浅淡数控加工仿真技术在中等职业学校教学中的应用

周自斌

河南省工业学校（450011）

随着我国职业教育大力发展，以及数控加工技术在机械制造业中的广泛应用，大批数控机床操作人员的专业培训成为迫切而又难以解决的问题。要求职业学校提供充足的资金来保障实习工位和消耗材料，然而实习消耗过大，一直是困扰学校实习教学的主要因素之一，为此，许多职校想出了多种办法来降低实习消耗，比如高消耗性实习课题不开或尽量少开、或者减少学生实习时间和实习工位,或者在材料的重复利用上做文章，或者尽可能把学生实习内容与某个企业生产结合在一起，这些方法都益弊相兼。近年来，随着数控仿真技术的日益提高和计算机在职校教学的普及，把数控仿真技术引入职校实习教学，不但可以进一步提高和完善实习教学,而且做为节能降耗的另一种新手段已成为可能。

1 数控加工仿真系统

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，它是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训的仿真软件。利用计算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅可以迅速提高被培训人员的理论、操作水平，而且非常安全，可靠好，培训费用低。

目前职业学校普遍将计算机仿真运用于数控操作人才培训的教学之中，也出现了各种数控加工仿真教学系统，如上海宇龙、南京宇航、广州数控、武汉金银花等不同的数控加工仿真软件。上述这些教学系统既能单机系统独立运行，又能实现在线运行。独立运行即机床模型方式，其培训设施只需一台微机，数控机床的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型通过三维动画演示。实践证明，用这种方式进行初步培训是非常经济有效的。在线运行即机床工作方式，在这种方式下，教学系统将与实际机床连接，由硬件实现零件切削过程，这时除了操作者是用仿真面板操作外，其它则与实际机床的真实情况一样。即利用计算机和其他的专用硬件、软件去产生一种真实场景的仿真,操作者可以通过与仿真场景的交互，来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此，采取这种方法能进一步提高操作者的实际操作技能。

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个重要的执行单元。它不仅在数控加工过程中为产品设计提供了可制造性的分析，而且在数控系统的学习和培训中，为被培训人员提供了完善的学习方法和学习环境。数控仿真系统完全模拟真实零件的加工过程，可以检验各种数控指令是否正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全。

2 数控仿真系统功能及在教学中的应用

虚拟数控机床实际上是虚拟环境中数控机床的模型。与真实机床相比，虚拟数控机床具有以下的功能和特点:

虚拟数控机床具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失，并与真实机床有完全相同的界面风格和对应功能，如动态旋转、缩放、移动等功能的实时交互操作，从而为学员的学习和培训提供保证。

机床操作全过程仿真。仿真机床操作的整个过程:毛坯定义，工件装夹，压板安装，基准对刀，安装刀具，机床手动操作。

丰富多样的刀具库。系统采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库，含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀，同时还支持用户自定义刀具及相关特性参数。

全面的碰撞检测。手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀炳刀具与夹具、压板、刀具，机床行程越界，主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。出错时会有报警或提示，从而防止了误操作的发生。

强大的测量功能。可实现基于刀具切削参数零件粗糙度的测量，能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。

具有完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种运行参数，并能将其他CAD／CAM软件，如UG、Pro/E、Mastercam等产生的三维设计后置处理的NC程序，直接调入加工。

实用灵活的考试系统。可用于远程网络学习、作业、考试等功能，并实现答卷保存、自动评分、成绩查询和分析等功能，轻松实现无纸化的考核与测评。

虚拟数控机床强大的网络功能，可实现远程教育。不仅在局域网上具有双向互动的教学功能，还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能，数据传送可以采用卫星、宽带（ADSL,ISDN,有线CABLE等）或窄带互联网（56K Modem）等方式进行。这使得远程教学成为名副其实，它代表未来教育的发展方向。

3 引入仿真教学后的注意事项

仿真教学，做为一种新的教学模式，可给实习教学带来许多变改和效益，但必须指出的是，仿真实习毕竟不是真正的实际对象的操作，本身有不可替代的局限性。必须注意，采用虚拟数控仿真实习后，可缩短但决不能完全抛开真实的实习过程。这表现在以下几个方面:1）是无论采用物理仿真还是计算机仿真，其原理只是逼近，而不是等同于客观过程。2）是由于数控仿真软件的在中职教学领域的发展还处于初步阶段,仿真水平还有待进一步提高。3）是部分数控内容仿真难度大，仿真过程难以达到实习训练要求。所以，职校引入数控仿真实习，应做为节能降耗的手段，在一定范围内进行。无论采用虚拟数控仿真辅助实习时间多长，都要给学生安排必须的实际操作实习时间，一方面让学生掌握实际操作，另一方面也是对虚拟数控仿真实习的检验和提高。同时，虚拟数控仿真实习对学生所生成的安全观念淡簿的影响，只有通过实际操作才能加以纠正。

4 结语

鉴于虚拟数控机床具备如此出众的功能，针对目前各中职学校的数控教学课程和参加数控实习学生人数不断增加的现实,以及数控机床精密、昂贵的特点,把数控加工仿真系统软件引入到教学之中，使之用于数控机床编程与操作培训，无疑是个明智之举。这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。同时由于其成本较低，可以大量地配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题，使每位学员都能有足够多的实践机会，因此能够让学生更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法。其更大的好处还在于，在实现了同样培训效果的情况下,将加工出错率及事故发生率降低到了最低程度。