刍议仿真软件在数控编程教学中的应用

福州市第一技工学校 郭 铃



刍议仿真软件在数控编程教学中的应用

福州市第一技工学校 郭 铃

简要介绍了数控加工仿真软件，分析了在数控编程教学中应用仿真软件的可行性，并结合教学实践，对如何在数控编程教学中应用仿真软件进行了探讨，以期进一步提高教学效率和教学质量。

仿真软件 数控编程 教学实施

数控编程是数控专业的核心课程之一，这门课程中有很多抽象的指令，学生较难理解和掌握。老师在授课过程中，怎样才能让学生掌握这些指令呢？经过几年的教学实践，笔者认为利用仿真软件所特有的性能可以较好解决这一问题。

1 数控加工仿真软件概述

数控加工仿真系统是指通过数控编程，用三维图形或者二维图形的方式演示零件加工过程的仿真软件。它包括以下功能：毛坯、夹具、刀具的定义与选用，零件基准设置和测量，数控程序输入、编辑和调试，加工过程动态模拟，提示编程错误、操作错误、机床碰撞等各种错误信息。这种数控仿真软件实现了对数控加工全过程的仿真，可以满足数控编程教学的需要。

2 应用仿真软件教学的可行性

2.1 有利于贯彻技校教学原则，满足教学要求

2.1.1直观性原则

常规理论教学中，通常是老师讲解编程指令的格式，解释其各参数的含义，要求学生对这些内容进行思考、理解、掌握。但学生如果对其中的某个知识点不理解，就容易产生畏难情绪，丧失了学习兴趣，甚至开始抵触这门课程。面对这种状况，可以在教学的过程中充分利用仿真软件，把文字描述变成动态的图像，化抽象为形象，增强真实感，符合这个年龄段学生的认知规律，激发学生的学习兴趣。

以FANUC系统的外径粗车复合循环指令G71的教学为例：如果采用板书的方式讲解G71指令，因为无法实时动态地展示加工过程中刀具的运动轨迹，多数学生对这种专业的讲解不能接受，无法想象刀具如何分层切削，何为背吃刀量Δd，何为退刀量Δe等。此时，采用仿真软件进行辅助教学，可以精确地展示出刀具的走刀路线及坐标变化，便于学生理解指令的作用和各个参数的含义。这样，通过讲解与仿真软件运用相结合的方法，引导学生进行观察，帮助学生分析总结，让学生从感性认识提高到理性认识，从而更好地理解和掌握指令。

2.1.2掌握知识与发展智力相结合原则

教师利用数控仿真软件讲解各指令的实际应用，可以让学生清晰地观察到不同指令不同的走刀方式，进而引导学生思考在加工某个工件时有哪些不同方案？学生因为对指令有了直观认识，往往会分析出多种不同的解决方案，并在教师的指导下，对各种方案进行分析比较，进而引导学生从单纯的模仿向自主探究式学习转化。正是因为运用了仿真软件进行辅助教学，使各种方案的比较变得方便快捷，激发了学生的学习潜能和探索意识，拓宽学生的思路，提高学生解决问题的能力。

2.1.3因材施教原则

学生掌握知识的能力是存在差异的。在传统的教学中，教师受条件限制，无法及时准确了解学生之间的差异。应用仿真软件，可以及时发现学生在数控编程中存在的问题，使教师能够及时了解学生情况，并利用多媒体网络系统，针对不同学生存在的不同问题，进行个别辅导；同时还可以针对不同层次的学生提出不同程度的要求，让每个学生都学有所成，调动学习主动性和积极性，真正做到因材施教。

2.2 有利于区分指令，加深理解

数控编程指令的区分包括：一类是不同数控系统（比如FANUC、华中、西门子等系统）相同功能指令之间的区分，这些指令的区分主要是格式上的不同，掌握起来相对容易；另一类是同一数控系统内不同指令的区分，这些指令虽有一定的相似性却又不同。比如FANUC系统的G71、G73两个复合循环指令，这两个指令都是外径粗车循环指令，在格式上很相似，但由于走刀路线不同，相应的应用场合也有所区别。G71的走刀路线是矩形式分层切削，只有最后一刀才是沿着零件的轮廓走刀加工，常用于加工尺寸单调变化的工件，如果用来加工带内凹或外凸的工件，会造成该部分最后一刀切削深度过大；G73的走刀路径是始终沿着零件的轮廓慢慢逼近，可用于加工各种工件，但对某些工件则显得效率太低。学生在G71和G73指令的应用场合上往往容易混淆。通过数控仿真软件，就可以清楚地观察两个指令不同的走刀方式，从而便于学生区分两个指令，加深学生对指令的理解。

