黃 祥

(安徽國防科技職業(yè)學院機械工程系，安徽 六安 237011)

數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)，數(shù)控人才已成為社會上的熱門人才.高職院校作為培養(yǎng)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用性人才的主陣地，以不斷擴大數(shù)控技術(shù)專業(yè)招生規(guī)模，來滿足社會對人才的需求，但在數(shù)控設(shè)備數(shù)量相對不足的狀況下，給專業(yè)教學尤其是實訓教學帶來比較大的壓力，如何緩解學生人數(shù)多與實訓設(shè)備少的矛盾，保證數(shù)控技術(shù)專業(yè)學生的教學質(zhì)量，是當前各院校迫切需要解決的問題［1］.實踐證明，采用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)輔助教學，是一條有效的途徑.

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，尤其是虛擬技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了可以模擬實際設(shè)備加工狀態(tài)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，且具備調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能，在安全、可靠的情境下，能快速提高學習者對數(shù)控技術(shù)的認識與掌握程度.

1 仿真系統(tǒng)的教學適應(yīng)性

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)能夠演示數(shù)控車床、數(shù)控銑床和加工中心對零件加工的全過程［2］，其中主要包括毛坯選擇、工件裝夾、夾具刀具定義與選用、刀具安裝與對刀、機床手動操作、測量和碰撞檢測、數(shù)控程序輸入與處理功能等，還具有考試、互動教學、自動評分和記錄回放功能，仿真系統(tǒng)具有多系統(tǒng)、多機床、多零件的特點，可對機床操作過程實現(xiàn)全仿真，并能借助相關(guān)軟件開發(fā)多軸機床的仿真加工，進一步擴展數(shù)控機床加工仿真的范圍，就教學而言，仿真系統(tǒng)具有較強的適應(yīng)性，對提高數(shù)控課程教學效果具有積極的促進作用.

2 仿真在教學中的作用

在數(shù)控課程的教學中，“學做一體”是最有效的教學形式.如果僅在黑板上去講數(shù)控機床編程與操作，學生無法真正掌握，在實訓室進行數(shù)控課程教學，又受到機床數(shù)量的限制，尤其在實訓初期學生對設(shè)備不熟悉，誤操作會導(dǎo)致設(shè)備的損壞，甚至是人身傷害事故，存在較大的安全隱患.通過仿真系統(tǒng)輔助教學，可以起到以下作用.

2.1 激發(fā)學生興趣，增強學習主動性

使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，學生可將所編程序輸入系統(tǒng)中，直接完成程序編寫的正誤檢查、干涉檢查等功能，并進行數(shù)控加工的過程演示;仿真系統(tǒng)上機床的操作和零件的加工過程，與在真實機床上的操作程序基本一致，有利于學生對實際操作的學習和掌握;學生可以通過“旋轉(zhuǎn)”功能，從任意角度觀察數(shù)控機床的運行，毛坯加工成為成品的過程直觀形象;應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，便于在教學中運用“任務(wù)驅(qū)動”、“項目導(dǎo)向”等多種教學方法，提高學生分析問題和解決問題的能力，體現(xiàn)學生主體地位，在理論講授時，適時結(jié)合仿真教學，激發(fā)學生學習興趣［3］，有效提高學習主動性.

2.2 提供良好運行平臺，保障安全可靠性

隨著企業(yè)數(shù)控化率的不斷提高，對數(shù)控方面人才的需求量在不斷增加，對人才質(zhì)量與規(guī)格要求越來越高，數(shù)控機床是一種新型的機電一體化設(shè)備，它具備“高速、高效、高精度”的特點，在實訓教學時，直接讓學生在數(shù)控機床上操作，可能會出現(xiàn)撞刀、過切等干涉現(xiàn)象，造成設(shè)備、人身危害.把仿真系統(tǒng)引入到教學中，通過對干涉現(xiàn)象的排查，糾正錯誤程序，可完全避免實際操作中出現(xiàn)的事故，同時隨著學生人數(shù)的增多，可以通過計算機的大量配置，使每位學生有足夠的仿真實訓時間，徹底解決數(shù)控機床數(shù)量不足的問題，較好地達到實訓效果，這樣也減少了實習材料和能源的消耗，節(jié)約實習教學成本，因此，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是數(shù)控實習前一種較好的訓練手段，保障實習教學的安全與低耗.

2.3 理實聯(lián)系實際，提高教學實效性

數(shù)控加工技術(shù)系列課程的教學模式，如果以課堂理論講授為主，不利于學生對數(shù)控程序的理解，在黑板上講“按鍵”的作用與機床的操作，談不上對數(shù)控操作技能的掌握，理論與實踐教學效果都很差.如果把數(shù)控仿真教學引入教學中，學生可以將所編程序輸入仿真系統(tǒng)中，演示零件的加工過程，如果程序編寫錯誤，就能在教學現(xiàn)場及時發(fā)現(xiàn)，仿真軟件對零件的加工操作流程與實際機床相同，使學生對程序指令及機床實際操作就更加熟悉，這不但有利于提高數(shù)控理論教學效果，更有助于學生編程能力的提高，也為以后的實際操作奠定良好的基礎(chǔ)，學生在進行實際編程與加工時更易上手.

