。通過數(shù)控仿真軟件，就可以清楚地觀察兩個指令不同的走刀方式，從而便于學(xué)生區(qū)分兩個指令，加深學(xué)生對指令的理解。

2.3 有利于激發(fā)學(xué)生求成欲和互助欲，提高教學(xué)效率

在編程過程中,學(xué)生可以應(yīng)用仿真軟件實(shí)時檢測指令的應(yīng)用是否正確，編的程序是否可行，并自行修改或與其他同學(xué)討論后修改，從而使學(xué)生體驗(yàn)到努力后獲得成功的喜悅，實(shí)現(xiàn)自我價值。例如，學(xué)生在應(yīng)用G71編程時往往會錯定循環(huán)起點(diǎn)（學(xué)生如果沒有毛坯的概念，只是把循環(huán)起點(diǎn)定義在圖紙工件外一點(diǎn)，而不是待加工毛坯外一點(diǎn)，定義出來的循環(huán)起點(diǎn)常常落在毛坯上），從而導(dǎo)致加工時首刀切削深度太大而無法加工。而如果應(yīng)用仿真軟件檢測程序的可行性，學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)所編程序存在的錯誤，從而進(jìn)行思考或與他人展開討論，想方設(shè)法改正錯誤，力爭仿真加工成功。這樣，學(xué)生的成功欲得到滿足，互助欲又被激發(fā)出來，使學(xué)生對這門課產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

此外，在學(xué)生編的程序中存在各種各樣的錯誤，而程序是不允許有錯誤的。但是，教師要全部檢查出這些錯誤，不僅需要耗費(fèi)大量的時間和精力，而且難免掛一漏萬。針對這種狀況，借助數(shù)控加工仿真軟件，模擬加工學(xué)生編的程序，可以直接反饋出程序中的各種錯誤，學(xué)生能夠根據(jù)系統(tǒng)的提示，自行改正多數(shù)的錯誤，教師只起到引導(dǎo)的作用。這既節(jié)約了大量的時間，也提高了教學(xué)效率。

2.4 有利于降低教學(xué)成本，保證良好的教學(xué)效果

數(shù)控編程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，需要學(xué)生通過實(shí)踐操作加深對理論知識的理解。由于種種原因，絕大多數(shù)的學(xué)校都無法配備足夠的數(shù)控機(jī)床供學(xué)生實(shí)習(xí)，即使個別學(xué)校擁有足夠的數(shù)控機(jī)床，學(xué)生在實(shí)習(xí)的過程中經(jīng)常會消耗大量的刀具、材料，甚至損壞機(jī)床，以致于教學(xué)成本太高。有了數(shù)控仿真軟件以后，不僅可以減少設(shè)備的投入，還能保證良好的教學(xué)效果。

3 教學(xué)的實(shí)施

教學(xué)有法，但無定法，貴在得法。在實(shí)施教學(xué)的過程中，應(yīng)采用多樣化的教學(xué)方法，增強(qiáng)課堂教學(xué)的形象性，掃清學(xué)生認(rèn)知上的思維障礙，以激發(fā)學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣?；谝陨险J(rèn)識，筆者在使用仿真軟件輔助教學(xué)時，采用講解、演示、觀察、練習(xí)、點(diǎn)評相結(jié)合的方法，由簡入繁、循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生突破難點(diǎn)、掌握重點(diǎn)。

首先，要精講。對指令的格式、參數(shù)、作用進(jìn)行講解，并借助仿真軟件演示重點(diǎn)指令的運(yùn)行，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察比較加工路線、坐標(biāo)變化及機(jī)床動作，讓學(xué)生對重點(diǎn)指令有直觀的認(rèn)識，幫助學(xué)生掌握指令的重要之處。這不僅充分發(fā)揮了直觀教學(xué)的積極作用，而且可以為學(xué)生提供更多的練習(xí)時間。

其次，要精練。在系統(tǒng)學(xué)習(xí)指令后，選擇一些富有針對性、典型性、階梯性的練習(xí)題，讓學(xué)生思考、分析，并編寫程序，再將程序輸入仿真軟件中，進(jìn)行仿真加工。在這個過程中，要以學(xué)生練習(xí)、研討為主，老師指導(dǎo)為輔，讓學(xué)生通過練習(xí)更好地掌握相關(guān)指令，并培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

最后，要點(diǎn)評。對學(xué)生在練習(xí)過程中出現(xiàn)的共性問題，通過軟件的廣播功能，統(tǒng)一進(jìn)行講解、演示，排除學(xué)生理解的誤區(qū)。此外，還可以選取一些學(xué)生編的典型程序，在課堂上予以演示，讓學(xué)生分析出其中的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行點(diǎn)評。在點(diǎn)評過程中，以激勵性的語言評價較為出色的程序，用發(fā)展性語言評價程序中的不足之處。這樣不但調(diào)動了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且樹立了學(xué)生的自信心，達(dá)到鞏固知識，深化知識應(yīng)用的目的。

總之，在數(shù)控編程的教學(xué)中充分利用數(shù)控仿真軟件，不僅可以豐富教學(xué)手段，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識，有效地提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

[1] 王道俊, 王漢瀾. 教育學(xué)[M]. 北京: 人民教育出版社, 1999.

[2] 史健生. 普通心理學(xué)[M]. 福州: 福建人民出版社, 1996.

[3] 顧力平. 數(shù)控機(jī)床編程與操作（數(shù)控車床分冊）[M]. 北京: 中國勞動社會保障出版社, 2005.