張廣潮 陳飛昕

摘 要：“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)課程是培養(yǎng)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐應(yīng)用型人才的基本內(nèi)容之一，也是集中實(shí)踐模塊中的必修課程。但大部分學(xué)校在開(kāi)展“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)學(xué)生人數(shù)多，而數(shù)控機(jī)床不足的情況。文章探討了數(shù)控仿真軟件應(yīng)用于“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)及不足之處。

關(guān)鍵詞：“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)；數(shù)控仿真軟件；實(shí)踐

“數(shù)控技術(shù)”是一門(mén)綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，是培養(yǎng)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)際操作能力具有重要意義[1]?！皵?shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)具有一定的科學(xué)思維和實(shí)踐動(dòng)手能力，如果僅僅通過(guò)單純的理論教學(xué)和實(shí)踐上機(jī)操作，容易使初學(xué)者感到抽象、難學(xué)，再加上學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)習(xí)慣等諸多不利因素，無(wú)法有效地利用“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)的有限時(shí)間，掌握數(shù)控機(jī)床的編程和操作技能。如何改善和提高“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)的教學(xué)方法和教學(xué)條件，讓學(xué)生更好地掌握數(shù)控編程和操作機(jī)床的技能，真正做到學(xué)以致用。實(shí)踐證明，利用數(shù)控仿真軟件融入“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)中，可達(dá)到理想的效果。

1 傳統(tǒng)數(shù)控實(shí)訓(xùn)的方法

在以往傳統(tǒng)的“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，一方面如果單純的理論教學(xué)很難引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)的效果也會(huì)大大降低。另一方面數(shù)控設(shè)備的價(jià)格普遍較高，很多學(xué)校難以做到一個(gè)學(xué)生一臺(tái)設(shè)備的教學(xué)條件，而且學(xué)生是初學(xué)者，難免在學(xué)習(xí)的初期出現(xiàn)不必要的操作失誤，從而引發(fā)安全問(wèn)題和設(shè)備的損壞。學(xué)生也會(huì)因害怕而放不開(kāi)手腳和心態(tài)進(jìn)行大膽的操作，導(dǎo)致達(dá)不到理想的教學(xué)效果。

在講解數(shù)控機(jī)床上機(jī)操作方法的內(nèi)容時(shí)，不僅實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地面積和數(shù)控機(jī)床的數(shù)量有限，而且實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師的人數(shù)也有限，導(dǎo)致一個(gè)班需要分?jǐn)?shù)個(gè)小組，每組10～20人圍著一臺(tái)數(shù)控機(jī)床和指導(dǎo)教師進(jìn)行聽(tīng)講，會(huì)造成部分學(xué)生不能清晰地看到數(shù)控機(jī)床面板操作和實(shí)際切削加工的過(guò)程，大大降低學(xué)生的聽(tīng)課效果，增大教師的工作強(qiáng)度。

2 數(shù)控仿真軟件概述

數(shù)控仿真軟件是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)控加工操作過(guò)程進(jìn)行模擬仿真的一門(mén)新技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的編程和建模，將加工過(guò)程用三維圖形和二維圖形的方式演算出來(lái)的軟件[2]。該軟件可以模擬實(shí)際設(shè)備加工環(huán)境及其工作狀態(tài)對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行快速、精確的仿真，驗(yàn)證數(shù)控程序的可靠性，防止干涉和碰撞等情況的發(fā)生。不僅可以應(yīng)用于制造企業(yè)中，而且在數(shù)控課程的教學(xué)中，既可以使學(xué)生達(dá)到模擬實(shí)操的目的，建立對(duì)數(shù)控加工的感性認(rèn)識(shí)，又能進(jìn)行獨(dú)立動(dòng)手并反復(fù)操作，還可以大幅減少設(shè)備資金的投入，安全穩(wěn)定性好。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)常用的數(shù)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(chǎng)主流的數(shù)控系統(tǒng)和操作面板，包括發(fā)那科（FANUC）、西門(mén)子（SINUMERIK）、華中世紀(jì)星（HNC）、三菱（MITSUBISHI）、海德漢（HEIDENHAIN）、廣州數(shù)控（GSK）等。目前部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)廠家也有推出自己公司的仿真軟件。

3 數(shù)控仿真軟件在實(shí)訓(xùn)中的優(yōu)勢(shì)

3.1 彌補(bǔ)數(shù)控機(jī)床數(shù)量的不足

以廣東技術(shù)師范學(xué)院為例，“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)人數(shù)較多，每學(xué)年有大約6個(gè)班，一個(gè)班約50人。數(shù)控實(shí)驗(yàn)室有20臺(tái)數(shù)控車(chē)床（華中系統(tǒng)）、6臺(tái)數(shù)控銑床（華中系統(tǒng)）和6臺(tái)加工中心（FANUC系統(tǒng)），在各高校中廣東技術(shù)師范學(xué)院的數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量排名前列，但仍然不能做到一人一機(jī)，需要分組輪流進(jìn)行操作。為了保證每個(gè)學(xué)生有更多的時(shí)間操作機(jī)床，在計(jì)算機(jī)房安裝數(shù)控仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，并讓學(xué)生將實(shí)際操作機(jī)床的過(guò)程在仿真軟件中多加練習(xí)，待熟練后上機(jī)床操作的效率可大幅度提高，從而確保了每個(gè)學(xué)生使用數(shù)控機(jī)床的時(shí)間更加充足和高效。在數(shù)控加工時(shí)，切削的過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，輪候的學(xué)生可在計(jì)算機(jī)上的數(shù)控仿真軟件先進(jìn)行仿真加工，避免了因設(shè)備不足需要輪候，導(dǎo)致學(xué)生浪費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題。

