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2.1加工仿真系統各功能模塊

在數控切削加工過程中，實時三維仿真可根據輸入的NC代碼要求進行動態過程仿真，這一過程可分為數據收集和輸入、幾何實體模型構造、圖形仿真結果交互等階段，各階段都賦予了相應的定義，為使動態過程仿真達到交互性、準確性和有效性的要求，應對各功能模塊進行優化。系統以軟件用戶界面和內部計算檢查過程為主體，軟件用戶界面由公共模塊、NC代碼編輯模塊、仿真顯示模塊和加工控制模塊構成，其中，公共模塊對CFild類的成員函數有所繼承，其功能顯示在File下拉菜單；NC代碼編輯模塊具有強大的文本編輯功能，對于一些較為簡單的加工零件無需預先編程，除一般記事本基本功能外，還設有互鎖功能，可對編輯后的代碼進行讀寫切換，更好地保護代碼，保證加工順利進行；仿真顯示模塊將圖像和數據信息呈現在計算機屏幕上，實現動態顯示，通過調節窗口便能夠觀察到加工工件，圖像和數據信息由OpenGL收集，其處理過程為：圖像操作/逐個頂點操作光柵化各片段操作幀緩沖區仿真圖像顯示；加工控制模塊根據代碼檢查解釋加工進給信息，整個路線為：回參考點對刀開始加工暫停加工退出加工[2]。內部計算檢查過程包括內部模塊和外部數據輸入，內部模塊由NC代碼檢查和解釋模塊、代碼過濾以及內部仿真計算構成。

2.2三維模型在OpenGL中的實現

在Windows平臺下，基于OpenGL的應用程序要通過RC來完成繪制工作，系統圖形仿真界面通過C++定義的類CRenderView來表示，其中定義了一系列三維實體繪制函數，能夠完成坐標的旋轉、縮放、平移等操作，動態仿真過程的運動關系取決于加工數據的即時變換，而空間切換的實現則通過矩陣元進出棧操作來實現，系統的幾何建模包括刀具、機床、加工工件等實體建模，需要對零部件之間的組裝關系以及幾何信息的拓撲關系、描述坐標關系進行定義，因此，該系統應用于數控加工仿真的重點就是對各實體進行建模，這在實現起來存在一定的難度，需要對系統進行進一步的優化升級[3]。

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1 問題的闡述

隨著科學技術的發展,數控技術正在得到廣泛的應用。數控人才成為市場急需的人才,如何盡快地培養出滿足市場需要、掌握數控機床編程和操作技術的數控技能型人才成為數控教學工作者必須研究的問題。作為數控教學的專業教師,深感如何將數控理論和實踐教學有機地結合起來是值得我們認真探討與研究的。

由于數控機床是一種新型工藝裝備,故數控技術工人的培養和數控機床的教學還處在剛剛起步的狀態,如何利用數控加工仿真系統進行教學更是處在探索階段,因此有必要對數控教學模式、教學手段和教學方法的完善進行有益的探索,創新數控專業的職業技能鑒定的工作方法,建立一套完整的數控教學新體系。

2 數控實習(實驗)教學中存在的問題

(1)數控機床是一種機電一體化的新型設備,價格較之普通機床要昂貴得多。數控機床的操作訓練若完全依賴數控機床進行實作訓練,投入大消耗多成本高。

(2)數控機床的系統多,型號多且更新較快,對學院而言是不可能將所有的系統配齊的,這樣經常會出現學生在校期間所學的系統與工廠中不符的情況,使到了工廠后不能盡快適應機床。

(3)數控機床是自動運行的,學生在初學時,常常會由于在編程中的疏忽或操作中的失誤造成刀具或機床的損壞,甚至造成人身危害。

為了解決上述問題,我院從數控專業開設起,就嘗試利用數控加工仿真系統軟件進行教學,均對我院數控教學等方面發揮了重大的作用。

3 數控加工仿真系統的產生

隨著計算技術的發展,尤其是虛擬現實技術和理念的發展,產生了可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態的計算機仿真培訓系統。它用計算機仿真培訓系統進行培訓,不僅可迅速提高操作者的素質,而且安全可靠、費用低。

目前在國內已經有很多學校將計算機仿真初步運用于數控操作人才培訓的教學之中,也產生了各種仿真教學系統。簡單來講就是利用計算機和其他的專用硬件軟件去產生一種真實場景的仿真,參與者可以通過與仿真場景的交互來體驗一種接近于真實的場景的感覺。因此能進一步培訓操作者的實際工作技能。

4 數控加工仿真系統的應用方法

4.1 活應用教學方法,使學生成為課堂學習的主體

由于大部分高職學生學習基礎差,所以教師教學很困難,傳統的教學方式已很難使學生接受。

因此,利用先進的教學方法、教學手段來提高學生的學習興趣顯得尤為重要。數控專業教師應有較高的教學水平和教學能力,有較強的數控職業能力,能較為嫻熟地運用行動導向的教學方法,在課堂教學真正體現學生為主體,突出顯示學生動手動腦的活動,變學生被動學習為主動學習。

4.2 恰當運用數控加工仿真系統,充分發揮其課堂教學中的作用

數控加工仿真系統主要應用于數控編程與操作這一理論教學課程,還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。教師應十分重視數控加工仿真系統的在教學中的應用方法,擺正數控加工仿真系統在教學中的位置,既不能完全依賴數控加工仿真系統放棄教師在教學中的引導作用,也不能在教學中教師唱獨角戲采用常規的教學模式而忽視數控加工仿真系統的應用,應該科學地、充分地發揮數控加工仿真系統在教學中的作用。

4.3 科學安排教學內容,循序漸近掌握數控編程與操作技巧

在教學過程中教學內容的安排分為三個教學模塊。其一為基礎模塊,主要講解與訓練最常用的FANUC數控系統中的的編程方法、操作及應用,由于配備FANUC系統的數控機床在數控加工中的市場占有率高,所以這一模塊是教學重點,必須使學生熟練掌握,靈活應用:其二為提高模塊,主要講解與訓練SIEMENS系統的機床的編程與操作,以幫助學生在不同數控系統下對不同數控機床的編程方法的理解與應用能力;模塊三為拔高模塊,主要講解國產數控數控系統中的華中數控系統的數控編程與操作方法,擴大學生的知識面,從而適應高職數控大賽指定系統―華中數控系統的編程與操作。

這三個模塊的教學可根據學生不同層次進行安排。這樣,學生在從業時能夠信心十足的面對所操作的數控機床,較快適應所從事的工作。 當然,運用此方法,我們學院在各種大賽比武中取得了好的成績。

