数控仿真技术在职业教育中的发展与应用

摘 要：数控仿真软件的核心是虚拟数控机床，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，能为学生提供完善的学习方法和学习环境。数控仿真软件模拟零件的加工过程，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，它能在职业院校的数控技术教学方面发挥事半功倍的作用，大幅度提高教学效率和质量。

关键词：数控加工 仿真技术 软件 职业教育

数控加工技术是先进的制造技术，各国制造业普遍采用数控技术，以提高制造能力、适应市场力和竞争力。目前机械零件制造复杂程度日益提高，因此对数控程序正确性验证的需求越来越迫切，数控仿真系统利用计算机图形显示技术模拟实际加工过程，是验证数控加工程序正确性的有力工具之一。数控仿真技术，可以模拟机床加工环境及其工作状态，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。目前，国内已经出现了多种数控加工仿真软件，并且也运用于数控操作人员培训的教学之中。特别是现在的职业类和技工类学校是培养高素质职业工人的摇篮，利用计算机仿真软件来学习和培训数控技术，不仅可以迅速提高学生的理论、操作水平，而且安全、可靠，培训费用低。

一、数控仿真技术的研究状况

数控机床加工零件是靠数控程序控制完成的，为了防止加工过程中发生干涉或者碰撞，必须确保数控程序的正确性。在实际生产中，常采用试切的方法进行检验。但这种方法费工费料，同时增加了产品加工时间。后来又采用轨迹显示法，也有很大的局限性。为此，人们研究能代替试切的计算机仿真方法。现在，仿真技术已成为制造系统设计、分析和运行的重要工具，同时作为生产计划、作业调度和辅助决策工具也得到越来越广泛的应用。现在国内也开发了多种数控仿真软件为一线工人检验程序或者学习数控技术提供帮助，国内很多职业院校在对数控专业学生进行教学的时候也广泛采用数控仿真软件。

二、数控仿真软件与职业教育的结合

在传统职业教育的操作教学中，数控机床编程与操作的训练是在真实的机床上进行。但随着社会对数控人才需求的增加，学习数控技术的学生人数也大幅度增加，问题逐渐突显出来。第一，有限的机床数量无法保证每位学生有足够的上机操作时间；而且，数控机床是高科技产品，种类多、价格高，数控机床的操作训练如果完全靠数控机床进行实作训练，投入成本太高。第二，学生在真实机床上操作具有一定的危险性，特别是初学者，训练中的错误操作经常会导致设备的损坏，甚至引发人身伤害事故。因此，传统的机床操作训练方法效率低、教师工作量大、实习训练费用高，不能适应数控技术教学发展的要求。探索一种新的数控技术教学模式来取代传统的训练方式，成为必然趋势。数控加工仿真软件的出现，是解决这一问题的重要途径。

1、数控仿真软件在理论教学中的应用

教师在数控理论课教学使用仿真软件，可以让课堂教学变得生动、具体，教学效果明显提高。比如数控编程是理论性很强的课程，比较抽象，利用仿真软件讲授数控编程可以直观明了。学生上机则利用仿真软件解决程序校验以及不同系统不同机床的操作问题。 在数控专业理论课教学中，学生对部分知识难理解，利用软件进行教学可很好的解决问题。例如，建立工件坐标系较为抽象，学生对其理解较为困难。因此，该部分教学内容完成后，可以让学生在软件中进行建立工件坐标系练习就可以很好的解决这方面的问题。再比如，学生在学习毛坯和夹具安装的理论中，对毛坯和夹具安装比较抽象，而利用仿真软件可以使学生在较短的时间内掌握毛坯选择、安装和夹具的方法，为将来的实习加工打下基础。在学习的过程中，把抽象的理论转换为实际且具体的教学，增加了学生的学习兴趣，并使学生更好的掌握了数控的知识。因此数控仿真软件的应用不仅可以使枯燥无味，理论性非常强的理论课变的形象生动、趣味盎然，更能够大幅度提高理论课教学质量，降低教学成本。

2、数控仿真软件在实习教学中的应用

学生完成相关数控理论课学习后，掌握了数控加工的相关知识后，再进行实训来巩固理论知识。采用软件进行实训的教学与实践教学相互配合可提高教学效率。因为所有学生都可以进行独立操作，所以在这种情况下教师可逐个对学生进行操作指导，使教学质量得以保证。比如学生在数控加工实习时，认识数控机床面板并掌握面板上各按键的功能是进行加工的基础。要学习、掌握多机床类型及系统面板的知识需要多台数控机床、多套系统面板。仿真软件可代替多台数控机床及多套系统面板，只需选择好数控机床及系统面板，就可操作该类型的数控机床。学生可利用仿真软件，进行模拟加工来验证程序、对刀和参数输入是否正确。在实习教学中，仿真软件系统可代替实训基地进行实习教学，也可作为相关理论课教学进行过程中的实习教学。通过软件教学，学生可以反复操作不用担心教学成本、操作安全和设备损坏等问题。

3、数控加工仿真软件在职业技能鉴定中的应用

现在，数控仿真考试是数控职业技能鉴定的一部分，仿真考试功能不仅记录了考试的最后结果，还把整个操作过程完整记录下来，通过回放功能可以察看考试的操作全过程。仿真软件的自动测量功能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。如果事先设定了评分规则，就可以进行全自动的评分，提高了数控职业技能鉴定的效率。

三、数控仿真技术在职业技术教育应用中的不足

1、仿真过程都是考虑理想切削状态，与实际切削过程有较大差距 。在目前的仿真系统中预先设定了大量假设因素。这种假定的理想状态不能将切削过程中的随机干扰如工件硬点造成的材质变化、振动造成的切深变化等因素考虑进去，使仿真系统不能真实地反映实际切削过程。

2、最重要的是，仿真实习会造成学生的安全观念淡薄、操作随意，这些缺点只有通过实际操作才能加以纠正。

四、数控仿真软件在职业院校的发展与展望

数控仿真软件的核心是虚拟数控机床，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，能为学生提供完善的学习方法和学习环境。数控仿真软件模拟零件的加工过程，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，它能在职业院校的数控技术教学方面发挥事半功倍的作用，大幅度提高教学效率和质量。因此越来越多的职业院校在教学中会使用数控仿真软件并且越来越完善的仿真系统也将会被开发利用。■

参考文献

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