数控仿真系统在中职数控教学中的作用初探

摘要：中等职业学校数控加工专业普遍面临数控实训设备数量不足这一教学瓶颈，数控仿真系统的应用为数控教学提供了可行性选择。本文分析了数控仿真系统软件的功能、特点，探讨了数控加工仿真系统在教学中作用及其对教学产生的影响。

关键词：数控加工 数控仿真系统 功能 应用

据尚普咨询的《2011―2016年中国数控机床行业调研及投资前景预测报告》指出，随着国家将装备制造业作为战略性产业培育，“十二五”期间我国将持续加大该重大专项的投入。另据全国工业普查资料显示，2011年底，我国数控机床拥有量约378万台。制造装备的大规模数控化和数控加工技术的发展，使得掌握数控机床编程知识和数控机床操作技能的技工成为劳动力市场急需的人才。中等职业学校数控加工专业普遍面临数控实训设备数量不足这一教学瓶颈，数控仿真系统这种虚拟设备为我们提供了可行性选择。如何有效利用数控仿真系统，培养出符合企业需求的技术人才，值得我们中职教师认真探讨和商榷。

1 数控加工仿真系统的功能、特点

1.1 数控加工仿真系统分为三种运行状态：练习、授课、考试。其中授课功能使得教师可以以广播教学的形式将自己的操作过程演示在每一个同学的面前，就好像教师在同一时间手把手教每一位同学，这在一定程度上充分利用教师的资源优势，提高单位时间内课堂教学效率。考试功能可实现自动评分、成绩查询、分析。推动了考试方式的改革，更加注重学生实际操作能力培养，实现了无纸化的考核与测评。

1.2 数控仿真系统集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机实现的高技术模拟系统，可直接观察、操作、触摸、检测，并能与之 “交互”，给人一种身临其境的感觉。虚拟数控机床具有与真实数控机床相同的外形结构，并具有与真实数控机床完全相同的界面风格和对应功能，机床操作全过程仿真。用虚拟的设备，增强了学生对数控机床操作熟练程度。

1.3 数控仿真系统可供选择的数控系统全、可供选择的数控机床种类多。可选择FANUC、PA、SIMEMENS、华中数控、广州数控、大森数控等多种数控系统；可实现对数控车床、数控铣床、加工中心等数控机床的操作。

2 数控仿真系统在教学中的作用

2.1 应用数控仿真系统，消除学生的学习心理障碍。数控编程与加工课程是数控加工专业核心课程，理论性较强。学生应具有观察能力、实验能力、理解能力、综合分析和判断能力及数、形、图转化能力。没有良好的学习心理状态，学习过程中就会出现消极、放弃等不良现象。中职学生入学时成绩不很理想，基础薄弱，因而很多学生在经历了这样或那样的挫折后，往往认为自己天生就不适合学习，对自己能力进行否认，在没有“调查取证”前就对自己的潜能宣判了死刑。进入中职学校的学生在学习心理上普遍存在这方面或那方面的学习障碍，大部分学生认为学习数控课程难。为了消除学生的这种心理偏差，在数控课程教学中，我利用数控加工仿真系统，采用“先教后学”的教学方法，达到消除学生的学习心理障碍。如在讲授加工指令的应用时，我把本次课需要完成的简单轴类零件加工教学任务预先写在黑板上，然后一步一步教授学生如何做，而不探讨为什么这样做。经过90分钟的“苦”战，学生大部分能在数控仿真系统中做出样品。在学生信息反馈中可以看出，达到了消除学生学习的畏惧情绪，初步消除的学习心理障碍，为后续学习奠定的基础。

2.2 应用数控加工仿真系统，激发学生的学习兴趣。我国古代著名的教育家、思想家孔子曾经说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。只有“好之”“乐之”才能有高涨的学习热情和强烈的求知欲望，才能以学为乐，学有所成。数控课程教学要在导人、呈现、操作、巩固和应用这五个环节活化教材。数控仿真系统将声音、图像和文字融于一体应用于数控教学中，从各个侧面生动展示了数控机床特有的加工特点和功能，如自动进刀、退刀、换刀，复合循环加工等，使教学内容更具有艺术表现力和强烈的感染力，促进学生对知识的理解和掌握，能有效突破教学难点，还可以活跃课堂气氛，吸引学生注意力。通过仿真操作，学生从选择机床、系统、刀具、编制程序、输入、检验、模拟显示，独立完成整个零件加工过程，感受到了自身加工的成就感。学生在这个过程中，更多锻炼了自身能力，激发了学习兴趣，大大提高了学习积极性，促进了自信心的进一步提高，也培养了学生创新能力。