4.4 正確進行教學評價,提高學生的自覺學習意識

教學時所進行的教學評價包括學生的自我評價、學生相互之間的評價和教師評價。上機應用數控加工仿真系統進行數控編程與操作練習時以教師評價為主,對每次的練習成績及時登記。評價方法包括口頭評價和試題測評,而試題測評方法包括課題測評及期末測評。教師對學生進行口頭評價時應注意方式和語言的選擇,對做得不好的學生不采用直接批評的方法,只是指出該學生哪些地方做得好,哪些不太好,應如何改進;對于比較差的學生稱為“稍微弱一點的學生”。 課堂測試應有較強的目的性,不是難為學生,而是通過對學生進行測試,來提高學生的學習意識、學習熱情,學習的自覺性和自信心。

5 數控加工仿真系統的應用效果

5.1 理論教學應用數控加工仿真系統可以極大地提高學生的學習興趣

在引入數控加工仿真系統應用軟件之前,數控編程與操作課程與其他課程教學模式相同,主要是課堂教學,學生對自己所編的程序正確與否是通過教師批改作業來知曉的。這種方法教師檢查程序需逐個程序段進行查閱,內容多而十分麻煩,一些在數控機床上常常無法通過的書寫錯誤也不易查出,而這些問題的解決在實際數控編程中是十分重要的。至于數控操作問題,在黑板上講解各個按鍵的作用、名稱與使用更是一件費力不討好的事,習者枯燥,教者乏味。

引入數控加工仿真系統進行教學以后,學生所編程序可以直接在計算機數控加工仿真系統的模擬加工演示,對程序編寫和書寫的錯誤能直接看出,機床操作面板的使用與零件的加工過程也和實際加工情況十分相似,學生可以從任意角度觀察數控機床加工過程,毛坯加工為成品的過程歷歷在目,直觀形象,便于學習與掌握,編程與操作的作業可以直接在計算機上檢查,每次有檢查,次次有結果,使學生對這門課程有了濃厚的學習興趣。

5.2 技能訓練應用數控加工仿真系統可降低訓練成本提高訓練效率和安全性

數控機床是一種較為昂貴的機電一體化的新型設備,它具備“高速、高效、高精度”的特點,如果初學時就讓學生直接在數控機床上操作,可能出現撞壞刀具等現象,甚至因操作失誤對學生造成人身危害。引入數控加工仿真系統進行技能操作,可以大大降低實訓的消耗,約50個機位的計算機包括50個結點的正版數控加工仿真系統軟件,所需費用相當于一臺三十萬元的數控機床,卻能解決50-150個學生的初階段的技能訓練問題,學生可以輕松對實習過程進行初始化,對未能完成的實習實行項目保存,對已完成的實習課題進行調入回顧,而后再進行幾次實際操作就能達到事半功倍的效果,大大提高了實習效率降低了實習成本。

因此應用數控加工仿真系統可以減少考生占用數控機床的時間約50%,學生可以將編程與程序校驗時間放在計算機上完成,然后通過數據傳輸將所編程序輸入數控機床,對零件進行加工,安全性及效率均大為提高。

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其實數控加工中心就是從數控銑床慢慢發展變化而來的。隨著科技的進步和設計思想的不斷更新，越來越多新技術新概念被運用和實現推廣，使得一切都在革新和完善，數控加工中心就是其中之一。但數控中心是從數控銑床發展變化而來的自然就會有許多區別和更為完善的功能，可以說與之最大區別點在于數控加工中心是可以具有自動交換加工刀具的能力，這也是它更加完善提高效率的方面。通過在刀庫上安裝額不同用途的刀具，使用自動換刀裝置最終得以實現更多更全面的加工功能。

1.2數控加工中心的相關原則

每一項技術每一個設備都是有其相應的原則的，這樣才能有一個規范性，在實施和運用的過程中才能更好的達到預期的標準，讓目的得以達成，數控加工中心也是一樣，也需要遵守以下幾點原則：首先是需要合理的保障工件在加工后的精度和表面粗糙度能夠更高的達到標準。畢竟數控加工中心只有更好的達成目標需求才能有助于被市場所接受和推廣。還有就是盡可能的減短加工路線，減少空行程時間，簡化計算的工作量，以此來達到提高加工效率的最終效果，而數字化自動化的目的就是實現以上的需求。最后及時對于某些重復使用的程序，可以運用子程序來使整體設計變得更為工整更具有條理性，減少程序意外發生。

2仿真系統的結構以及開發要點

2.1仿真系統的結構

而對于整個仿真系統的總體結構主要由包括公共操作界面、用戶控制而板、鉆床界面、車削界面、銑削界面和程序編輯界幾個主要的部分組合而成，通過實現以上幾個部分，就能主要達到相應的功能完成。當然除此之外，還有程序檢查解釋、仿真計算機以及仿真計算機顯示等模塊的編寫實現將能更好的完善仿真系統的功能實現，達到預期效果和作用。一般來講，數控加工中心仿真系統的用戶界面通常都是采用C++語言編寫的動態窗口以方便使用者的的數據操作。在用戶主界面上還包括了仿真、操作以及預留這三個動態的窗口來達到為使用者提供一些相應幫助的作用。

2.2仿真系統的開發要點

仿真系統在開發中也需要注重相應的開發要點：首先是關于基本流程。在啟動仿真系統，載入相應的數控加工中心模型，在系統中能夠對機床機構有一個合理的認知，并實現虛擬系統中的相關演示與操作，最終達到仿真的預期功效。系統開發必須最終保證這些基本流程能夠完整實現。然后是系統開發方面，主要分為拆裝運動仿真模塊和任意零部件剖切功能的實現。合理的以這兩個方面為關鍵點為主導就是整個仿真系統的主體功能實現，解決這兩個模塊功能的技術難題并使之相應功能實現就是整個系統開發的要點。

3關于數控加工中心仿真系統的開發

3.1仿真系統的總體設計方案

對于仿真系統的開發，在當前能使用的平臺很多，選擇合適的且自身使用操作最為熟悉的才能更好的幫助完成設計開發。隨后，在系統功能的設計方面，主要可分為結構觀察、運動編輯以及運動操作等主要功能模塊進行設計規劃，目的就是為了達到在仿真系統中有一個實際操作的功效體現。而在仿真系統的整體架構設計方面，主要就是基本確定一個系統的大致框架，在開發時就需要按照框架來進行實施，使得最終的仿真系統能夠達到預期的效果和作用。數控加工模型是整個仿真系統的核心也是操作實施的基礎，模型的實用性將更有利于仿真系統達到相應的預期效果。數據層起到組織和管理作用，串聯起各個功能模塊，應用層的核心觀念是“分而治之”，建立起相互獨立的子模塊，更有利于后期的維護更新。