2.3 有利于激发学生求成欲和互助欲，提高教学效率

在编程过程中,学生可以应用仿真软件实时检测指令的应用是否正确，编的程序是否可行，并自行修改或与其他同学讨论后修改，从而使学生体验到努力后获得成功的喜悦，实现自我价值。例如，学生在应用G71编程时往往会错定循环起点（学生如果没有毛坯的概念，只是把循环起点定义在图纸工件外一点，而不是待加工毛坯外一点，定义出来的循环起点常常落在毛坯上），从而导致加工时首刀切削深度太大而无法加工。而如果应用仿真软件检测程序的可行性，学生就会发现所编程序存在的错误，从而进行思考或与他人展开讨论，想方设法改正错误，力争仿真加工成功。这样，学生的成功欲得到满足，互助欲又被激发出来，使学生对这门课产生浓厚的学习兴趣。

此外，在学生编的程序中存在各种各样的错误，而程序是不允许有错误的。但是，教师要全部检查出这些错误，不仅需要耗费大量的时间和精力，而且难免挂一漏万。针对这种状况，借助数控加工仿真软件，模拟加工学生编的程序，可以直接反馈出程序中的各种错误，学生能够根据系统的提示，自行改正多数的错误，教师只起到引导的作用。这既节约了大量的时间，也提高了教学效率。

2.4 有利于降低教学成本，保证良好的教学效果

数控编程是一门实践性很强的学科，需要学生通过实践操作加深对理论知识的理解。由于种种原因，绝大多数的学校都无法配备足够的数控机床供学生实习，即使个别学校拥有足够的数控机床，学生在实习的过程中经常会消耗大量的刀具、材料，甚至损坏机床，以致于教学成本太高。有了数控仿真软件以后，不仅可以减少设备的投入，还能保证良好的教学效果。

3 教学的实施

教学有法，但无定法，贵在得法。在实施教学的过程中，应采用多样化的教学方法，增强课堂教学的形象性，扫清学生认知上的思维障碍，以激发学生的求知欲望和学习兴趣。基于以上认识，笔者在使用仿真软件辅助教学时，采用讲解、演示、观察、练习、点评相结合的方法，由简入繁、循序渐进地引导学生突破难点、掌握重点。

首先，要精讲。对指令的格式、参数、作用进行讲解，并借助仿真软件演示重点指令的运行，引导学生注意观察比较加工路线、坐标变化及机床动作，让学生对重点指令有直观的认识，帮助学生掌握指令的重要之处。这不仅充分发挥了直观教学的积极作用，而且可以为学生提供更多的练习时间。

其次，要精练。在系统学习指令后，选择一些富有针对性、典型性、阶梯性的练习题，让学生思考、分析，并编写程序，再将程序输入仿真软件中，进行仿真加工。在这个过程中，要以学生练习、研讨为主，老师指导为辅，让学生通过练习更好地掌握相关指令，并培养学生分析问题、解决问题的能力。

最后，要点评。对学生在练习过程中出现的共性问题，通过软件的广播功能，统一进行讲解、演示，排除学生理解的误区。此外，还可以选取一些学生编的典型程序，在课堂上予以演示，让学生分析出其中的优缺点，并进行点评。在点评过程中，以激励性的语言评价较为出色的程序，用发展性语言评价程序中的不足之处。这样不但调动了不同层次学生的学习积极性，而且树立了学生的自信心，达到巩固知识，深化知识应用的目的。

总之，在数控编程的教学中充分利用数控仿真软件，不仅可以丰富教学手段，还可以激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，培养学生的独立思考能力和创新意识，有效地提高了教学效率和教学质量。

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