计算机数控加工仿真系统在数控技术实践教学中的运用

秦金祥

摘要：伴随计算机应用技术的蓬勃发展，计算机数控加工仿真系统得到了不断的完善，并在数控技术教学实践中发挥难以替代的功能和作用。由于数控仿真系统拥有实用、经济、安全等特征，能够有效地减少对材料、场地及设备的消耗，从而帮助教师从繁重的事务性工作中解脱出来，集中力量和时间帮助学生观察、分析及破解现实问题，本文结合数控加工系统的应用内涵，探析数控加工仿真系统的应用价值及原理，提出相应的应用策略。

关键词：计算机数控加工;仿真系统;数控技术实践教学

中图分类号： G424        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）09-0142-02

技能在现代教育中拥有着至关重要的功能和作用，能够帮助教师明确学生培养和课程教学的目标，调整教学结构和教学理念。而在数控仿真系统得以成熟和发展的背景下，以技能培养为核心的数控技术教学实践活动越来越受到社会各界及专业教师的重视。数控仿真系统是结合学校教学和机床加工经验所研发的机床控制仿真软件，能够使学生在专业学习的过程中，更好地了解机床加工的要求，从而明确自身的学习方向和改进路径，提升数控技术教学的质量和效率。

1 计算机数控仿真系统的应用内涵

数控仿真系统主要指通过计算机系统模型进行实践探究、分析及问题解决的过程，能够帮助学生在分析动态对象的过程中，降低风险，减少机床制造和设计周期，节约教学投资成本，提高教学资源的利用率。简而言之，数控仿真系统是在模拟实际制造或加工的过程中，验证加工程序准确性和明确切削“可靠性”的工具，通常以减少加工工件的“试切”頻率，来提升实践质量和节约教学成本的。现阶段，该系统已经在我国各大院校中，得到了有效的推广和发展，能够为教师开展各类教学实践活动，奠定基础。使每个学生能够对数控加工形成直观地、感性地认识，能够通过反复操作，解决因设备昂贵或操作安全所形成的“一人一机”的教学问题。而在应用过程中，数控机床能够将计算机信息技术与仿真模拟软件有机地融合起来，通过模型仿真的方式，使教师在专业教学中所传授的理论知识或实践知识得到验证，让学生在实践过程中，对复杂而抽象的知识体系有更深入、更有效、更确切的认识和理解。

2 数控仿真系统的应用价值及原理

2.1 数控仿真系统的价值

数控机床所加工的零件是通过数控程序和指令来完成的，工作人员为确保程序的可靠性和准确性，避免零件加工中出现“碰撞”和“干涉”等问题，通常是通过“试切”的方式来进行检验的。然而这种检验方法代价昂贵、费工费料，生产成本难以得到有效的控制，进而延长了生产周期和加工时间。而在现代技术得到快速发展的过程中，轨迹显示法逐渐成为零件加工的主要检测方法。通常来讲，该方法能够以笔或划针来代替传统工具，以纸张或着色笔来代替加工工件，进而模拟刀具的运行轨迹，实现对加工程序的可靠性检验。但该方法存在明显的局限性，难以对工件进行多维或三维加工，无法切实地提升零件加工的效益。而在此阶段，我国部分工厂也有用塑料、木料及石蜡等材料来替代传统工件，以此检验切削轨迹，不过该方法依旧存在着明显的弊端。无法真正解决数控机床在零件加工中所存在的问题。因此在计算机信息技术得到快速发展的背景下，计算机仿真逐渐成为替代传统试切方法的有效方案，能够通过图形显示、仿真计算机环境模拟的方式，获得较为准确的、多维的零件加工轨迹图，提升数控机床加工的质量和效率。

2.2 数控仿真系统的原理

在实际的应用中，操作者需要打开仿真系统界面，选择机床信号，并在菜单来中明确相应的控制面板和视图区功能。根据仿真系统的呈现形式，可将其划分为两大部分，首先是菜单区，菜单栏主要有教学管理、选项、工具、工艺流程、显示、文件等功能模块，以此帮助操作者更好地选择和应用“操作工具”。其次是视图操作。视图区能够将数控加工的过程及轨迹真实地呈现在操作者面前，使其对三维视图的工件、刀具、机床及加工状况，有宏观的了解。在具体操作中，需要操作者根据加工对象进行工艺设计和分析，根据相关格式编写NC程序，随后选择机床，安装刀具和工件，建立坐标，编辑语言，效验程序并进行自动加工。以此完成对数控机床零件加工的模拟和仿真，实现减少“试切”频率，降低成本，切实实现提升零件加工的可靠性、稳定性及有效性的目的。而由于数控机床的加工仿真是几何仿真，因此不用考虑工件切削的具体参数、力度及相关的影响因素，只需要操作者对加工试切的运行环境进行模拟和仿真，便能有效地减少因程序问题而出现的刀具折断、夹具破坏、机床损害等问题，提升机床加工的速度，减少加工成本。

3 数控仿真系统在实践教学中的应用策略

现阶段，数控仿真系统已成为我国职业资格考试的重要组成部分，成为检验从业者实践能力和专业能力的基本手段。因此，数控仿真系统在社会应用中的普遍性和重要性。而在教学领域，数控仿真系统能够有效地降低教学成本、缓解教师压力，提升实践教学的时效性和有效性，帮助学生更好地理解专业知识，提升实践操作能力，从而为高校完善教学体系，提升办学水平奠定了基础和条件。