3.2虛擬數控系統中的相應技術

在程序編譯模塊可以使用由NC編輯器、NC檢查器以及NC翻譯器組成。這其中，編輯器的主要作用就是對于數控文件進行讀寫。檢查器其實就是對使用者所使用的代碼和語法進行一個系統的檢查，畢竟涉及編寫的代碼量還是非常多的，良好有效的檢查就能更快的發現代碼中的錯，并將其反饋出來。編譯器則是將驗證通過的代碼進行進一步的掃描確認，最終發現沒有錯誤后才能夠進行生成系統認知代碼的操作。還有就是將仿真系統和網絡技術的相互結合。在通信網絡模塊完全可以使用TCP協議來建立起服務器，通過一個動態加載WinSock技術進行實現數控機組與仿真系統的連接，從而良好的解決了數據共享的問題。

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一、引言

隨著我國數控技術的高速發展,數控人才十分短缺,許多大學和專科院校都開設了數控技術專業,為學生提供了理論學習的條件,而工程訓練中的數控實習則為學生提供了很好的實踐學習空間。

數控機床品種多(操作系統多,如:FANUC、PA、SIEMENS等)、價格高(一般幾十萬元)。數控機床操作人員的培訓若完全在真實的數控機床上進行,投入的成本會很高,也會造成很大的浪費。即使是實力雄厚的培訓院校和企業,也難以承受。因此探索一種新的數控加工技術教學模式來達到投入少、見效快,培養的學生適應性強、受企業歡迎,勢在必行。計算機技術可以說是無孔不入,近些年出現了計算機仿真技術,可以模擬實際環境變化。在數控方面,出現了數控加工仿真系統,用計算機仿真數控機床的加工環境及工作狀態。這樣就可以用計算機仿真系統對學員進行數控機床的培訓,還可以檢驗程序的正確與否,還可以在計算機上進行仿真模擬加工,讓試加工在計算機上進行,使得正式加工安全可靠。

二、數控加工仿真軟件簡介

讓沒有數控基礎的學生直接進行實操,容易對機床造成傷害,更容易危及到學生的人身安全。利用數控加工仿真系統,就可以避免。數控仿真系統包括FANUC、PA、SIEMENS、華中數控、廣州數控、大森數控和MITSUBISH在內的多個數控系統,其中每個系統又分車、銑、臥式加工中心和立式加工中心。學生可以根據具體情況,選擇與實際相同的數控系統進行操作練習、仿真加工。

操作過程如有不當,仿真系統會以文字對話框的形式提示操作者錯誤之處。

三、自動編程軟件簡介

數控機床一般執行的程序是G代碼,這種程序代碼可以通過兩種方式得到,即手動編程和自動編程。手動編程需要熟知G代碼,還要對所加工的工件各個特殊點的坐標值(在工件坐標系下的坐標值)計算精確,這樣,手動編程即費力又不精確。北京CAXA公司研發的CAXA制造工程師軟件(針對于數控銑床),很好的解決了手動編程所遇到的問題。

CAXA制造工程師軟件可以自動生成零件的加工代碼,即G代碼。生成過程如下:

1.繪圖。按照圖紙尺寸要求,繪制圖形。見圖1。

2.生成加工軌跡。生成粗加工/精加工軌跡,用軌跡仿真功能仿真加工。見圖2(a,b)。

3.生成加工代碼。生成G代碼,加入程序頭(不同系統程序頭有所不同)。見圖3。

上文提及CAXA制造工程師可以對銑床零件進行自動編程,對于數控車床有CAXA數控車自動編程軟件,而數控電火花線切割機有CAXA數控線切割自動編程軟件(自動生成的是3B代碼)。

四、仿真系統在工程訓練中的應用

數控加工仿真系統在數控實習中已得到應用,通過幾年的實際應用得到了較為寶貴的經驗,為進一步提高工程訓練的質量打下了堅實的基礎。

1.講解數控機床。指導教師講解數控機床操作步驟及注意事項。2. 熟悉仿真系統。學生按照數控車/銑仿真指導書熟悉數控加工仿真系統。3.學習CAXA。學生在制造工程師指導書指導下學習CAXA制造工程師2006。4.創新加工。學生根據前面學習到的相關知識和軟件,進行自主創新設計,并在教師的指導下在機床上加工出具體實物,見圖4。

五、缺點與不足

數控加工仿真軟件在工程訓練數控實習中的應用,雖然在一定程度上解決了如設備不足等問題,但是還要清醒的意識到它所帶來的弊端。

1.過于依賴計算機。所有的操作,包括圖紙繪制、G代碼生成和仿真加工,都可在計算機上完成。

2.忽略加工工藝。仿真系統的仿真加工過程速度一般為5倍(調節范圍:1～100),使得操作人員忽略進給速度、刀具轉速和加工質量等。

3.無法保證加工質量。由于仿真軟件只能仿真加工過程,對于零件的表面粗糙度和尺寸精度等無法保證。

參考文獻:

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[2]孫克強,淺談數控機床仿真在實踐教學中的應用[J].網絡科技時代,2007,10.

[3]閆杰,數控加工仿真系統在專業教學中的應用[J].遼寧經濟職業技術學院學報,2007.

[4]張紅英,數控仿真系統在數控機床教學實踐中的應用[J].交通職業教育,2006.

[5]黃賽茹等,工程訓練中心建設與發展探究[J].高校實驗室工作研究,2006,12.

[6]萬召等,數控車床加工仿真的改進方法[J].制造技術與機床,2007.

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進入21世紀后，科學技術有了很大的發展，各行各業中廣泛使用數控技術。市場上最緊缺的人才包括數控人才，怎樣培養出符合社會需求的數控技能人才是從事數控教學的工作者深入研究和探討的重要問題。

一 數控實習（實驗）教學中存在的問題

第一，社會上出現了一種新的機電一體化設備――數控機床，但和普通機床相比價格較高。如果運用數控機床開展相關的數控實訓，需要較高的費用。

第二，由于科技發展速度不斷加快，數控機床樣式繁多，更新換代較快，一般院校很難配備所有的系統，會出現學生工作后操控的設備和在學校所學不一樣的情況，要是不能盡快適應，將會對自己的工作造成一定的影響。

第三，數控機床自動運行性較好，學生剛開始學習的時候，由于不熟悉編程或者操作失誤會損壞機床或者刀具，嚴重的會威脅到人身安全。為了切實解決上述問題，筆者建議使用數控加工仿真系統代替數控機床實際操作。

二 數控加工仿真系統的產生

進入信息時代，虛擬現實理論和技術獲得很大的突破，出現了一種計算機仿真培訓系統，可以對實際設備的加工環境以及工作的實際狀態進行準確的模擬。在學習的過程中使用計算機仿真培訓系統，不僅會讓學習者的素質得到有效的提升，同時比較安全，花費的費用相對較少。國內很多學校在教學中已經引進計算機仿真系統，在培養數控操作人才中也得到了廣泛的應用。簡而言之，就是借助計算機技術以及其他專門的硬件、軟件，模擬真實的場景，在這個仿真的場景下參與者通過交互體驗會產生一種真實的感覺，對操作者實際工作能力的培養很有利。

