仿真软件在数控教学中的应用浅析.doc

浅析仿真软件在数控教学中的应用
合肥汽车机械技术学校 王清
【摘要】：随着以数控技术为代表的现代加工技术在国民经济的广泛应用，社会对现代技术人才的需求越来越高。但由于种种原因现有的数控教学对数控人才的培养已经跟不上社会的需求。因此探索和尝试新的教学方法已刻不容缓。本文根据数控教学中的难点、疑点问题，提出了特数控仿真软件引入数控教学的必要性。进一步分析了仿真软件在数控教学过程中的优势和缺陷．并最终提出了弥补数控仿真软件缺陷的办法。
【关键词】：数控教学 仿真软件 人才培养 CAM
一、前言
（一）现状分析    
 随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用，所形成的先进制造技术日益引起各国的重视，它是提高企业国际竞争力和创新能力的根本途径，而先进制造技术又以数控技术为主要标志的。我国在“机械工业振兴纲要”中将应用数控技术的“数控机床”列为基础机械。因此中职校的实习教学，开始由传统的实习内容向新技术新工艺实习内容的转变，对职业教育也提出了新的要求。但由于数控专业是机电专业的的一个分支，课程设置老化，教学理念和方法陈旧，知识更新缓慢、滞后，特别是专业设施落后、不全，师资力量缺乏；再加上学生基础差，专业意识不强，学习被动无兴趣等，要在这样的条件下要培养一个合格的数控技术人才谈何容易，这就要求探索出一套适合当前现状的教学方法。经过几年的数控实习教学，发现数控仿真软件能在其中显示出桥梁作用，能使理论和实践有效的衔接，打破了传统的数控教学模式，增加了学生动手的机会，提高了操作的熟练程度。
（二）数控仿真软件介绍
  数控仿真软件是通过计算机的编程和建模，将加工过程用三维图形或者二维图形的方式演示出来的软件。目前比较常见的有上海宇龙、南京斯沃、南京宇航、天傲TNS－Ver 2.0、联高VNUC、浙大辰光等数控仿真软件，它们都有以下几个特点：能全面的仿真数控加工的过程，包括机床设定( 支持多种数控系统)、定义毛坯、刀具准备、基准测量、 G代码处理、面板操作等；配置要求低，只需要仿真软件和要求不是很高的微机，并与多种计算机操作系统兼容；操作的安全性很高，不会因为学生的错误操作而造成人身伤害，更不会损坏机床；不需要原材料，投入资金少，占地小，不会造成资源的浪费；利用网络可以搭建交流的平台，为师生的交互提供了方便等。现在很多仿真软件在网上都有下载或者试用版本，如果考虑到节约投入成本，这些软件对于中等职业学校数控教学而言还是非常实用的。
二、数控仿真软件的优点
（一）打破了传统的枯燥、抽象的数控教学方式．
传统的数控教学都是以先理论后实践的教学方法进行的，在理论教学阶段对于初学数控机床的学生来说．即便有专业基础课程的先导，也显得较难接受。尤其是数控机床的结构、工作原理等方面难于理解。仿真软件在数控理论多媒体教学中的引人，从不同角度对数控机床结构进行深入观察，熟知机床各个部位的工作原理，结合理论讲解图文并茂．学生尤如身临真实机床加工现场。从而达到了化“苦学”为“乐学”的教学目的。在数控机床手动编程理论讲解方面，由于各类系统所制定的编程代码有所不同．但无论那种系统的编程代码，对于初学者来说都足十分抽象的，这就极易使学生产生厌学情绪。但仿真软件的引入便解决了教师这种授课困境。只要我们将完整的程序输入仿真软件，它就可以以单纯路径模拟和实际加工两种形式运行程序。学生不仅可以从中看出每条指令所代表的意义还可以验证程序的对错（图（1）中的A图是加工后的零件，B图是加工程序路径）。故此也实现了化“抽象”为“具体”的教学目的。
A图 B图
图（1）零件三维图与加工路径
（二）弥补了设备和师资的不足，充分利用现有资源。
数控机床实习不比钳工或车工的实习，它的设备投入是很大的，如果要使每个学生有充足的实习时间的话，可能投入要几百万以上，这对于大部分的学校都是难以承受的。因此很多学校考虑采用“小班化”的教学方法，但是小班化是要有师资做后盾的，很多学校都没有这样的条件。就我们学校而言，目前数控专业4个班级，数控专业老师只有3个，数控机床2台，这样的条件下，如果按照传统的实习方法根本无法进行。但如果我们在学生实践操作之前，利用仿真软件进行模拟操作，就可以做到给学生充分的实习机会，节省了操作的时间，缩短了实习的周期。以一个班级40个人，实习一次时间3小时为例，平均每台机床20个人，每人操作的时间只有9分钟。试想在这么短的时间里面学生真正能掌握的东西有多少呢？但如果我们利用每个学校都有的机房，把3个小时换成上机进行和实际机床几乎一样的仿真操作的话，可以保证每个同学有充足的时间来动手。这样很多问题在这一个阶段就能够解决，实习周期缩短了，对于机床操作的熟练程度将大大提高，而且为下一步的实际操作也做好了准备，实习效果也提高了。