2.3 应用数控加工仿真系统，实现分层教学。中职学生生源差异较大，尽管学生在校阶段经历了共同的教育，但学生在接受知识、动手操作能力等方面存着个体差异，这些差异直接影响了学生的学习风格和学习策略，这就为分层教学提出了客观要求。应用数控加工仿真系统，较好地实现了对不同学习要求的学生实行专业技能的普及与提高相结合，教师根据学生现有知识、能力水平和潜力倾向，科学地把学生划分为水平层次不同的学习群体并区别对待，配发难易不同加工零件图纸，使得这些群体在教师恰当的教学策略和师生互动中得到最好的发展和提高。

在这个过程，教师要时刻关注学生的学习成绩，学习能力的动态变化情况，及时作出反应，不能从一而终。数控加工仿真系统的应用，使得教师分身有术，有效实现了分层教学，达到预期的教学效果。数控仿真系统应用为中职专业教师转变教学理念，实施真正意义上的因材施教，创设了良好的环境和条件。

3 数控加工仿真系统应用评价及策略

数控仿真系统应用为教学开辟了新途径，但它只是一种虚拟技术，不能也不可能完全代替技能训练，一定防止由于时间长久把虚拟等同于现实的错误倾向，区别仿真与实际操作的差异。

3.1 数控仿真系统只是对数控机床加工过程的模拟仿真，而并非真实加工，因此它无法完全代替学生在实际数控机床上加工的真实感受。要科学安排，使仿真加工与实际操作有效地结合，让数控仿真加工真正起到辅助于技能训练的教学目标。

3.2 在仿真加工中，对被吃刀量、主轴转速、进给量切削参数选择，对刀具选择，对走刀路线安排等没有智能化评价功能。如果操作有错误或程序错误，系统只会给出提示，但在生产实际加工中将可能造成无法估计的经济损失甚至危害人身生命安全。在数控加工仿真教学中，也得让警钟长鸣，做好《车工工艺与技能训练》课程理论教学与实训，克服仿真加工中的不足。

3.3 无论在数控机床加工还是仿真加工，要保证加工零件满足要求，对刀是至关重要的。以FANUC 0I系统数控车床为例，在数控车床上和仿真系统可采用试切法对刀（将工件坐标系原点建立在工件的右端面中心上），过程如下：试切工件右端面后沿端面将刀具退出，然后打开机床的刀具偏置表，输入Z轴试切长度值，试切长度值为“0”，按菜单软键[测量]；移动刀具，进行外径试车，使刀具沿Z轴的正方向退出，然后用量具测量试车部分的直径，在刀具偏置表中，将光标移动到X轴位置，输入试车直径，按菜单软键[测量]，对刀完成，如图1。采用多把刀具对刀，只要重复上述操作即可。

在仿真系统中试切法对刀还可这样操作（将工件坐标系原点设置在工件右端面中心点上）：在工件某一合理位置试车，停止主轴转动，测量试车位置的直径及距右端面的距离分别为21.865mm12.305mm，如图2和图3。在刀具偏置表分别输入X21.865和Z-12.305，再按菜单软键[测量]，也能达到对刀的目的，而且精度很高，尤其工件长度尺寸得到充分保证，但在实际加工中是不可行的。教师在教学中一定要把理论与实践相结合，对问题进行剖析，以免学生产生误解，影响到实际操作与编程加工。

4 结束语

我国数控机床起源于上世纪80年代，起步较晚。在中职学校教学中可供学生实际操作的数控机床相对于学生人数甚少，数控仿真系统投入使用为数控技术人才的培养起到了功不可没的作用。同时我们还应清醒地认识到数控加工仿真软件的开发还有一定的不足，数控仿真系统在教学中的应用还处于起步和探究阶段。认真总结数控仿真系统在教学中的应用，给予科学合理的评价，积极应对其存在的不足，使其发挥在数控技能培训中的特殊作用，促进数控教学更快、更好的发展，为我国“十二五”规划的实施起到职业教育应有的作用。

参考文献

[1] 上海宇龙数控仿真系统说明书

[2] 日本FANUC数控车床使用说明书

[3] 赵建国.关于高职数控技术与应用专业人才培养的思考[J].辽宁高职学报，2001（6）

[4] 李燕.浅谈数控仿真系统在教学中的应用[J].成才之路，2009（26）