三 數控加工仿真系統的應用方法

1.數控加工仿真系統應用的過程

第一，數控加工仿真系統的選用。當前市場上的數控仿真系統軟件有很多種，如北京斐克公司VNUC數控仿真軟件、南京宇航數控仿真軟件等等。通過多方面的比較，筆者認為北京斐克公司VNUC數控仿真軟件具有較好的性能，其在教學輔助中具有較高的價值。該仿真軟件可以仿真數控車床、數控銑床和數控加工中心加工零件的全過程。其中主要有定義毛坯、刀具準備、基準測量等多項功能，內存的數控系統也比較多，涵蓋FANUC、SIEMENS等多種系統，具有仿真多種機床、多種系統的能力。

第二，定義毛坯及選擇刀具。在數控仿真軟件的輔助下，和數控機床以及相關工藝知識有效地結合在一起，選擇符合學校情況的系統類型以及機床型號；以加工零件的形狀對工件毛坯的材料和大小進行定義，選擇合適的工件裝夾形式，在刀具庫中選擇合適的刀具。

第三，手工編程及零件加工。零件的尺寸、過程、參數、刀具的位置等是數控機床加工所需的信息，這些信息在編碼的操控下執行一系列命令。數控編程對學生的思維以及專業技術要求較高。學生編制的程序通過教師的審批確認是否正確。這種教學方式需要教師逐個查閱學生編寫的程序，內容比較煩瑣，實際上很多在數控機床上無法通過的程序錯誤教師難以檢查出來。在數控仿真軟件中可以很好地解決該難題，在編輯方式下的程序界面上輸入數控代碼，然后以實際數控機床操作回到參考點，對刀――設定刀具補償。自動運行編寫程序，加工的全過程均可以觀看，自主判斷程序的正確性。讓學生對知識更容易掌握，凸顯仿真軟件在教學中的優點。

2.恰當運用數控加工仿真系統，充分發揮其在實習教學中的作用

在實習教學中可以使用數控加工仿真系統進行數控編程和操作。教師在實習教學中要重視使用數控仿真系統的方法，在數控教學中初期的感性訓練、訓練基本程序以及指令代碼的編寫可以在數控教學仿真軟件中完成，而并不是采用仿真軟件進行全過程的教學活動。在數控課程中可以使用數控加工仿真系統，作為輔助訓練學生實際操作的工具。教師要重視在教學過程中使用數控加工仿真系統的方法，明確在教學過程中數控加工仿真系統的位置，在教學的過程中不能輕視教師的引導作用而過分依賴數控加工仿真系統，也不能不重視學生在教學中的感受，教師在教學的過程中需要有辨別并科學地使用數控加工仿真系統，以便于提升數控教學的質量和水平。同時也應該重視學生的實際加工能力，不僅要充分運用仿真軟件，還要有效地提升學生的操作能力和水平，保證數控教學科學、客觀地開展并具有較強的實效性。

3.科學安排教學內容，循序漸進地掌握數控編程與操作

進行實習的時候，筆者建議把教學內容劃分為三個模塊。第一個模塊為基礎，主要對FANUC數控系統的編程方法和操作技巧進行詳細的介紹和講解。該部分雖然比較基礎，卻是教學的重點，學生必須熟練掌握，并活學活用。第二個模塊為提高，對SIEMENS數控系統的編程與操作進行細致的講解，讓學生在不同的數控系統下均具有較強的應用能力。第三個模塊為拓展，主要對華中數控系統的編程與操作方法進行講解，拓展學生的知識面。這三個模塊相互促進、相互影響，讓學生的動手能力得到有效的提升，滿足社會對綜合性人才的需求。

4.活用教學方法

和本科學生相比，高職學生學習基礎較差，教師教學很困難，如果還使用傳統的教學方式，不僅難以引起學生的興趣，而且教學質量也難以提升。應使用先進的教學方法、手段來激發學生的學習興趣。一般而言，從事數控教學的教師教學水平較高，具有較強的數控能力，可以熟練使用多種教學方式。教師在教學的過程中應以學生為主體，教學中促進學生手腦并用，改變學生的學習觀念，讓其由“要我學習”變為“我要學習”。

5.正確進行教學評價

教學評價主要包括學生的自我評價、學生間的相互評價以及教師評價。在計算機上使用數控加工仿真系統進行課程的學習，筆者建議以教師評價為主，及時登記每次的練習成績。評價方式多種多樣，可以是課堂測試也可以是口頭評價，試題測試又分為兩部分：課題測試、期末測試。教師口頭評價學生的時候應注意選擇激勵的語言以及措辭，對表現不好的學生不宜直接批評，應該使用激勵的語言，對做得好的部分加以鼓勵，不好的地方委婉地表述，并給出具體的改進措施。在課堂上進行測試應該具有一定的目的性，題目不應該過難，通過課堂測試教師了解到學生學習中的不足并且提高學生的學習熱情和意識。教學評價的本質是促進學生學習，教師應該掌握科學的評價方法，多用鼓勵性的評價方式，不斷提升學生學習的興趣和積極性。

6.數控加工仿真系統的應用優點

使用教學仿真軟件沒有安全上的顧慮。讓學生在仿真系統上進行技能訓練，訓練的費用能極大地降低，如果按照50臺計算機和50套仿真訓練系統來計算，花費的資金僅僅能購買一臺價值30多萬元的數控機床，卻可以解決50～200位處于初學階段學生的技能訓練問題，學生可以輕松地初始化實習進程，保存未訓練完成的項目，在反復的訓練中可以有效地提升自身的操作能力，提升教學效果的同時，實習成本也得以有效的降低。

和實際加工相比，機床操作面板的使用與零件的加工幾乎一模一樣，數控機床加工過程中學生可以從任意角度進行觀察，直接觀察毛坯――成品的過程，形象的畫面可以很好地激發學生學習的積極性和動力，對學生學習和掌握知識極為有利，在課堂上隨機檢查編程與操作的作業，每次都有合理的結果，可以培養學生濃厚的學習興趣。

四 結束語

在教學中使用數控加工仿真軟件，對學生綜合職業素質的全面提升具有很好的促進作用，不僅使學生獨立思考以及創新的意識得到培養，更讓學生勇于鍛煉。作為數控教師，在教學的過程中應該摒棄傳統的教育教學理念，充分領悟新課改精神，踐行素質教育理念，在思考中產生問題，在思考中解決問題，采用積極的措施，很好地使用仿真軟件，有效地提升數控教育教學質量。

