作者：苏欣 王伟
【摘 要】本文着重讨论如何利用数控加工仿真系统进行教学和技能训练的，对数控教学模式、教学手段和教学方法的完善进行有益的探索。
【关键词】数控专业 仿真软件 计算机辅助 教改
众所周知，由于数控机床是一种新型工艺装备，故数控技术工人的培养和数控机床的教学还处在发展阶段。相对于普通加工机床来说，数控机床属于高科技产品，品种多价格高。就算是经济型机床，一台数控车床或数控铣床一般也需要一二十万，一台数控加工中心也是少则几十万多则上百万。数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练，投入大、消耗多、成本高，即使是实力雄厚的培训学校和企业也无力承担起此种消耗与投入。
而高职数控技术专业的定位恰恰是立足装备制造业，面向整个工作领域，坚持以生产、管理、服务第一线技能型专门人才为培养目标，以就业为导向，培育技能型实用人才。因此数控专业学生职业技能的养成，对任何一个高职院校来说都是不小的投入和负担。作为数控专业的专业课教师，我深深的感到：在数控技术等相关专业课程的教学中，提高仿真教学模块的比例，探索新的教学手段和方法是使学生获得数控技术应用专业职业技能，适应社会需要的重要途径。
因此探索一种新的数控加工技术教学模式来达到投入少、见效快、培养的学生适应性强、企业欢迎的教学模式势在必行。这种教学模式应当既区别于传统的机械加工培养模式又与一般的机电专业有不同。现在很多高职院校已经开始运用数控加工仿真系统教学，来寻求解决这一问题的途径。
数控加工仿真系统是结合机床厂家实际加工制造经验与高职院校教学训练一体所开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件，可以满足大批量学生教学需求。数控加工设备价格昂贵、占地大，而数控仿真系统软件可以在微机平台上运行，解决了培训时学员多机床设备少的问题、并为学校节省了大量设备购置经费。它可以对数控装置进行仿真操作，实践课程教学的目的主要是对原理的验证。学生可利用此软件进行仿真操作，同样会起到了真实设备的教学效果。常规的原理课程的讲解一般分两部分，一部分在教室讲解原理，另一部分在实验室讲解实际操作，这样必然增加了课时，也使教学内容不连续。用软件教学可以将两部分内容有机结合，也为学生的课前预习提供了条件。此系统还可以依据不同的客户要求进行设计，尤其适于初学者的入门过程。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，并且安全可靠。通过动态的仿真操作使教学过程易教易学、教学效果显著提高。
其优点在于：①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。②在虚拟环境下对NC代码的切削状态进行检验， 操作安全。③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， 可以更迅速的掌握CNC机床的操作过程，过程逼真。④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。
首先，由于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48 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的在繁多的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。
其次，计算机辅助机床控制系统依据计算机强大的显示功能和全中文的结构设计，并配以丰富多彩、自然友好界面显示，使学生一进入本系统就被深深的吸引，从而能够激发学生学习兴趣和动力。模拟演示功能更为真实可靠，图形大小、颜色、观察视角以及刀具的形状等都可由操作者自行设计以满足不同监控要求。当程序执行时，程序段、坐标值、出错信息以及工件与刀具的相对移动的切削过程同时显示在同一窗口内，使操作者能够一目了然，随时监控机床运行的状态体验真实的加工过程。该系统具有机床规格大小设置，可定义刀具形状、切削用量，如数控铣床上钻头、镗刀、球头刀、圆角刀，数控车床上的外圆刀、镗刀、切刀、螺纹刀，可以实时监控刀具加工轨迹及图形缩放控制。机床外形也可显示并具有关门保护、零件加工后的测量和保存视窗作业的功能。
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以及最终加工的立体效果，再由学生经过简单判断就能很容易的发现和修改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。
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。
由于我们注意到了它在这一方面具有的优越特点，而且根据学校教学改革的要求，我们尽力把它运用到我校TPL无断层教学模式中。例如，我们在数控机床实操训练之前开发了编程模拟操作课程，并且专门编著了《数控机床编程与模拟操作实例讲议》，在内容上突出了理论和实践的关系。至此，我们将理论与实践有机的结合在一起边讲授边练习，使讲过的知识及时应用于实践中，不但加深了学生对理论知识的理解而且在模拟操作的同时对数控机床的操作方法上也具备了相当水平的实践基础。到了2006级的学生上课时，学校领导作出了明智的选择，学校购置了数控加工仿真软件，并且采用了我校TPL无断层的教学模式及其教材的应用，使理论知识与实践操作完好的结合。在教学中边教边学、边学边做、在学中做、在做中学，学生的积极性被调动起来，老师也在繁锁教学活中得到解放和学生一样都感到非常轻松，大大提高了教学效果。学生的编程与操作能力也有了非常明显的效果，在数控等级工考试中合格率达到100％，学生成绩相当优秀，得到其他学院同行的认同。
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