数控加工技术三维仿真平台的建设

兰松云+许毅+蒙俊健

【摘 要】本文以广西机电工业学校为例，探索建设数控加工技術三维仿真平台，提出基于“统一规划、虚实结合，理、虚、实贯通”的理念建设数控加工技术三维仿真平台，并从教材建设、“理、虚、实”一体化教学模式构建、三维仿真实训室开放、数字化实训车间建设等方面探索数控加工技术三维仿真平台的应用。

【关键词】数控加工技术 三维仿真平台建设 实践教学

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）04B-0029-02

教育部颁布的《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出，加快职业教育信息化建设，建设仿真实训基地等信息化教学设施，加强实践教学，创新仿真实训资源应用模式，提高使用效益。随着计算机技术、仿真技术的不断提高，以及计算机仿真的硬件与软件成本的逐渐降低，三维虚拟仿真实训在中职教育中得到广泛的应用，已成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的有效手段。

数控技术应用专业是广西示范特色专业和学校重点建设专业，在专业建设过程中，校企合作开发三维虚拟仿真软件，利用三维虚拟仿真技术，建设虚拟仿真实训室、数字化车间和数控加工技术三维仿真平台，根据“统一规划、虚实结合”的实训基地建设思路，把虚拟仿真实训与实训基地建设有机结合起来，加强了专业实训基地建设，完善了专业实践教学体系，为教学方法和教学模式改革提供了支撑，全方位培养了学生数控机床的实际操作能力和专业能力，为社会培养了全面熟练掌握数控加工技术的应用型技能人才，在数控加工技术三维仿真平台的建设上探索出一条可行之路。

一、数控加工技术三维仿真平台的建设思路

数控技术应用专业人才培养目标是培养熟练掌握零件数控编程与加工技能，能运用 CAD/CAM 软件，从事数控机床操作、数控加工工艺和程序编制、常规机械加工等工作的高素质技能型专门人才。具有实践性强、对学生空间思维三维想象及手脑并用的能力培养要求较高的专业特点。广西机电工业学校数控加工技术三维仿真平台的建设以专业人才培养目标为基本出发点，以提高学生工作能力和创新精神为宗旨，以实训操作难以完成或存在安全问题的工作任务为建设重点，明确三维仿真软件开发的定位，确立了“统一规划、虚实结合，理、虚、实贯通”的建设理念。以“理”来加强专业理论知识学习和对实践活动的指导，以“虚”来强化理论知识应用与专业操作能力的培养，以“实”来提高学生实际动手能力和产品加工能力，注重学生基础性实践技能和专业综合能力的培养。

二、数控加工技术三维仿真平台的构建

广西机电工业学校数控技术应用专业主要就业的岗位群是数控机床操作工、数控编程工艺员和普通机床操作工，根据就业的职业岗位和主要工作任务要求，围绕职业核心能力和数控车操作工、数控铣操作工、加工中心操作工的职业资格需要，结合广西机电工业学校数控技术应用实训基地现有的设备，校企合作构建了具有加工程序校验、碰撞检查、工件过切检查、程序优化功能的数控加工技术三维仿真平台，如图 1 所示。

1.基于斯沃数控仿真系统建设的数控车三维仿真实训室。基于斯沃数控仿真系统建设数控车三维仿真实训室，主要功能是查看学生所编程序的轨迹路线、校验数控宏程序，可以模拟加工的过程和对仿真零件进行测量，检查零件几何结构的尺寸是否正确。

2.基于 SOLIDCAM&SOLIDWORKS 平台开发三维数字化样机仿真教学系统。配套车削中心、数控四轴加工中心等真实设备和数控系统，开发基于 SOLIDCAM&SOLIDWORKS 平台三维数字化样机仿真教学系统，对计算机自动生成的加工程序进行仿真模拟加工。其主要功能是预防运动部件与工件发生碰撞等，避免对机床伤害的动作，检查过切造成零件报废、检查切削工艺和效果。对学生掌握复杂的车铣复合、多轴联动加工很有帮助，在仿真平台上通过校验的加工程序，传输到机床进行真实加工能确保安全运行，避免对贵重设备造成碰撞损坏，实现安全作业。

3.基于 VERICUT 平台的三维数字化样机仿真教学系统。基于 VERICUT 平台，配套车削中心，数控三轴、四轴、五轴加工中心等真实设备和数控系统开发三维数字化样机仿真教学系统，对自动、手工、宏程进行工业级仿真校验、程序优化，其主要功能是可以将加工程序运行之后得到的三维数据与零件设计与理想三维数据原型进行比对，发现产生过切的刀具路径或残余材料区域；可以对自动、手工所编制的加工程序进行优化，提高机床设备运行的平稳性，延长刀具的使用寿命。针对参加技能竞赛的选手进行培训，提高竞赛成绩。