參考文獻

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實習教學是職業教育的主要內容,它體現學生對所學專業的技能訓練掌握的程度,技能在職業學校教育中起主導作用,隨著數控加工仿真系統的越來越完善,在數控技術實習教學中也發揮著越來越重要的作用。數控加工仿真系統是結合機床廠家實際加工制造經驗與高校(含職業技術學院、中等專業學校、技工學校和職業學校)教學訓

練一體所開發的一種機床控制虛擬仿真系統軟件,可以滿足大批量學生教學需求。

一、計算機數控加工仿真系統的概念

計算機仿真就是借助計算機,利用系統模型對實際系統進行實驗研究的過程,分析復雜的動態對象,仿真是一種有效的方法,可以減少風險,縮短設計和制造的周期,并節約投資。數控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程,是驗證數控加工程序的可靠性和預測切削過程的有力工具,以減少工件的試切,提高生產效率。它隨著計算機技術的發展而迅速地發展,在仿真中占有越來越重要的地位。

二、計算機數控加工仿真系統的產生

數控機床加工零件是靠數控指令和程序控制完成的。為確保數控程序的正確性,防止加工過程中干涉和碰撞的發生,在實際生產中,常采用試切的方法進行檢驗,但這種方法費工費料,代價昂貴,使生產成本上升,增加了產品加工時間和生產周期。后來又采用軌跡顯示法,即以劃針或筆代替刀具,以著色板或紙代替工件來仿真刀具運動軌跡的二維圖形,有相當大的局限性。對于工件的三維和多維加工,也有用易切削的材料代替工件(如,石蠟、木料、改性樹脂和塑料等)來檢驗加工的切削軌跡。但是,試切要占用數控機床和加工現場。為此,這些方法都存在弊端,將其不斷發展和完善,逐步找到一種能逐步代替試切的計算機仿真方法,并在試切環境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進展,于是計算機數控加工仿真系統的出現成為必然。

三、計算機數控加工仿真系統的使用現狀

數控機床的切削加工過程仿真屬于幾何仿真,既不考慮切削參數、切削力及其它物理因素的影響,只對機床操作全過程和加工運行全環境的仿真,以驗證程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯誤而導致的機床損傷、夾具

破壞或刀具折斷、零件報廢等問題;同時可以減少從產品設計到制造的時間,降低生產成本。

四、計算機數控加工仿真系統在數控實習教學中的應用

數控加工仿真系統已經成為國家職業資格鑒定考試中不可或缺的一部分,從中也可看出仿真系統在數控實習教學中的重要性和普遍性。

1.仿真系統界面完全模擬真實數控機床的控制面板和顯示屏幕,真正實現虛擬狀態下的真實場景。學生利用該仿真系統進行模擬真實機床的操作,同樣會達到操作真實設備和代替實物操作訓練的目的,并且安全可靠。由于大部分的實訓活動可以在仿真系統中實現,使用仿真軟件將大大減少在數控機床設備上的資金投入,從而可以加快當前緊缺數控加工操作技術人員的培訓速度,也大大減少工件材料和能源的消耗,從而可以降低培訓成本。同時,具備多媒體教學特點的動態仿真操作使教學形象生動、內容流暢易懂。互動教學功能使得教師既可以以廣播的方式在每個學生的屏幕上演示其教學內容。教師也可以在自己屏幕上看到每個學生的操作情況,實時了解教學情況。

2.學生可以直觀地觀看工件的仿真加工過程,熟練掌握機床的操作步驟和加工流程,并能夠實現直接測量和檢驗加工后的工件,完全實現了真實加工再現。

首先,在仿真系統上,可以實現機床的選擇、刀具的安裝、切削用量的確定及對刀等一系列操作,具備圖形模擬演示功能,可以直觀地觀察刀具和工件的相對運動和加工情況。

同時,在機床運行和加工過程中,能夠及時提供程序錯誤或超行程等報警信息,教師或學生能夠根據報警信息進行分析,從而發現故障原因和作出相應的解決措施。

3.計算機數控加工仿真系統提供了一個采用虛擬機床替代真實機床進行實習訓練的平臺,在降低費用的同時保證實習效果,既講經濟又求實效。

總之,數控技術專業職業能力的培養,要求學生必須進行大量的動手操作訓練,而數控設備價格相對昂貴,受資金等各方面條件制約,大部分職業院校很難真正做到滿足實踐教學的要求。在教學中引入數控加工仿真技術,為解決此類問題開辟了一條蹊徑。

參考文獻:

[1]宇龍數控仿真系統說明書.

篇7

一

常規的原理課程的講解一般分兩部分，一部分在教室講解原理，另一部分在實驗室講解實際操作，這樣必然增加了課時，也使教學內容不連續。

計算機輔助控制系統是以計算機為媒體開發的，通用性較強，在屏幕上能夠顯示和機床操作面板一模一樣的界面；以動態的模擬顯示代替機床實際運行并且還能夠提示操作信息，如編程錯誤信息和操作失誤機床碰撞報警信息等，使數控機床的編程操作易于課堂化教學，從而既減少了機床設備和實習的損耗，又大大提高了教學效率。

數控加工仿真系統功能較為完善，其中語法診斷和模擬示教功能可以使學生進行人機交互式學習，即由學生輸入NC程序，在模擬運行過程中，系統能及時提供錯誤信息，刀具相對移動軌跡，以及最終加工的立體效果，學生經過簡單判斷就能很容易地發現和修改NC程序的錯誤，從而大大減輕了教師批改學生NC程序作業時的負擔，使教師能夠集中精力幫助學生解決實際問題，保證了教學質量，使教學效果得到了顯著增強。

數控加工仿真系統是結合機床廠家實際加工制造經驗與高校（含職業技術學院、中等專業學校、技工學校和職業學校）教學訓練一體所開發的一種機床控制虛擬仿真系統軟件，可以滿足大批量學生的教學需求。數控加工設備價格昂貴、占地面積大，而數控仿真系統軟件可以在微機平臺上運行，解決了培訓時學員多機床設備少的問題，并為學校節省了大量設備購置經費。它可以對數控裝置進行仿真操作，實踐課程教學的目的主要是對原理的驗證。學生可利用此軟件進行仿真操作，同樣會收到真實設備的教學效果。

此系統還可以依據不同的客戶要求進行設計，尤其適于初學者的入門過程。通過該軟件可以使學生達到實物操作訓練的目的，并且安全可靠。通過動態的仿真操作，教學過程易教易學，教學效果顯著增強。

其優點在于：（1）系統完全模擬真實CNC機床的控制面板和屏幕顯現，可輕松操作。（2）在虛擬環境下對NC代碼的切削狀態進行檢驗，操作安全。（3）用戶可看到真實的三維加工仿真過程，仔細檢查加工后的工件，可以更迅速地掌握CNC機床的操作過程，過程逼真。（4）采用虛擬機床替代真實機床進行培訓，在降低費用的同時獲得更佳的培訓效果，使用更經濟。