數(shù)控仿真軟件可彌補(bǔ)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中設(shè)備不足的情況，還減少實(shí)訓(xùn)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(hào)、系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，讓學(xué)生接觸更多層面的數(shù)控技術(shù)。

3.2 教學(xué)效果顯著

數(shù)控仿真軟件可以選擇與實(shí)訓(xùn)教學(xué)相符的數(shù)控機(jī)床型號(hào)、操作系統(tǒng)和控制面板，保證了仿真操作與實(shí)際操作的一致性。數(shù)控仿真軟件不僅模擬真實(shí)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、控制面板按鈕的位置和屏幕的顯現(xiàn)內(nèi)容等，而且軟件的操作界面與機(jī)床實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)呈現(xiàn)一體化顯示，界面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，如圖1所示。使得“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程變得形象生動(dòng)，讓學(xué)生更容易理解和運(yùn)用。

現(xiàn)實(shí)中數(shù)控加工前的準(zhǔn)備工作，如裝夾工件、選擇刀具、裝卸刀具和測(cè)量尺寸等，都可在仿真軟件對(duì)應(yīng)的輔助工具欄中進(jìn)行操作。通過(guò)鼠標(biāo)的滑輪和輔助工具欄中的各視角切換，進(jìn)行全方位遠(yuǎn)近距離的動(dòng)態(tài)觀察機(jī)床和工件加工情況，多方位了解數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)，還可全面查看監(jiān)測(cè)整個(gè)切削加工的仿真過(guò)程，效果逼真。數(shù)控仿真軟件與數(shù)控機(jī)床的通信傳輸模式一致，將編制好的數(shù)控程序或者生成的NC文件，可直接導(dǎo)入數(shù)控仿真軟件和數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行加工，從而達(dá)到仿真現(xiàn)實(shí)的一體化。

在傳統(tǒng)“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)講解機(jī)床操作時(shí)，10～20個(gè)學(xué)生圍在教師和數(shù)控機(jī)床旁進(jìn)行觀看，教學(xué)效果較差。但運(yùn)用了數(shù)控仿真軟件先在計(jì)算機(jī)房里用多媒體教學(xué)，讓每一個(gè)學(xué)生都可以清晰明了地觀看操作全過(guò)程，加以練習(xí)熟練后，再上數(shù)控機(jī)床進(jìn)行著重點(diǎn)的講解，學(xué)生便可輕松地掌握數(shù)控機(jī)床的操作。

3.3 安全性提高

數(shù)控機(jī)床是一種高價(jià)格、高精度的機(jī)械設(shè)備，并且也是對(duì)操作者技術(shù)要求較高的設(shè)備。而且數(shù)控實(shí)訓(xùn)面向的是沒(méi)有數(shù)控實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，如果學(xué)生不熟悉機(jī)床的編程和操作，容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，很容易發(fā)生人身安全事故和設(shè)備的損壞。

在“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)中運(yùn)用數(shù)控仿真軟件，讓毫無(wú)數(shù)控實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生有了一個(gè)過(guò)渡的平臺(tái)。在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)控仿真軟件的操作不存在安全問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)閷W(xué)生的操作失當(dāng)、編錯(cuò)程序、調(diào)錯(cuò)程序、對(duì)刀錯(cuò)誤、切削參數(shù)不合理等造成數(shù)控機(jī)床的損壞，更不會(huì)對(duì)操作者造成人身安全事故。讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，提高自信心，激發(fā)對(duì)“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)興趣，而且在課后可以獨(dú)立地練習(xí)。

在操作數(shù)控仿真軟件過(guò)程中，如出現(xiàn)不正確的操作，系統(tǒng)會(huì)彈出報(bào)警窗口，提示學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤。其中例如導(dǎo)入數(shù)控車(chē)程序，程序有誤或格式不正確，系統(tǒng)會(huì)在面板上報(bào)警，并提示哪一行程序出現(xiàn)錯(cuò)誤。這種種功能不僅有利于學(xué)生用正確方法操作設(shè)備和編寫(xiě)正確的程序，而且大大避免了在數(shù)控機(jī)床上發(fā)生安全隱患。

4 數(shù)控仿真軟件的不足之處

數(shù)控仿真軟件始終只是模擬加工，與實(shí)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(guò)數(shù)控仿真軟件檢查，但實(shí)際加工過(guò)程中切削參數(shù)的設(shè)置、工件毛坯裝夾的長(zhǎng)度、刀具伸出量長(zhǎng)度、尺寸精度控制等問(wèn)題，還是必須通過(guò)實(shí)際操作才能得以學(xué)習(xí)和掌握。在數(shù)控仿真軟件模擬加工的過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)床故障、冷卻液壓力不足、刀具磨損、粘刀和斷刀等突發(fā)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生安全意識(shí)有所降低，無(wú)法根據(jù)實(shí)際加工出現(xiàn)的狀況做出合理的判斷和解決的方法。

5 結(jié)語(yǔ)

在“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)的課程中，通過(guò)引入數(shù)控仿真軟件可更好保證實(shí)訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，進(jìn)一步提高了學(xué)生編程的正確性、操作數(shù)控機(jī)床的能力和設(shè)備安全性等。當(dāng)然數(shù)控仿真軟件也存在著不足的地方，只有實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師在教學(xué)中不斷嘗試和創(chuàng)新，將數(shù)控仿真軟件和實(shí)訓(xùn)教學(xué)更合理地結(jié)合起來(lái)，才能讓學(xué)生在“數(shù)控技術(shù)”實(shí)訓(xùn)中獲得更佳的效果。

[參考文獻(xiàn)]

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