数控仿真在一体化数控教学应用中的优势与不足

李彤辉

摘要：如今数控加工仿真系统软件在职业院校中广泛应用，对数控专业的实际教学既有有利的一面，也有一定的不足之处。

关键词：数控仿真软件；数控教学；一体化

无论是普通学历教育，还是职业教育，都在积极探索、实施理论与实践紧密结合的一体化教学，尤其是职业教育，受其自身的性质、特征和培养目标的牵制，势在必行的展开教学改革。我校购买并使用了数控仿真软件来进行教学的同时，摸索出将理论学习、模拟仿真、实训操作相结合的一体化教学模式。

一、一体化的数控教学模式

所谓一体化教学，简单地说就是为了使理论与实践更好的衔接，将理论教学与实习教学在单元教学时间里融为一体。其内涵主要是打破传统的学科体系和教学模式，根据职业教育培养目标的要求来重新整合教学资源，体现能力本位的特点，从而逐步实现了从以教师为中心如何“教给”学生，向以学生为中心如何“教会”学生转变；从以教材为中心向以教学大纲和培养目标为中心转变；从以课堂为中心向以实验室、实习车间为中心转变[1]。

“工作过程学习化，学习过程工作化。”一体化教学中的行动导向六步法，让学生主动的完成学习活动，教师只是指引者，实现教学到导学的转变；行动导向教学法提倡提问和反思，以促进学生更深入地分析问题，检验先前提出的假设，提出多种解决问题的方案。行动导向课程的强调：学生是学习的主体。其核心就是要学生在“做”中学、在探究中学、在合作中学。

结合一体化理念，针对虚拟数控仿真软件的特点运用虚拟数控仿真软件建构了一种适合职业数控专业课程课堂教学的探究型学习模式[2]，其模式如图1所示

如上圖所示，该模式运用虚拟仿真软件开展数控技术专业课程的项目探究教学，有利于实现理论与实践一体化教学。咨询、计划、决策的学习阶段在仿真机房使用仿真软件进行。如果用真实的机床，不但费时费料，还有可能造成安全事故。运用虚拟数控仿真软件来学习，不但省时省料，十分安全，还能有软件提示错误，解放了教师，学生自己就能知道自己的方案是否正确，不仅有利于探究型课堂的开展，也有利于学生实践能力的提高。

该模式在自主探究、小组合作、小组成果互评阶段以学生为中心，教师为引导者，促进学生和学习伙伴沟通，利用情景、合作、沟通反思等要素充分发挥学生的主动性、互动性和首创精神，最终达到学生知识意义构建和创新的目的。在教师解疑、教师点评阶段以教师为主导，教师是学生学习过程的指导者、解疑者、课堂主持人、意义建构的帮助者、促进者，教师处于中心地位，学生处于传递、接受的学习状态，学生在教师帮助下进行主动思考与探索，便于师生之间的情感交流，有利于系统的科学知识的传授。

二、数控仿真

数控仿真系统就是利用虚拟现实技术，模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机仿真系统，应用于数控加工操作技能培训，具有安全可靠、培训费用低的优点。数控仿真系统主要包括两个部分：数控机床几何仿真和切削过程的物理仿真。几何仿真：模拟实际机床的加工环境，不考虑切削参数、切削力等对切削加工的影响，只仿真刀具工件几何运动，检查是否存在碰撞、干涉，验证数控程序的正确性，避免因程序错误而导致的夹具刀具损坏、零件报废等。几何仿真包括硬件和软件两个部分。硬件仿真是指虚拟数控机床的几何建模，虚拟数控机床与真实机床具有相似的结构和完全相同的操作界面，能够模仿机床的任何功能。软件仿真主要是NC码控制器模块，它实现NC程序的编辑调试，通过加工仿真检验 NC代码，对加工中能出现的碰撞、干涉进行报警提示[3]。

以我校使用的上海宇龙数控仿真软件为例，虽然软件中显示的数控机床是模拟的机床实体，但对于机床的系统面板和操作面板及操作按键是依照真实的数控机床，对机床的操作也和真实的机床基本相同，它可以实现对数控车床、数控铣床和数控加工中心对加工零件全过程的仿真。其中包括毛坯定义和安装、夹具及刀具的定义与选用、零件基准测量和设置、数控程序录入和编辑、手动、自动等操作模式。该软件还拥有FANUC数控系统、华中数控系统、广州数控系统等多种数控系统，具有多系统、多机床、多零件的加工仿真模拟功能。

三、数控仿真在一体化数控教学应用中的优势与不足

首先，将仿真软件应用在数控专业实践教学中的优势：

仿真软件使数控专业的实践教学更具经济性、科学性和多样性，可为数控专业的学生提供多种型号的机床来进行实操练习。数控机床价格较贵、型号多样，数控系统的种类各有不同，更新也比较快。对于学校来说，把市场上所有型号的机床都买回去的是不现实的，而同一地区的不同学校，所用的机床型号也往往会不一样，这就有可能会使学生在学校所学的知识与就业后工厂里所用的知识脱节。数控仿真软件可弥补这一点，可达到一种软件多个系统的效果，解决学生实习机床型号单一的问题。