數控加工仿真系統具有FANUC、SIEMENS等眾多數控系統功能，學生通過在PC機上操作該軟件，能在很短時間內掌握數控車、數控銑及加工中心的操作，可手動或CAD/CAM編程和加工。教師通過網絡教學，監看窗口滾動控制，可隨時獲得學生信息。其具有多媒體教學的特點。

二

如何運用這套軟件進行教學呢？我們在教學中主要從以下幾個方面進行探索與實踐。

1.靈活應用教學方法，變學生被動學習為主動學習。

現在，由于大部分學習基礎好的學生選擇上大學，職業技術學校教學很困難，傳統的教學方式已很難使學生接受，因此，利用先進的教學方法、教學手段提高學生的學習興趣顯得尤為重要。數控專業教師應有較高的教學水平和教學能力，有較強的數控職業能力即數控編程能力、工藝處理能力、實際動手能力、自動編程能力，能較為嫻熟地運用行動導向的教學方法，在課堂教學真正體現以學生為主體，突出顯示學生動手動腦的活動，變學生被動學習為主動學習。在教學過程中，教師起引導作用，即對學生活動中遇到困難或無法下手的問題進行引導、講解。在課堂教學中每節課的知識點盡可能集中，深入淺出，便于學生掌握編程方法與技巧。

2.恰當運用數控加工仿真系統，充分發揮其在課堂教學中的作用。

數控加工仿真系統主要應用于數控編程與操作這一理論教學課程，還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。教師應十分重視數控加工仿真系統在教學中的應用方法，擺正數控加工仿真系統在教學中的位置，既不能完全依賴數控加工仿真系統放棄教師在教學中的引導作用，又不能在教學中教師唱獨角戲采用常規的教學模式而忽視數控加工仿真系統的應用，應該科學地、充分地發揮數控加工仿真系統在教學中的作用。

3.科學安排教學內容，循序漸進掌握數控編程與操作技巧。

在教學過程中教學內容的安排分為三個模塊。其一為基礎模塊，主要講解與訓練最常用的FANUC數控系統中的數控車床、數控銑床、數控加工中心的編程方法、操作及應用，這一模塊是教學重點，必須使學生熟練掌握，靈活應用；其二為提高模塊，主要講解與訓練SIEMENS數控系統的三種機床的編程與操作，幫助學生進一步增強不同在數控系統下對不同數控機床的編程方法的理解與應用能力；模塊三為拓展模塊，主要講解國產數控數控系統中的華中數控系統和廣州數控系統中的數控車床的編程與操作方法，擴大學生的知識面，提高學生對不同操作系統、不同操作面板的編程與操作能力。這三個模塊的教學可根據學生不同層次進行安排，中專中技層次難度較低，高技大專層次難度稍大，三個模塊課時較多。這樣，學生在從業時能夠信心十足地面對所操作的數控機床，較快適應所從事的工作。

4.正確進行教學評價，增強學生的學習意識和自覺性。

教學時所進行的教學評價包括學生的自我評價、學生相互之間的評價和教師評價。上機應用數控加工仿真系統進行數控編程與操作練習時以教師評價為主，對每次的練習成績及時登記。評價方法包括口頭評價和試題測評，而試題測評方法包括課題測評及期末測評。教師對學生進行口頭評價時應注意方式和語言的選擇，對做得不好的學生不采用直接批評的方法，只是指出該學生哪些地方做得好，哪些不太好，應如何改進。課堂測試應有較強的目的性，不是難為學生，而是通過對學生進行測試，增強學生的學習意識，提高學習熱情，增強學習的自覺性和自信心，因此，測試題應與課堂教學、上機應用數控加工仿真系統的練習要求相適應。考前的復習應有較強的目的性，不應超出范圍，課程的總評成績不過分注重一次期末考試結果，而是更多地、客觀地關注學生在整個學習過程中的學習效果。教師有明確的教學目的，逐個系統、逐種機床進行講解及安排練習，因人施教，因材施教，恰到好處。

數控操作工按國家職業技能鑒定標準分成兩大內容：理論考核和技能考核。其中技能考核分成五個模塊：數控機床操作（利用手工編程加工實際零件）、工藝編制、CAD計算機繪圖、數控機床現場排故分析與講解、CAM自動編程模塊。數控機床三、四級操作工技能考核僅考核其中第一模塊，即手工編程加工零件的數控機床操作模塊。如果按常規考核將技能操作考核模塊全部安排在數控機床上進行，一般需占用數控機床4—6小時。我們采用數控加工仿真系統軟件輔試，考生拿到所考核的零件圖紙后，先在數控加工仿真系統的數控車（或銑）床上手工編程，檢驗合格后將程序通過數據傳輸送入數控機床進行加工，這樣減少了在機床上手工編程、輸入程序、校驗程序、仿真加工的時間，占用數控機床僅約2小時，使占機時間至少縮短50%，鑒定效率大為提高，同時也大大提高了鑒定時的安全性。為了減少刀具和材料的消耗、進一步縮短上數控機床操作時間，也可將操作題目分成兩個零件，將難度大的零件用手工編程在數控加工仿真系統上模擬加工，而將難度較小、用材較少的零件模擬仿真后再在數控機床上加工。

對數控加工仿真軟件在教學和鑒定中的應用研究尚處于研究探索階段，只要積極思考其在應用中產生的問題，主動采取應對措施，正確發揮其在教學和鑒定中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

篇8

在實際應用中，CAXA制造工程師和宇龍仿真系統的有機結合能夠相互彌補對方的不足，對于提高程序的編寫效率和其正確性驗證有著廣泛的應用價值和意義。

一、應用CAXA制造工程師進行自動編程

1.生成如圖1所示的可樂瓶底凹模實體造型（過程略）

2.零件的加工工藝分析

（1）零件圖的分析。該零件的材料為硬鋁，毛坯尺寸為120mm×120mm×50mm。在零件上有一個加工特征：可樂瓶底凹模型腔曲面。由于零件呈前后、左右對稱，故工件坐標系原點設定在工件上表面的中心。

（2）刀具的選擇。由于工件的材料為硬鋁，切削性能較好，選用高速鋼立銑刀即可滿足工藝要求。粗加工時選擇φ6mm的圓柱直柄平底刀，精加工時選擇φ5mm的球頭刀。

（3）工件的裝夾。工件毛坯外形為長方體，為使其定位和裝夾準確可靠，選擇機用虎鉗進行裝夾。

3.工藝路線制定

采用先粗后精的加工順序：粗加工采用等高線粗加工，精加工采用參數線精加工。

4.生成零件的加工軌跡

（1）用CAXA制造工程師生成零件的粗加工軌跡。如圖2和圖3所示，操作依次為：雙擊加工管理樹中的選項選中單擊按鈕單擊【確定】按鈕。

接下來，單擊菜單欄中的【加工】選項，然后依次選擇【粗加工】【等高線粗加工】按表1所示進行參數設置單擊【確定】按鈕。結果如圖4所示。

最后，根據提示拾取可樂瓶底凹模作為加工對象，然后拾取加工邊界，直接單擊右鍵確定（默認零件的外輪廓為加工邊界），即生成等高線粗加工軌跡。

（2）用CAXA制造工程師生成零件的精加工軌跡。單擊菜單欄中的【加工】，然后依次單擊【精加工】單擊【參數線精加工】按表2進行參數設置單擊【確定】按鈕，結果如圖5所示。

