数控仿真系统在数控教学中的应用

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　　摘要：数控仿真教学软件利用它的虚拟现实技术、图形设计与仿真功能，改善了目前数控技术课程教学中设备投入大、学生多、上机时间短、学习效率低的现象，提高了学生的编程和操作能力。
　　关键词：数控仿真教学系统　数控加工　教学　应用
　　
　　目前，数字控制技术与数控机床给机械制造带来了巨大的变化。不仅大型企业，很多乡镇小型企业也用上了数控机床。在职业中专学习数控机床的学生一年比一年多，由于学生人数的不断增加，有限的机床数量难以保证每个学生有足够的上机时间，同时由于是初学者，经常会导致刀具设备的损坏，甚至出现安全事故，而数控技术又是一门实践性很强的课程，要想达到理想的教学和实践效果，我们采用了数控仿真进行辅助教学，它解决了迫在眉睫的学生多，学习效率低，初学者易出错的问题。
　　
　　一、数控加工仿真教学系统
　　
　　随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机加工系统，它是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能实训的仿真软件，利用计算机的仿真系统进行学习，可以迅速提高学生的理论和实际水平，非常安全而且实习费用低。目前国内已经出现了各种数控加工仿真教学系统，如北京斐克、上海宇龙、广州超软和南京宇航等不同数控加工仿真软件。我们学校选择了南京宇航数控仿真软件。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可以大大减少昂贵的设备投入。它具有FANUC、SIEMENS系统功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短的时间内就能操作FANUC、SIEMENS系统数控车、数控铣及加工中心，可手动或自动编程和加工，教师通过网络教学，监看窗口滚动控制，可随时获得学生信息。该软件兼容性广，可和国内数控设备配套教学使用。它能够像真正的CNC机床一样进行控制面板操作，可在虚拟的数控系统里编程移动命令和进行机床动作，而后传输给虚拟机床加工工件，并实时显示程序路径和三维工件图形。
　　数控加工仿真软件具有丰富功能，例如全面的仿真功能、丰富的刀具库管理功能、全面的检测功能等。全面的仿真功能包括机床操作的全过程，即：毛坯定义、工件装夹、压板安装、刀具安装、基准对刀、机床手动操作、自动加工、检测并且能够做三维仿真，等同于对真正的CNC机床的操作；丰富多样的刀具库管理体系采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库，含上百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀，同时还支持用户自定义刀具及相关特性参数；全面的检测功能有手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀具与夹具、压板，机床行程超程，主轴不转时刀具与工件的碰撞等出错时会有报警或提示，从而防止错误操作的发生；完善的图形和标准数据接口即三维铣削CAD功能，包括交互设计、用鼠标绘图和曲线建模、支持轮廓、凹腔和钻削加工过程，并将其它软件生成Nc程序调入加工；强大的网络功能可实现远程教育，通过网络实现互动教学，使得远程教学成为名副其实，它代表未来教育的发展方向。
　　
　　二、数控仿真系统在教学中的应用
　　
　　众所周知，现在职业中专学生，学习基础差，学习的主动性不强，所以教师教学显得很困难，传统的教学方法已很难使学生接受，因此通过灵活的、先进的教学方法和教学手段来提高学生的学习兴趣。作为职专生，必须有过硬的操作技能，才能在社会上有立足之地，我们尊重学科体系，渗透能力训练，将理论知识应用到实践中来。通过应用数控仿真软件，能较为娴熟地运用行为导向教学方法，在课堂上真正体现学生为主体突出显示学生动手动脑的能力，变学生被动学习为主动学习。培养学生分析问题，解决问题的能力。通过情境教学，大大提高了学生的学习兴趣和主动性。
　　教师十分重视应用数控加工仿真系统于数控编程这一理论教学课程和作为操作技能训练这一实训课程，但应摆正数控加工仿真系统在教学中的位置，既不能完全依赖仿真系统而放弃教师在教学中的引导作用，也不能延续在教学中教师唱独角戏的教学方法，而忽视数控仿真系统的应用，应加强互动，提高学生的学习能力，科学地充分发挥仿真系统在教学中的作用。在进行数控编程与操作教学中，教师重点解决编程方法、工艺安排方面的问题，利用仿真系统解决程序校验，以及不同系统不同机床的操作问题，复习在普通机床加工中已学过的切削用量的选择、刀具的刃磨、刀具的选用等方面的知识。每次上机有明确的课题，在上机前利用示教模式或投影仪进行数控加工仿真系统的操作演示，并在学生中进行巡回指导。这样使学生更快更好地掌握对数控编程和操作技能，培养了学生学习能力，解决实际问题、独立工作能力。
　　在教学过程中，我们主要讲解与训练社会上最常用的FANUC、SIEMENS的编程方法和操作应用，使学生能熟练掌握、灵活应用；再安排适当的课时讲解国产的华中、广数的编程与操作方法和不同面板的操作，开阔学生的知识面，提高学生对不同操作系统、面板的编程与操作能力，使他们能很快适应不同企业、不同数控系统的数控机床的操作和编程，并有较强的工艺和现场问题的处理能力。
　　
　　三、数控仿真系统在教学中效果显著
　　
　　随着数控化率的提高，对数控方面的人才的需求也在不断的增加，为了保证每个学生有足够的上机时间，我们的数控机床的数量也必须随着学生的增加而增加。但我们知道数控机床属于高科技产品，品种多、价格高。一台普通的数控机床少则几万，多则一、二十万，加工中心少则五六十万多则几百万，有的甚至上千万，所以数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行，投入大、消耗多、成本高。因此运用数控加工仿真系统教学是解决这一问题的重要途径。把仿真系统引入到教学中这样既可避免因初学者误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员感受仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。随着人数的增多，我们可以通过计算机大量配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题，使每位学员有足够的实践机会。因此能够让学生很快的熟悉和了解数控加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法。并且仿真软件不存在安全问题，若操作失误，系统会有所提示，给仿真者以警示，这使得操作变得生动、形象起来，巩固了学生的操作能力，达到了实训效果。这样学生可以大胆地、独立地进行学习和练习，减少了工件材料和能源的消耗，节约了实训环节的培训成本。所以它是数控实习教学的前期教学的好的辅助手段，提高了培训效率，节约了成本。
　　传统的学习是枯燥的指令讲解，空对空的编程训练，特别是考试时，程序的批阅更是让数控教师头昏眼花，因为每个人的编程会有所差别，比如：有人用固定循环编程，有人用子程序编程，而且工艺上也会有所差别。改卷的工作量非常大，所以考核就不一定每个课题都进行。但在应用了数控仿真系统教学以后，教学变得更加生动、具体、形象，提高了学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高，并能自我检测加工零件的几何形状精度，对学生操作能力和培训起到了极大的提高和加强作用。这样我们就可以每课题进行一次考核，因为通过仿真软件可以直观看到最终工件的形状，还可以通过查看刀具轨迹查看他的工艺和中间编程是否存在问题，真正达到了又直观、又具体、又生动、又准确的考核效果，减少了教师的工作量，提高了教学质量。
　　综上所述，数控加工仿真系统会在以后教学中发挥越来越重要的作用，并且在数控教学中的应用也会越来越广泛。

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