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數(shù)控仿真軟件在數(shù)控機床教學(xué)的應(yīng)用論文
摘要：隨著機械制造業(yè)對數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才的大量需求，高職院校都非常重視數(shù)控專業(yè)學(xué)科建設(shè)。將模擬實際機床加工環(huán)境及工作狀態(tài)的虛擬機床仿真軟件、以零件設(shè)計和加工程序為主的CAD/CAM一體化軟件等，應(yīng)用于數(shù)控機床教學(xué)中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性及教師的教學(xué)效率。但應(yīng)注意將仿真操作與實際訓(xùn)練相結(jié)合。
關(guān)鍵字：機械制造；數(shù)控仿真軟件；數(shù)控機床教學(xué)
中圖分類號：TP391.9文獻標識碼：A文章編號：2095-980X（2015）11-0098-02
隨著數(shù)控加工技術(shù)在機械制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，對數(shù)控相關(guān)技術(shù)人員的需求增大和要求提高。為此，各院校的機械類專業(yè)都開設(shè)了“數(shù)控機床與加工”相關(guān)課程以契合市場需求，與此同時，昂貴的教學(xué)用數(shù)控設(shè)備及資金短缺的矛盾也凸顯。因此，須探索出一套既符合本校教學(xué)現(xiàn)狀，又能滿足數(shù)控專業(yè)教學(xué)要求的模式。經(jīng)教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)：將數(shù)控加工仿真軟件運用于實際教學(xué)，既能有效緩解教學(xué)實訓(xùn)需投入大量資金購置設(shè)備的矛盾，又能利用感觀激發(fā)學(xué)生的主動意識和自覺意識，是一種有效的教學(xué)途徑。
1、仿真軟件原理及軟件類型
數(shù)控仿真軟件是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上建立起來的，是一種利用計算機編程及建模，用二維或三維圖形將加工過程以動態(tài)形式演示出來的軟件。簡而言之，就是通過計算機技術(shù)，對現(xiàn)實的運動過程進行模擬及聲像演示。利用該軟件，操作者可以如臨其境地查看生產(chǎn)、實驗、施工等過程，從而確認系統(tǒng)的性能或發(fā)現(xiàn)運動過程的缺陷。數(shù)控加工過程涉及多種不同類型的軟件，根據(jù)其使用范圍，可分為仿真軟件及一體化軟件等。
（1）模擬實際機床加工環(huán)境及工作狀態(tài)的虛擬機床仿真軟件。該類軟件可以模擬真實的場景，實現(xiàn)操作者和仿真場景的交互，使操作者體驗到真實的機床操作的感覺。這類軟件以實用為出發(fā)點，較典型的例子如南京航宇自動化技術(shù)研究所、廣州超軟公司、武漢金銀花公司等開發(fā)的數(shù)控仿真系統(tǒng)。
（2）以零件設(shè)計和加工程序為主的CAD/CAM一體化軟件。這一類軟件可以利用計算機完成零件加工前期的編程、設(shè)計等過程，使數(shù)控更佳精準、規(guī)范。如丹麥CIMCO公司的CImcoSoftwareSulte、SolidWorks等，該仿真流程如圖2所示。數(shù)控仿真系統(tǒng)有著全面的仿真功能、完善的圖形和標準數(shù)據(jù)接口；而且能與多種計算機操作系統(tǒng)兼容，對設(shè)備的配置要求較低；能大大節(jié)省教學(xué)設(shè)備投資，有效避免資源浪費。
2、仿真軟件在數(shù)控機床教學(xué)中的應(yīng)用
（1）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)控機床的積極性。數(shù)控理論相對來說比較復(fù)雜、枯燥，加之課程實踐機會少、學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生對該門學(xué)科缺乏一定的學(xué)習(xí)主動性。因此，利用先進的教學(xué)理念和教學(xué)手段來激發(fā)學(xué)生的參與熱情顯得尤為重要。數(shù)控機床課程要求理論與實踐的高度結(jié)合，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法對編程指令進行按部就班地講解，學(xué)生只能接收到一些抽象、空泛、枯燥的計算機語言，而無法理解指令的真正內(nèi)涵及實際應(yīng)用情況。數(shù)控仿真軟件具有和實際機床相同的用戶界面和可操作性，利用仿真軟件進行輔助教學(xué)，直觀地向?qū)W生展示編程指令的實際加工過程，使學(xué)生能夠更具象、更真實地了解數(shù)控機床的各個運動過程，輕松掌握機床的操作方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，挖掘?qū)W生的內(nèi)在潛力，培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新的精神。