最后，根據提示拾取可樂瓶底凹模作為加工對象，然后單擊右鍵“確定”，再依次執行以下操作：拾取進刀點切換加工方向（若不需要切換可直接單擊右鍵確定）改變曲面方向（若不需要改變可直接單擊右鍵確定）拾取干涉面（若沒有可直接單擊右鍵確定），即生成參數線精加工軌跡。

（3）自動生成數控加工程序。如圖6所示，單擊加工管理樹中的選項，再依次單擊菜單欄中的【加工】【后置處理】【生成G代碼】輸入文件名單擊【保存】單擊右鍵，即可生成數控加工程序，如圖7所示（由于程序段較多，順序號超過了4位，故設置成不輸出程序段順序號）。

二、應用宇龍數控加工仿真系統進行仿真加工

1.機床參數設置和基本操作

（1）啟動宇龍仿真軟件，單擊（選擇機床），選擇常用的FANUC0I數控系統和立式加工中心，如圖8所示，控制面板如圖9所示。

（2）單擊（定義毛坯），定義毛坯的外形、材料和尺寸，如圖10所示。

（3）單擊（夾具），選擇夾具，如圖11所示。

（4）單擊（放置零件），安裝零件，如圖12所示。

（5）單擊（選擇刀具），如圖13所示。

（6）按照實際數控機床的操作步驟，進行系統上電啟動、旋出急停按鈕和回參考點的操作（一般是+X、+Y和+Z向回參考點，回到參考點后指示燈亮）。

（7）對刀。單擊（基準工具），選擇φ14mm的尋邊器，再單擊【塞尺檢查】，選擇1mm的塞尺。先采用手動而后采用手動脈沖的方式使尋邊器向工件右側面靠近，當提示塞尺檢查的結果合適時，記下此時的X坐標-232.000mm。由于選擇工件上表面的中心作為工件坐標系原點，故工件坐標系原點相對于參考點的X坐標為X=-232.000-60-1-7=-300.000（mm）（其中60mm為工件長度的一半，1mm為塞尺尺寸，7mm為尋邊器半徑）。接下來單擊，再選中并單擊屏幕中下面對應的軟鍵，將光標移動到G54對應的X坐標，輸入“-300.000”，單擊或單擊屏幕中下面對應的軟鍵，即可完成X向對刀。使用同樣的方法可得到工件坐標系原點相對于參考點的Y坐標為Y=-215.000mm，輸入后即可完成Y向對刀。通過MDI方式將1號刀裝到主軸上，單擊【塞尺檢查】，選擇100mm量塊（即Z軸對刀器），先采用手動而后采用手動脈沖的方式使刀具向工件上表面靠近，當提示塞尺檢查的結果合適時，此時工件坐標系原點相對于參考點的Z坐標為Z=-379.000-100=-479.000（mm），輸入后即可完成Z向對刀。同理可以對2號刀進行對刀，將得到的坐標值輸入G55中。對刀后的屏幕界面如圖14所示。

2.數控加工程序的導入和加工

將CAXA制造工程師自動生成的NC程序進行必要的手工編輯后，得到如圖15所示的新程序，然后將其復制到仿真軟件所在盤符的指定文件夾（如安裝在默認的盤符，則指定文件夾為：C：＼Program Files＼數控加工仿真系統＼Examples＼FANUC＼FANUC0立式加工中心＼FANUC0立加G00G01絕對），再將NC程序傳輸至宇龍數控加工仿真軟件中。

篇9

主要內容：

工業化和自動化已經成為制造生產領域的發展主題，隨著智能加工理念和自動化加工需求的不斷深化，以數控機床為代表的新一代自動加工設備開始在制造業中普及開來。我們可以看到數控機床在集成了柔性加工、多維加工、曲面加工和多軸聯動等最新加工技術的同時，還兼容了數字編程和輔助設計等功能，這使得每一個數控機床都能成為一個不同規模的加工中心，滿足不同的加工需求。但是正是由于數控機床的功能多樣性，使得數控機床的操作要求十分嚴格，操作者不僅需要具備扎實的機械加工基礎知識和操作技能，還需要對數控編程技巧、數控加工技術原理和加工工藝制定等具備一定的知識儲備，這就對當前的數控機床操作人才的培訓模式提出了很高的要求，如何進一步強化數控機床操作人才培訓的有效性和成材率，這將是本文要集中探討的話題。

一、數控仿真軟件概述

從技術層面來看，數控仿真軟件集成了虛擬現實技術和計算機圖形學技術，并且能夠實現虛擬現實的數控機床操作試練。虛擬現實技術通過量化實際系統的系統參數、系統環境、聲光電等現象，能夠真實的還原系統操作環境，給與操作者以極高的真實體驗；可以對設備進行操縱，可以查看生產過程、實驗過程、施工圖過程、供應過程等活動的各種技術參數的動態值，從而確認現實系統是否有能力完成預定的任務和如何去完成，也可從中發現運動過程的缺陷和問題，予以改進。

目前來看，數控仿真軟件主要包括了兩種，一種是模擬數控機床加工環境和加工過程的虛擬數控機床仿真軟件，另一種就是以零件設計和加工程序為主線的CAD/CAM一體化軟件。數控機床仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉數控機床的結構組成、工作流程和操作要領，通過外接數據庫，能夠對當前主要的數控機床進行針對性培訓，效果十分突出；零件加工仿真軟件則將重心主要集中在零部件設計、零部件加工工藝設置、數控加工程序編制等環節上，目前常見的零部件仿真軟件主要有solid edge、Pro/engineer、MasterCAM、Solidworks、CAXA等，這些仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉機械加工過程，培養機械專業技能。

