浅谈数控加工之虚拟实践教学

荆登峰

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

浅谈数控加工之虚拟实践教学

荆登峰

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

本文着重讨论如何利用数控加工仿真系统在虚拟实践教学过程中的应用，虚拟实践教学活动当中如何运用加工仿真软件来保障真实实践教学过程的顺利进行。

虚拟实践教学；真实实践；加工仿真系统；教学；数控加工

在传统的操作培训中，数控机床编程与操作的有效培训都在真实的机床上进行。而数控机床属于高科技产品，品种多，价格高。有限的机床数量难以保证每位学生有足够的上机操作时间。同时学生在真实机床上操作还具有一定的危险和不安全性，实习中的误操作还会导致设备、刀具等的损坏，甚至引发伤害事故，而且材料消耗也较多，增加实习的成本。因此，传统的机床操作培训方法效率低、教师工作量大，培训费用高，因此在进行实践教学之前我们引入了虚拟实践教学过程。虚拟实践教学就是利用各种数控仿真系统来模拟仿真加工工艺、编程、加工过程为真实实践教学做准备工作，以保证实践教学的顺利完成。

在虚拟实践教学过程中运用数控仿真系统教学是解决传统的操作培训中诸多问题的重要途径。数控仿真系统软件是通过计算机的编程和建模，将加工过程用三维图形或二维图形的方式演示出来的软件。数控仿真系统的优点在于：系统完全模拟真实CNC机床的控制面板和屏幕显现，可轻松操作；在虚拟环境下对NC代码的切削状态进行检验，操作安全；用户可看到真实的三维加工仿真过程，仔细检查加工后的工件，可以更迅速地掌握CNC机床的操作过程，过程逼真；采用虚拟机床替代真实机床进行培训，在降低费用的同时获得更佳的培训效果，使用更经济；数控加工仿真系统具有FANUC、SIEMENS、GSK、华中等众多数控系统功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内就能掌握数控车、数控铣及加工中心的操作。可手动或CAD/CAM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。在教学中还具有多媒体教学的特点。因而我们在真实机床上实践之前介入数控加工仿真系统的学习与练习，这对学生更好地掌握这门技术非常必要。

一、在虚拟实践教学过程中数控加工仿真系统的应用方法

1.在虚拟实践教学过程中恰当运用数控加工仿真系统,充分发挥其课堂教学中的作用

数控加工仿真系统主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程,还可作为数控操作技能训练的辅助工具。教师应十分重视数控加工仿真系统在教学中的应用方法,摆正数控加工仿真系统在教学中的位置,既不能完全依赖数控加工仿真系统放弃教师在教学中的引导作用,也不能在教学中教师唱独角戏采用常规的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用,应该科学地、充分地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。

2.在虚拟实践教学过程中可利用仿真系统，逐步掌握零件的加工工艺

学生可利用仿真系统中的建模功能生成三维零件，综合运用所学过的相关知识，选择合适的加工工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路径、主轴转速等参数后，系统便自动计算加工余量，并动态显示出来和粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具轨迹和NC代码，省去人为编制程序的烦恼。

