数控仿真软件在数控机床教学中的应用

丁常汶

（江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000）

随着数控加工技术在机械制造业的广泛应用，对数控相关技术人员的需求增大和要求提高。为此，各院校的机械类专业都开设了“数控机床与加工”相关课程以契合市场需求，与此同时，昂贵的教学用数控设备及资金短缺的矛盾也凸显。因此，须探索出一套既符合本校教学现状，又能满足数控专业教学要求的模式。经教学实践发现：将数控加工仿真软件运用于实际教学，既能有效缓解教学实训需投入大量资金购置设备的矛盾，又能利用感观激发学生的主动意识和自觉意识，是一种有效的教学途径。

1 仿真软件原理及软件类型

数控仿真软件是在虚拟现实技术与计算机技术相结合的基础上建立起来的，是一种利用计算机编程及建模，用二维或三维图形将加工过程以动态形式演示出来的软件。简而言之，就是通过计算机技术，对现实的运动过程进行模拟及声像演示。利用该软件，操作者可以如临其境地查看生产、实验、施工等过程，从而确认系统的性能或发现运动过程的缺陷。数控加工过程涉及多种不同类型的软件，根据其使用范围，可分为仿真软件及一体化软件等。

（1）模拟实际机床加工环境及工作状态的虚拟机床仿真软件。该类软件可以模拟真实的场景，实现操作者和仿真场景的交互，使操作者体验到真实的机床操作的感觉。这类软件以实用为出发点，较典型的例子如南京航宇自动化技术研究所、广州超软公司、武汉金银花公司等开发的数控仿真系统，其仿真流程如图1所示。

图1 仿真流程图

（2）以零件设计和加工程序为主的CAD/CAM一体化软件。这一类软件可以利用计算机完成零件加工前期的编程、设计等过程，使数控更佳精准、规范。如丹麦CIMCO公司的CImcoSoftwareSulte、SolidWorks等，该仿真流程如图2所示。数控仿真系统有着全面的仿真功能、完善的图形和标准数据接口；而且能与多种计算机操作系统兼容，对设备的配置要求较低；能大大节省教学设备投资，有效避免资源浪费。

图2 仿真流程图

2 仿真软件在数控机床教学中的应用

（1）激发学生学习数控机床的积极性。数控理论相对来说比较复杂、枯燥，加之课程实践机会少、学习难度大，学生对该门学科缺乏一定的学习主动性。因此，利用先进的教学理念和教学手段来激发学生的参与热情显得尤为重要。数控机床课程要求理论与实践的高度结合，采用传统的教学方法对编程指令进行按部就班地讲解，学生只能接收到一些抽象、空泛、枯燥的计算机语言，而无法理解指令的真正内涵及实际应用情况。数控仿真软件具有和实际机床相同的用户界面和可操作性，利用仿真软件进行辅助教学，直观地向学生展示编程指令的实际加工过程，使学生能够更具象、更真实地了解数控机床的各个运动过程，轻松掌握机床的操作方法，从而激发学生的学习积极性，挖掘学生的内在潜力，培养学生刻苦钻研、勇于创新的精神。

（2）实现“教——学——练”一体式教学。运用数控仿真软件，可以实现“教——学——练”三位一体化的教学，如对刀过程，实际操作起来没有太大的难度，若采用传统的教学方法，仅纸上谈兵，就会使学生陷入僵硬、呆板的理论学习怪圈。但结合仿真软件的演示过程教学，通过对车刀及其他工件进行分步讲解与操作演示，学生就能通过教师的理论讲解和软件的实际操作来加深认识，理论与实践教学相互渗透，实现两者的同步教学。另外，在进行数控机床教学的过程中，教师可以充分利用仿真系统的示教功能对程序的编制过程进行详细的介绍，并通过虚拟的仿真系统显示加工路线及其过程。或者，利用测量功能检测所加工零件的尺度、粗糙程度是否达标。然后教师通过发送相关的编程实例，让每一位学生在该系统中进行程序的编制、录入、校验及加工，以此来锻炼学生的实际操作能力。对此，教师可以根据学生的学习情况设计操作过程中可能发生的各种事故、故障、缺陷等，让学生在发现问题、处理问题的过程中全面掌握加工技巧和方法。例如，在进行直线插补指令G01和快速插补指令G00的应用与区别时，可以在运行的第一个G01后面通过F的添加与否，让学生感受到切削进给与快速插补所带来的不同表现与影响，从而让学生在有限的时间内掌握更多的数控机床的操作方法，提高学生对不同数控机床的适应能力。

（3）提高数控机床课程的教学效率。传统的教学活动中，教师往往要花费较大的精力来批阅学生的作业，而数控编程具有较大的灵活性，使得每位学生编写的程序都存在一定的差异。如某学生用固定循环指令编程，而另一位学生则采用子程序编程，这样所产生的工艺路线也随之变化。如果采用传统的批阅式逐篇查阅，并不能保证每个课题都考查到；若未按时阅完学生的作业，还有可能影响后续的教学活动。在这种情况下，引入数控仿真软件，教师可以直接查看由学生编程导出的刀具轨迹和加工过程，并据此判定学生编程是否存在问题，或者通过图形反映出加工工件的最终形状，判定工件是否合格。这便有效减轻了教师的教学工作量，能保证各类课题进行全面的考核，也有利于后续教学任务的开展，提高了教学效率。

3 运用于教学的优势及注意事项

（1）仿真操作在数控机床教学中的优势。将数控仿真软件运用于数控机床教学，充分利用网络系统为学生搭建交流平台，创设数控实习环境，不仅为师生提供了良好、安全的交互空间，还使传统教学中只能在数控实验室或实习工厂进行的教学演示功能得以实现，使教学过程变得更加灵活、方便、直观、有说服力。数控仿真软件不仅可以提高学生学习的积极性，还能促进“教——学——练”的有机结合，提高教学效率。

（2）应将仿真操作与实际训练相结合。将数控仿真软件运用于数控机床教学具有重大现实意义。但是，数控仿真软件毕竟是模拟操作，纵然已取得了较大的发展，但与真实的加床加工过程还存在一定的差距。因此，在进行数控机床的教学时，教师需要对数控仿真软件进行灵活、科学、合理的运用，并将仿真操作与实际训练相结合，以实现最佳的教学效果。