（三）减轻了授课教师的负担
在数控编程中对于同一图形不同的同学编制的程序也是不同的。加之学生在创新过程中如果自行绘制编程图形进行编程．对于授课教师来说程序的批改便成为了极大的负担。但如果学生在仿真软件中自行输人程序并验证程序的准确性，就省却了教师批改这一环节。可见数控仿真软件不仅为学生的学习带来了兴趣。也为教师的授课减轻了负担。
（四）具有实用灵活的考试系统
数控仿真软件可用于远程网络学习、作业、考试等．并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等．轻松实现无纸化的考核与测评。如今很多院校已经将此功能应用于职业技能鉴定中。解决了考试用机床的紧张问题和试题的泄漏问题。
二、数控仿真软件的缺点
（一） 加工参数设置随意．无法保证产品质量
仿真环境是一个虚拟的完美的过程，一旦程序正确就不会出现加工问题。这样就养成了学生在使用数控仿真软件时。对加工的相关参数随意设定的习惯。而实际加工中存在的很多的偶然及必然的变动．都可能引起机床停机。同时应用仿真软件也无法判断工件的表面粗糙度、进行尺寸测量、矫正尺寸精度等。而学生一旦养成这种坏习惯，在机床上实际加工时也会不自觉的忽略这些对数控加工十分重要的部分，从而导致加工出的工件无法达到尺寸精度要求，更有甚者发生碰撞等事故。
（二）加工工艺性差
由于模拟仿真软件的虚拟性，许多需要实际亲身操作的才可进行的步骤无法实现．如对工件的加工工序进行排序整理、使用光电对刀仪和Z向对刀器进行准确的对刀效准、演示一些专用夹具的装夹过程和分析其设计原理等。而这些正是实践加工中必不可少且难于掌握的部分。
（三）缺乏现场的亲身感知．安全意识淡薄
数控机床的实际加工中，操做人员必须具备相应的“听辨能力”．根据机床不同状态下发出的声音及时调整参数。减少机床发生故障和停机的概率。在仿真软件的学习中，便无法学习到真正的“听辨能力”。实际加工中的很多偶然事故的发生是不定性的，如在事故发生当时及时按下急停按钮、加工过程中不要把头和手随意伸进机床中、加工前关闭机床安全门等。但在仿真软件中。这些环节都町忽略不计，使学生安全意识淡薄。
三、数控仿真软件缺陷的解决方案
（一）进一步完善数控仿真软件
目前国内外绝大多数已开发研制出的数控仿真系统都是几何仿真系统。在现代加工生产中，为提高生产效率，获得较高的加工精度，如果我们能够建立起一个基于产品质量预测与分析的数控仿真系统，一方面它既可以对工件及刀具作出精确的几何描述，对数控程序进行验证；另一方面又可以对加工过程中任意时刻的几何信息进行提取（如切屑厚度，切屑几何形状，刀刃与工件啮合部分），根据数控加工过程的动力学模型，对影响加工质量的刀具、夹具及工件的弯曲、疲劳、振动及温升进行科学的预测，来获得优化的加工过程参数（如合适的刀具，进给率等）。这样，数控仿真系统才会发挥更大的作用，才能成为完善的、真正意义上的仿真系统。
（二）强调加工工艺安排的重要性．
并加强练习加工工艺的安排，在任何机械加工中都是十分重要且必不可少的环节。它需要操作者综合考虑较多的因素。比如先加工哪部分，后加工哪部分。如何以最少的装夹次数完成工件的整体加工。怎样装夹才能保证加工精度等。如果在教学中能够多加练习多举实例．一定会给具体的加工操作带来极大指导，也比单纯的加工操作高一个层次。
（三）强调仿真软件与机床的区别点
一般的仿真软件都是针对主流机型和系统研发。而学校购进的设备多种多样不尽与仿真软件完全匹配，两者之间肯定会有一些细小的差别。有些差别可能无关紧要，有些差别则可能会引发重大事故。所以在教学中一定要加以强调，让学生明白真正的实体机床加工操作才是主体，也是教学的最终目的。
（四）加强安全意识培养
千万不能在实际加工时．主观地受仿真软件的影响。忽视安全问题。任何一个小小的疏忽都可能酿成巨大的安全事故，决不能马虎。
四、小结
综上所述，可以看出数控机床实体仿真软件不仅在数控机床结构
原理和编程这一理论教学中被广泛使用，还可作为数控实际操作技能训练的辅助工具。但由于软件仿真和实际操作尚存在差距，因此，我们的数控教学只能用软件仿真进行初期感性训练和基本程序与指令代码的练习，而不能把整个教学活动完全放在软件上，对实际加工必须有足够的重视，有效地组织数控教学，使我们的数控教学既科学又客观，既高效又实用。

参考文献： 
1、 唐向阳《数控技术与应用》2019
2、黄筱调 赵松年《机电一体化技术基础及应用》机械工业出版社1994.
参考文献
3、徐伟 《数控机床仿真实训》 电子工业出版社．
4、李河水 《机械数控加工仿真软件的教学应用》南方农机，2019，．
5、张红英 《数控仿真系统在数控机床教学实践中的应用》交通职业教育，2019，．
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