3.在虚拟实践教学过程中利用仿真系统，循序渐近掌握数控编程与操作技巧

在虚拟实践教学过程中使用的仿真系统中的计算机辅助控制系统是以计算机为媒体开发的，所以它的通用性较强，它能够在486以上的任何型号的计算机上直接使用。在屏幕上能够显示和机床操作面板一模一样的界面；以动态的模拟显示代替机床实际运行并且还能够提示操作信息，如编程错误信息和操作失误机床碰撞报警信息等，使数控机床的编程操作易于课堂化教学，从而即节省了机床设备和实习消耗，又大大提高了教学效率。以某公司出品的数控加工仿真系统为例：在数控机床教学应用时，由于计算机内部各种软、硬件资源的支持使得系统在编程、操作时的效率大大提高。如在手工编辑NC程序时可利用各种文本编辑软件EDIT或Windows下的记事本及写字板等，可以快速编辑程序并以NC为扩展名存入磁盘。其主要特点是存储容量大，能够储存更多数量的和更长的NC程序文件，并且在NC程序输入、修改、拷贝方面都显得非常简单，乃至程序的转送也很方便，还可利用软盘考贝或联网来实现这一过程。编辑过程中能将汉字注释信息一起编入NC加工程序而不影响系统的调用和运行，这就使操作者很容易在繁多的NC文件中找到想要使用的NC文件及其相关的详细信息，而不必在一大堆字符中花费长时间进行查寻、分析这些程序的功用而大伤脑筋了。调用时也非常方便，进入机床控制系统后，只要是以NC为扩名的NC程序文件都可以直接调用。数控加工仿真系统功能较为完善、适于教学的使用。其中语法诊断和模拟示教功能可以使学生进行人机交互式学习。即由学生输入NC程序，在模拟运行过程中，系统能及时提供错误信息以及刀具相对移动轨迹的显示和最终加工的立体效果，再由学生经过简单判断就能很容易地发现和修改NC程序的错误，从而避免教师直接面对学生的指责伤害学生的自尊，也大大减轻了教师批改学生NC程序作业时的繁重负担，使教师能够集中精力以帮助学生解决实际问题，保证了教学质量，使教学效果得到显著提高。

4.在虚拟实践教学过程中应用数控加工仿真系统可降低训练成本提高训练效率和安全性

数控机床是一种较为昂贵的机电一体化的新型设备,它具备“高速、高效、高精度”的特点。引入数控加工仿真系统进行技能操作,可以大大降低实训的消耗。应用数控加工仿真系统可以减少考生占用数控机床的时间约50%,学生可以将编程与程序校验时间放在计算机上完成,然后通过数据传输将所编程序输入数控机床,对零件进行加工,安全性及效率均大为提高。在操作方面，由于数控加工仿真系统采用了与数控机床操作系统相同的面板和按键功能，并且使用数控加工仿真系统在操作中即使出现人为的编程或操作失误也不会危及机床和人身安全，反而学生还可以从中吸取大量的经验和教训。所以说它是初学者理想的实验、实践工具，只要经过短期的专门训练，学生很快就能够适应数控系统的实际操作方法，从而为以后的技能的进一步深造打下了坚实的基础。

二、数控仿真软件在虚拟实践教学过程中常存在的问题及解决措施

作为一个仿真软件，它和实际机床还是有一定区别的，无法真正代替实际机床，加工时也会存在一定的问题，现将常见问题及解决措施加以对照。

数控加工仿真软件只是对加工过程的模拟,并非真实的加工过程。它无法替代学生在真实切削加工时的实际感受,尤其在切削用量的选择方面,仿真软件只能在切削深度过大时才予以“报警”,而对我们在实际操作中认为过大的切削量,仿真系统是无法控制和检测出来的。长此下去,易使学生养成工作轻率的坏毛病,往往忽视对切削用量、刀具选择、零件装夹等关键因素的考虑。而这样的程序一旦用于实际操作,就很容易出现打刀、撞车的情况或影响零件的加工质量,继而影响到实习或生产效率。对此,教师应引起足够重视,合理安排仿真软件与实际操作的时间和顺序。

目前我国数控加工仿真软件的功能与国外较成熟的数控仿真软件相比还有一些差距,如运行速度较慢,性能不够稳定,有些指令不能执行等问题。这些都可能使学生产生焦躁情绪甚至偏激行为,如乱按功能键、乱敲击键盘等,常常导致计算机出现“死机”现象。因此,教师应熟悉软件的主要缺陷,提前告知学生,并积极与软件设计方联系,及时予以改进。

有些学生自控能力较差,长时间使用仿真软件教学会使学生产生惰性而懒于上数控机床操作,个别学生甚至还会趁机上网或玩游戏。这就要求教师加强责任心,提高管理水平,改进教学方法,减少数控仿真软件在教学中的负效应。

［1］黄志辉.数控加工编程与操作［M］.北京：电子工程出版社，2008，（8）.

［2］朱丽军.数控仿真应用软件实训［M］.北京：机械工业出版社，2008，（5）.

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