3.1 依托仿真系统创新教学模式

由于仿真系统的功能界面能够切实地模拟数控机床的显示屏幕和控制面板，能够实现虚拟状况下，加工及制造零件的目标，帮助学生更好地熟悉和了解数控机床的作用机理，使学生通过模拟仿真操作，来实现运行真实设备的效果，进而提升实践教学的质量和效率，使学生在未来的岗位工作中，更快地适应工作环境和技术要求，使自己更快、更好、更有效地融入企业的生产加工的过程中。而由于数控技术实践教学是在仿真平台中得以实现的，因此能够帮助教师降低相应的设备投入和资金投入，提升学生实践能力的培养速度和质量，极大地减少能源和材料的消耗。而在实际的实践教学过程中，教师可通过移动智能设备，将仿真系统的操作规范、流程及注意事项以教学视频的方式分发给学生，使学生对相应的操作流程有更深入的认识和理解，随后在正式的实践教学过程中，教师则以学生的能力培养和技能训练为主，重点分析学生所存在的问题，并以课后总结的方式，指导学生进行相应的理论知识学习工作。而在这个过程中，教师也可开展项目驱动式教学，通过结合情景教学和项目教学的特征，帮助学生明确企业对操作人员的技术需求、岗位需求，更好地磨炼自身的实践能力和专业能力。此外，如果条件允许，学校可研发出适用于移动智能设备的仿真系统，完善并构建相应的在线教学模式，使实践教学成为在线或课后教学的基本内容。

3.2 构建完善的实践反馈体系

在数控技术实践教学中，学生可通过仿真软件直观而形象地观看零件加工过程，掌握数控机床的加工流程和操作步骤，进而实现间接检验和测量工件的目的。首先在操作系统上，学生可通过刀具安装、机床选择、力度确定等操作，模拟和观察工件加工及运动的过程。使教师更好地了解学生对仿真软件的应用情况，提升教学反馈的质量。其次，教师应根据仿真系统的报警信息或提示数据，帮助学生探寻故障原因，或者总结归纳学生在仿真操作中所存在的共性问题，随后结合故障原因及操作的规范性，调整教学内容、进度及方法，引导学生规范操作，提升实践教学的实效性。然而在这个过程，教师还需要制定相应的反馈系统、评价系统，引导学生将实践教学中所存在的问题，通过社交软件或其他软件传递给教师，继而帮助教师更好地分析技能训练、能力培养的效果。简而言之，教师应结合仿真系统的特征，制定相应的教学反馈系统，使仿真模拟数据或预警提示成为教师考察或评价学生的关键和抓手，进而更好地深化仿真系统在实践教学中的作用，提升数控技术的实践教学质量，推动学生的全面发展。除此之外，教师应结合数控仿真系统中的报错数据，将学生所存在的问题制作数据表格，以此方便学生查看学习不同阶段，自己所存在的問题，使教师更好地了解学生的实践质量，调整课程进度，进而根据学生所普遍存在的问题，制定相应的针对训练。

3.3 构建全新的教学评价体系

数控技术实践教学评价不应局限在理论知识考核及基础设备操作的层面上，应结合行为导向教学理念，将学生的实践能力、探索能力及思维能力作为主要评价内容，形成以学生实践操作能力为核心的全新评价体系。然而在这个过程中，教师如何正确地评价和考核学生的实践能力、如何衡量学生理论联系实际的能力。则需要教师根据专业教学的重点或难点，合理规划实践教学考核体系，使实践模拟能够充分反映或巩固专业理论知识，进而让学生在实践过程中，更好地应用专业知识，解决实际问题。譬如，教师在考核或评价的过程中，可要求学生通过仿真系统加工并制作“特殊工件”，将机械加工企业在日常生产中所遇到的技术难题，通过仿真系统呈现给学生，以此考察学生的实践能力和理论应用能力。除此之外，也可通过改变评价形式，将个体评价转变为小组评价，通过分发实践任务的方式，来考察学生的合作交流能力、问题探究能力及知识应用能力。在这个过程中，教师需要引导学生以理论应用、实践模拟等方式，逐渐完成特定的学习任务，并采用学生互评的方式，评价学生在小组合作中的配合能力，交际能力，合作能力及小组长的管理能力等。如果条件允许，教师也可要求学生对教师的教学内容、方法及模式进行评价。

3.4 构建科学合理的保障体系

实践教学是数控技术教学的核心和关键，然而实践教学与课堂教学存在着紧密的内在联系，学生在仿真模拟的过程中所遇到的问题，主要是理论知识，实践操作类问题教师能够通过一定时间的讲解和阐释，帮助学生更好、更快、更有效地掌握仿真系统的各项功能和操作步骤。然而理论知识类问题，却难以得到切实的解决，究其原因在于实践教师和理论教师缺乏相应的协作交流。因此在具体的教学活动中，教师应通过构建教学资源数据库的方式，帮助学生查找并应用理论知识或者构建线上交流平台，允许学生及时咨询专业教师。但为更好地提升实践教学的质量和效率，此外，学校应加强双师型教师的培养力度，使实践教师掌握丰富的社会经验和专业知识。在这个过程中，学校可邀请企业专业参与到实践教学中，指导教师开展实践教学活动，回答教师的专业问题，丰富教师的实践知识。或者委派教师到企业中，从企业工作中，慢慢磨炼并提升自身的专业技能和实践经验。继而为保障并提升数控技术实践教学质量，奠定基础，提供条件。

4 结语

数控仿真系统拥有价格低廉、操作便捷、可控性强等优势，能够帮助数控技术实践教学活动降低加工成本，提升实践质量，使学生更好、更充分地投入到实践教学的过程中，继而发挥实践教学的优势，培养学生的实践能力和专业能力，使学生更切合社会经济的发展需求，推动我国社会主义现代化建设的进程。

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