3 仿真教學的實施

根據(jù)教學需要把理論教學與仿真、實訓有機融合，讓學生在學習理論知識的同時，邊仿真、邊操作，對數(shù)控加工有更直觀認識，可以促進專業(yè)課程的學習.作為教學的一部分，與實訓教學結(jié)合，在操作機床之前，學生先進行數(shù)控加工仿真教學，能對所編程序的準確性進行檢查，檢驗加工工藝的合理性，并能提高學生對機床操作的熟悉程度等，對保證實訓效果與實訓安全起到良好作用.

3.1 仿真教學的安排

《數(shù)控加工編程與操作》是一門實踐性很強的課程，在教學前應(yīng)合理安排理論教學、仿真教學與實訓教學的課時比例，確定教學的主要內(nèi)容等，見表1.在課堂教學中應(yīng)重點解決編程方法和編程中的工藝問題，這也是對以后實習所做的必要的知識鋪墊.學生利用數(shù)控加工系統(tǒng)主要進行程序的輸入、校驗等訓練，同時讓學生了解不同系統(tǒng)、不同機床的操作方式等，讓學生貼近真實實訓環(huán)境，并培養(yǎng)獨立解決實際問題的能力，在后續(xù)的實訓教學中，能更快、更好地掌握操作技能.

表1 理論教學、仿真教學與實訓教學內(nèi)容與學時安排

3.2 運用“任務(wù)驅(qū)動”教學法

應(yīng)用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)輔助教學，目的是讓學生熟悉數(shù)控機床工程面板與按鍵功能、驗證工藝合理性和檢測數(shù)控程序正誤等，并為學生“生產(chǎn)性”實訓做好前期準備，以真正提高學生的職業(yè)能力.因此在進行仿真實訓時，適宜采用“任務(wù)驅(qū)動”教學法.教師在做仿真實訓教學之前，從相關(guān)企業(yè)獲取真實零件的圖紙，根據(jù)教學內(nèi)容和要達到的教學目的，首先簡要做好工藝分析，布置編程與仿真加工等任務(wù)，讓學生在課下通過查閱資料、相互討論的方式，完成工藝參數(shù)的選擇、數(shù)控加工程序的編制等工作，仿真實訓時按工件實際加工工序完成:選擇機床和數(shù)控系統(tǒng)、安裝毛坯與刀具、對刀與校驗、輸入程序與仿真加工、零件檢測等，最終實現(xiàn)一個工件或是工件中一部分工序的仿真加工.在仿真教學過程中，教師要指導(dǎo)學生完成糾正錯誤程序、簡化程序結(jié)構(gòu)、優(yōu)化走刀路徑等教學環(huán)節(jié)［4］，以進一步提升學生數(shù)控編程與加工的能力.在仿真結(jié)束后，教師應(yīng)根據(jù)學生的仿真情況，針對性地作出評價，主要是指出工藝分析和編程中存在的問題和錯誤，增強學生分析問題和解決問題的能力.

4 仿真對實訓教學影響

學生在實訓前通過數(shù)控加工仿真教學，認識機床結(jié)構(gòu)與工作原理，如“x、y、z、u、v、w”軸的運動、行程范圍以及其它部件的工作情況等;利用手動方式輸入程序，驅(qū)動機床運動，全面了解數(shù)控機床的加工過程;通過編程與輸入操作，對碰撞、干涉、加工失效等信息進行檢查，掌握工件從安裝至加工完成的整個流程，并利用虛擬測量器具對工件進行測量，最終生產(chǎn)出一個虛擬的產(chǎn)品［5］.通過仿真實訓，學生對使用真實機床已有全面的認識，在進行實訓教學時，減輕學生實際加工的心理負擔，克服對機床的畏懼心理，保證實訓安全.仿真后有效縮短學生對機床的認識時間，同時學生對簡單零件的加工上手快，可以有更多的時間進行復(fù)雜零件的編程與加工實訓，提高實訓效率，進一步提升學生的數(shù)控技術(shù)水平.

5 結(jié)論

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有逼真反映機床加工過程的功能，在數(shù)控課程教學中，利用仿真軟件輔助教學，在很大程度上，解決學生人數(shù)多與實訓設(shè)備少的矛盾.采用“任務(wù)驅(qū)動”教學法，擺脫純粹的理論講授，培養(yǎng)了學生的學習興趣.把理論、仿真和數(shù)控實訓有機融合，讓學生在安全的平臺上，先期熟悉數(shù)控機床工程面板和按鍵功能，認識機床結(jié)構(gòu)，掌握數(shù)控加工流程等，對學生實訓起到積極的作用，有利于學生操作能力的增強，顯著提高數(shù)控課程教學效果.

［1］王海根，程國標，方珠芳.數(shù)控加工技術(shù)課程實踐教學的探索［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25(2):92－94.

［2］陳為國.虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工編程教學中應(yīng)用研究［J］.制造業(yè)自動化，2009，31(6):106 －109.

［3］潘應(yīng)暉.數(shù)控仿真軟件教學應(yīng)用探討［J］.武夷學院學報，2011，30(2):81－83.

［4］王云平.數(shù)控加工在傳統(tǒng)制造業(yè)中的作用［J］.陜西師范大學學報:自然科學版，2007，(S2):138 －139.

［5］王亞輝，趙冬晗.一種典型零件的數(shù)控銑削仿真加工［J］.機床與液壓，2009，37(8):235 －237.