（2）實現(xiàn)“教———學(xué)———練”一體式教學(xué)。運用數(shù)控仿真軟件，可以實現(xiàn)“教———學(xué)———練”三位一體化的教學(xué)，如對刀過程，實際操作起來沒有太大的難度，若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，僅紙上談兵，就會使學(xué)生陷入僵硬、呆板的理論學(xué)習(xí)怪圈。但結(jié)合仿真軟件的演示過程教學(xué)，通過對車刀及其他工件進行分步講解與操作演示，學(xué)生就能通過教師的理論講解和軟件的實際操作來加深認識，理論與實踐教學(xué)相互滲透，實現(xiàn)兩者的同步教學(xué)。另外，在進行數(shù)控機床教學(xué)的過程中，教師可以充分利用仿真系統(tǒng)的示教功能對程序的編制過程進行詳細的介紹，并通過虛擬的仿真系統(tǒng)顯示加工路線及其過程。或者，利用測量功能檢測所加工零件的尺度、粗糙程度是否達標。然后教師通過發(fā)送相關(guān)的編程實例，讓每一位學(xué)生在該系統(tǒng)中進行程序的編制、錄入、校驗及加工，以此來鍛煉學(xué)生的實際操作能力。對此，教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況設(shè)計操作過程中可能發(fā)生的各種事故、故障、缺陷等，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、處理問題的過程中全面掌握加工技巧和方法。例如，在進行直線插補指令G01和快速插補指令G00的應(yīng)用與區(qū)別時，可以在運行的第一個G01后面通過F的添加與否，讓學(xué)生感受到切削進給與快速插補所帶來的不同表現(xiàn)與影響，從而讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)掌握更多的數(shù)控機床的操作方法，提高學(xué)生對不同數(shù)控機床的適應(yīng)能力。
（3）提高數(shù)控機床課程的教學(xué)效率。傳統(tǒng)的教學(xué)活動中，教師往往要花費較大的精力來批閱學(xué)生的作業(yè)，而數(shù)控編程具有較大的靈活性，使得每位學(xué)生編寫的程序都存在一定的差異。如某學(xué)生用固定循環(huán)指令編程，而另一位學(xué)生則采用子程序編程，這樣所產(chǎn)生的工藝路線也隨之變化。如果采用傳統(tǒng)的批閱式逐篇查閱，并不能保證每個課題都考查到；若未按時閱完學(xué)生的作業(yè)，還有可能影響后續(xù)的教學(xué)活動。在這種情況下，引入數(shù)控仿真軟件，教師可以直接查看由學(xué)生編程導(dǎo)出的刀具軌跡和加工過程，并據(jù)此判定學(xué)生編程是否存在問題，或者通過圖形反映出加工工件的最終形狀，判定工件是否合格。這便有效減輕了教師的教學(xué)工作量，能保證各類課題進行全面的考核，也有利于后續(xù)教學(xué)任務(wù)的開展，提高了教學(xué)效率。
3、運用于教學(xué)的優(yōu)勢及注意事項
（1）仿真操作在數(shù)控機床教學(xué)中的優(yōu)勢。將數(shù)控仿真軟件運用于數(shù)控機床教學(xué)，充分利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為學(xué)生搭建交流平臺，創(chuàng)設(shè)數(shù)控實習(xí)環(huán)境，不僅為師生提供了良好、安全的交互空間，還使傳統(tǒng)教學(xué)中只能在數(shù)控實驗室或?qū)嵙?xí)工廠進行的教學(xué)演示功能得以實現(xiàn)，使教學(xué)過程變得更加靈活、方便、直觀、有說服力。數(shù)控仿真軟件不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還能促進“教———學(xué)———練”的有機結(jié)合，提高教學(xué)效率。
（2）應(yīng)將仿真操作與實際訓(xùn)練相結(jié)合。將數(shù)控仿真軟件運用于數(shù)控機床教學(xué)具有重大現(xiàn)實意義。但是，數(shù)控仿真軟件畢竟是模擬操作，縱然已取得了較大的發(fā)展，但與真實的加床加工過程還存在一定的差距。因此，在進行數(shù)控機床的教學(xué)時，教師需要對數(shù)控仿真軟件進行靈活、科學(xué)、合理的運用，并將仿真操作與實際訓(xùn)練相結(jié)合，以實現(xiàn)最佳的教學(xué)效果。
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