数控仿真软件实习无任何额外费用，无任何安全隐患。以我校使用的宇龙数控仿真软件为例，能够随意选取、更换毛坯，也可以选择特定形状的毛坯 在加工过程中利用软件模拟实际的切削过程，操作者观看软件界面模拟显示的机床和零件加工情况，不会感到抽象，只需点动鼠标和键盘进行数据的输入即可完成。在车间实际操作中会出现的撞车、装刀现象在仿真软件上会以报警的方式提醒操作者以避免损坏，软件中即使真地将工件损坏，也可以通过调用先前保存过的文件恢复到初始状态，学生可以放心大胆地通过仿真软件进行练习操作，以避免在实际加工中出现安全隐患。

数控仿真软件有利于提高学生的学习积极性。使用仿真软件，教师就可利用计算机多媒体进行教学，直观地向学生展示编程指令的实际应用，而且学生能够通过数控仿真软件亲自动手使用编程指令进行数控加工模拟训练，把所学的指令在仿真软件上进行练习模拟，及时发现自己的错误，改正模拟过程中出现的问题，教师可以在学生模拟练习的过程中进行巡回观察指导并学生解决疑难问题。这样使枯燥空洞的编程指令变得具体、形象，直接触发学生右脑参与思维活动，使学生的大脑保持足够高的兴奋度，利于学生更有效地学习数控编程和操作技能，增强学习的积极性。endprint

数控仿真软件可减少实训成本，合理评价，提高教学效果。数控机床品种多、价格高，实训如果都是机床的实际操作，会消耗很高的成本，仿真软件可以弥补这种不足，减少数控教学成本，避免实习中因为不熟悉数控系统的操作所带来的设备安全等问题，还能克服学生多，设备少的问题，实现实习活动多样化，并提高学生的编程能力和学习兴趣，在教学过程中还可以结合课堂内容进行相对合理、全面的教学评价[4]。

四、数控仿真软件在数控专业教学中的不足之处如下

数控仿真软件操作与实际操作存在差距。由于数控仿真技术起步比较晚，实际数控车床与数控仿真软件之间存在一定的差异。软件中程序工艺参数可随意设置，产品质量无法得到保障。通过计算机利用数控仿真软件进行数控编程和仿真模拟操作时，很容易忽视刀具、切削用量选择，以及零件的装夹等问题，数控仿真软件也没办法判断工件的矫正尺寸精度，表面粗糙度等。而且数控仿真软件是对数控加工过程的一个计算机模拟软件，是一种摸不着的虚拟模拟，并不是实际的加工过程，无法替代学生在实际数控加工时的真实感受。这会使学生养成轻率工作的坏习惯，忽视对刀具选择、切削用量、零件装夹等重要因素的考量，进而在实操练习时就会不自觉地忽略这些对数控实际加工非常重要的因素，从而就会导致实际加工出来的工件无法达到应有的精度要求，严重的还会发生碰撞等意外事故。

教学中过分依赖仿真软件教学，会使学生安全意识淡薄。在实际数控机床上加工时，学生必须严格按照安全操作规章制度进行数控加工，同时还必须具备一定的听音判断能力。以数控車为例，能够根据实际车床在不同情况下发出的不同声音来及时调整车床或程序参数，以便使车床停机或发生故障概率减少到最低。但在数控仿真中，就只是模拟加工指令的运行。同时实际车床操作的规程也被忽视，如在数控加工前机床安全防护门要关闭，在机床加工过程中不允许随意打开将头伸入，这些规定在数控仿真时很容易被忽略了，而对于在计算机上利用仿真软件练习时出现的撞刀等现象也不会引起重视。学生操作时的这些不良习惯如果养成，那就会在实际生产中造成重大失误。

数控仿真软件本身在使用中存在不足，容易让学生产生依赖计算机的心理。软件本身存在不足之处，自控能力较差的学生，长时间使用数控仿真软件教学，就会使学生产生懒惰习惯，依赖仿真模拟而不愿上实际数控机床操作，个别学生甚至还会趁机在计算机上做一些其他的事情。要结合实际情况，针对学情合理使用教学方法，尽量减少数控仿真软件在实际教学中的不利影响。

总之，将数控仿真软件应用到数控的实训教学中，通过教学方法弥补不足，充分发挥仿真软件在教学中经济、科学、多样并没有安全隐患的优势，让学生在初期学习中就能更快、更好地掌握专业技能，培养学生学会自学、独立解决实际问题等方面的能力，合理评价并引导学生，提高学生的学习积极性，提高教学效果。

参考文献

[1] 章登霞，陈刚，沙琳.OPenGL在数控加工仿真系统中的应用[J].山东理工大学学报（自然科学版），2007，21（l）：105-107

[2] 王启义，葛研军，施志辉，卢碧红.数控车虚拟加工环境全景仿真技术[J].先进制造技术，2001，30（1）：39-40

[3] 王彪，张兰主编.数控加工技术[M].北京：北京大学出版社，2006

[4] 徐晓昂.在数控技术专业中开展模块化教学的的研究[J].益阳职业技术学院学报，2009，（03）.endprint