三、数控加工技术三维仿真平台的应用

1.建设与三维仿真平台配套使用的教材。教材是课程内容的重要载体，其内容的选择与编排直接影响到教师教学活动的组织，决定着教学的质量和效果。研究利用仿真技术与教学内容整合、呈现方式，开发与仿真软件使用配套的教材，是开展有效的仿真教学活动的基础。根据开发的数控加工技术三维仿真平台，组织教师编写《数控车编程与实训教程》《数控车加工技术》《数控铣编程与实训教程》《数控铣加工技术》《CAD/CAM应用技术》理实一体化教材，其中《数控铣编程与实训教程》《数控车编程与实训教程》已由电子工业出版社出版，并在全国发行；《数控铣加工技术》《数控车加工技术》《CAD/CAM应用技术》已由科学出版社出版，并在全国发行。

2.构建基于产品生产过程为导向的“理、虚、实”一体化教学模式。数控加工技术三维仿真平台的建设是对数控技术应用专业实训基地功能的延伸和有效补充，它可以弥补专业实训车间的不足，可以丰富专业实践教学的内容，带动专业实践教学模式的创新。虚拟仿真软件还可以辅助专业理论教学，使理论教学中抽象的、难以理解的内容通过虚拟仿真的形式展现出来，易于学生的理解与掌握，可激发学生学习兴趣，提高学习质量，使之成为理论学习的重要辅助手段。

在数控技术应用专业教学中，利用数控加工技术三维仿真平台中的机械制图模型库、机械基础仿真模型库、机床夹具模型库等数字化教学资源和三维虚拟仿真实训室，实施基于产品生产过程为导向的“理、虚、实”一体化教学模式。在教学组织形式上，突破传统的教室授课方式，形成以教室—机房—车间多个场所组合，实现数控编程、数控仿真、CAD/CAM 应用和数控实训的理、虚、实一体化教学，构建了“2+2+6”（2节理论+2节仿真+6节机床操作）三位一体教学模式。针对数控实习过程中合并CAD/CAM 应用的内容，使 CAD/CAM 课程与数控机床操作实习一同进行，实习过程中学生看到自己设计出来的数字模型变成了真实可用的工艺品，提高了学生对 CAD/CAM 软件学习兴趣，进而提高了 CAD/CAM 软件应用的教学效果和人才培养质量。

3.开放数控加工技术三维仿真实训室。在专业科的指导和教师的协助下，由学生组织有共同兴趣爱好的同学创建专业社团——“CAD爱好者协会”，协会成员覆盖数控、模具、机修、机电、计算机等专业，会员达 60 多人，制定《CAD爱好者协会章程》，由专业教师根据学生的需求定期授课，社团利用课余时间定期开展二维CAD、三维CAD、三维创意设计比赛等活动，数控加工技术三维仿真实训室对专业社团开放，由社团成员对数控加工技术三维仿真实训室进行管理，使爱好者CAD/CAM 应用能力得到提高，丰富学生課余文化生活，充实专业建设内涵。

4.建设数控加工技术数字化实训车间。为整合现有硬件和软件资源，使两者有机结合，实现教学资源优化配置与利用，在充分利用校园网的基础上，对数控加工技术实训车间实施数字化建设。在数控加工技术数字化实训车间建设中，教学场所网络化、媒体化，在教室、机房、车间等教学场所安装媒体播放设备，布设网络接口，实现资源的共享与联通，随时可以调用数控加工技术三维仿真平台的教学资源。

四、数控加工技术三维仿真平台建设成果

1.增强学生职业综合能力，提高人才培养质量。在数控技术应用专业人才培养中，学校依托虚实结合的数控技术应用专业实训基地，开展基于产品生产过程为导向的“理、虚、实”一体化教学模式改革与创新，通过在虚拟环境和实际生产环境中进行综合性的技术训练，让学生在实践过程中发现问题、分析问题并解决问题，使所学的理论知识得到验证和综合应用，增强学生职业综合能力，提高人才培养质量。近三年，毕业生的双证率达 98%，部分学生考取了两个职业资格证，学生就业率每年保持 100%，深受用人单位的欢迎。

2.教学与竞赛相结合，学生技能比赛成绩突出。通过数控加工技术三维仿真平台的建设，使广西机电工业学校的数控技术应用专业校内外实训基地建设逐步完善，突出了实践教学，激发了学生的学习兴趣，学生的数控技术技能水平、创新能力显著提高，学生技能比赛成绩突出。在近三年的全国职业院校数控技能大赛、广西职业院校数控技能大赛等技能比赛中，学生获得国家级学生组三等奖 1 个，自治区级学生组一等奖 7 个、二等奖 8 个、三等奖 8 个。在第七届广西数控大赛中获得广西数控大赛师生组合第二名。

3.依托专业优势，提高社会服务能力。依托良好的虚实结合专业实训基地教学条件，积极开展对外培训，为广西各职业院校专业教师、实训指导教师、企业相关工作技术人员等开展ArtCAM、CAD、DELCAM 等系列软件培训。依托实训车间，多次承办南宁市数控技能大赛，并对外开展职业技能鉴定。

【参考文献】

[1]李继芳，谢火木，等.机电类专业虚拟仿真实验教学中心建设[J].中国教育教术装备，2016（10）

[2]张 莹，张 兴.以虚拟仿真资源为抓手，打造湖铁特色教学资源平台[J].中国教育信息化，2012（13）

（责编 江月阳）