二、數控仿真系統在數控機床教學實踐中的應用

在目前的數控機床操作人才培訓中，主要也是針對上述兩種仿真軟件形式，進行針對性極強的教學實踐培訓，詳細應用內容如下所述：

1）數控機床仿真軟件在數控機床實踐教學中的應用

數控機床仿真軟件是基于虛擬現實系統平臺而搭建起來的操作系統，它可以在虛擬現實數控機床數據庫的支持下，完美的再現當前主要數控機床的結構組成和工作環境，在數控機床的教學實踐過程中，首要科目是要熟悉數控機床的結構組成，受到經濟條件的限制，多數數控機床加工學校很難對當前的各種類型的數控機床進行現場拆裝，數控機床仿真軟件中的模塊分解過程能夠實現全息裝配過程，仿照真實數控機床零部件尺寸，進行的實際工業化裝配流程的演練，能夠進一步加深學生對于數控機床的進給系統、多軸聯動系統、曲面加工系統的空間形象的理解；其次是典型加工工藝的教學實踐，數控機床仿真軟件能夠對工件毛胚定位、工件裝夾、夾具工作原理、壓板安裝流程、加工基準對刀原則、刀具安裝和選用規范、機床手動操作和自動操作指令條碼等，進行逐一的繁復講解，而且允許學生在課后進行溫習和嘗試；再者是完善的圖形數據和加工標準數據庫資料，使得學生可以在仿真軟件自帶的典型數控機床編程程序的指導下，進行實際編程，并且在虛擬加工平臺上，對自定義的工件進行工藝設定，并且檢查加工工件的尺寸誤差和質量達標情況；該仿真軟件系統結合自動化考核系統，能夠實現教學、實踐和考核一體化的培訓模式。

2）零部件加工仿真軟件的教學實踐應用

熟知零部件的造型原理和加工工藝流程是保證數控機床操作者能夠進行復雜加工過程的技術基礎，零部件加工仿真軟件為學習者提供了一個高仿真度的零部件數模設計，包括了曲面造型設計和參數化設計這兩種主要的形式，對于簡單曲面造型和復雜曲面的造型原理都能有一個清晰的理解過程；其次是對零部件加工工藝的熟悉過程，工件加工的第一道工序是要進行基準對刀，不同的零件對刀的原則和位置選擇都大相徑庭，比如軸對稱零部件、桿件、板件、螺旋件以及內內孔加工等等，這都需要學生們在平時的學習過程中熟練的分析不同類型零部件的加工工藝選擇準則；再者是對數控加工刀具的走刀過程和走刀程序進行針對性的講解，這種直觀的培訓模式有助于學生養成數控加工思維，結合實踐性極強的零部件金工實習，使得學生們在自己動手加工典型零部件時，對于零部件造型保持的關鍵性因素、令不加加工失效的主要原因以及加工過程的重點注意事項都能有一個直觀而且親身經歷的過程，經過這種培訓模式所培養出來的數控機床操作人才將兼具專業知識背景和機床操作技能，能夠適應快節奏、高技術含量的操作需求。

總結：

隨著自動化技術和機械加工技術的不斷發展，數控加工已經成為機械加工領域使用最為廣泛的技術形式。數控機床的使用需要一定的專業知識背景和操作編程經驗，相關操作技術人員已經成為當前機械加工市場的稀缺人才。本文概述了數控加工仿真系統在數控機床教學領域的應用現狀，并就完善數控仿真軟件的教學價值提供了新的思路。

篇10

一、數控加工仿真系統及其在教學中的意義：

仿真模擬技術是指使用儀器設備、模型、計算機虛擬技術，以及以利用場地、環境的布置，模擬出真實的工作程序、工作環境、技術指標、動作要求，進行科學研究、工業設計，模擬生產、教學訓練和考核鑒定等的一項綜合技術。該技術正在得到教育培訓領域廣泛的重視和應用，數控加工仿真系統就是其中之一，其意義有以下兩方面：

1、提高學生學習興趣，變被動接受為主動學習

引入數控加工仿真系統進行教學以后，學生所編程序可以直接在計算機數控加工仿真系統的模擬加工演示，對程序編寫和書寫的錯誤能直接看出，機床操作面板的使用與零件的加工過程也和實際加工情況十分相似，學生可以從任意角度觀察數控機床加工過程，毛坯加工為成品的過程歷歷在目，直觀形象，便于學習與掌握；編程與操作的作業可以直接在計算機上檢查，每次有檢查，次次有結果，使學生對這門課程有了濃厚的學習興趣，常常是剛上完這一堂課又急切地盼望著下一堂課的到來，甚至提出增加課時，學生的學習主動性與積極性大為提高。

2、技能訓練與鑒定應用數控加工仿真系統可以降低訓練成本提高訓練效率和安全性

數控機床是一種較為昂貴的機電一體化的新型設備，如果初學時就讓學生直接在數控機床上操作，可能出現撞壞車刀、損壞工件于機床、浪費材料等現象，甚至因操作失誤對學生造成人身危害。引入數控加工仿真系統進行技能操作與鑒定，可以大大降低訓練與鑒定的消耗，約50個機位的計算機包括50個結點的正版數控加工仿真軟件，所需費相當于一臺三十萬元的數控機床，卻能解決50―150個學生的初階段的技能訓練問題，學生可以輕松對實習過程進行初始化，對未能完成的實習實行狀態存貯，對已完成的實習課題進行調入回顧，而后在進行幾次實際操作就能達到事半功倍的效果，大大提高了實習效率降低了實習成本；鑒定中應用數控架空仿真系統可以減少考生占用數控機床的時間約50%，考生可以將編程與程序校驗時間放在計算機上完成，然后通過數據傳輸將所編程序輸入數控機床，對零件進行加工，安全性和鑒定效率均大為提高。

二、應用仿真模擬教學應注意的問題

1、編程理論與仿真模擬相結合

數控加工仿真系統主要應用于編程與操作這一理論教學課程，還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。教師應十分重視數控加工仿真系統的在教學中的應用方法，擺正數控加工仿真系統在教學中的位置，既不能完全依賴數控加工仿真系統，放棄教師在教學中的引導作用，也不能在教學中教師唱獨角戲采用常規的教學模式而無視數控加工仿真系統在教學中的作用。

2、科學安排教學內容，循序漸進掌握數控編程與操作技巧

在教學過程中教學內容的安排分為三個模塊。其一為基礎模塊，主要講解與訓練最常用的FANUC數控系統中的數控車床、數控銑床、數控加工中心的編程方法、操作及應用，這一模塊是教學重點，必須使學生熟練掌握，靈活應用：其二為提高模塊，主要講解與訓練SIEMENS數控系統的三種機床的編程與操作，以幫助學生進一步加強在不同數控系統下對不同數控機床的編程方法的理解與應用能力：模塊三為擴展模塊，主要講解國產數控系統中的華中數控系統和廣州數控系統中數控車床的編程與操作方法，擴大學生的知識面，提高學生對不同操作系統、不同操作面板的編程與操作能力。這樣，學生在從業時能夠信心十足的面對所操作的數控機床，較快適應所從事的工作。

3、正確進行教學評價，提高學生的學習意識和自覺性

教學時所進行的教學評價包括學生的自我評價、學生互相之

間的評價和教師評價。上機應用數控加工仿真系統進行數控編程與操作練習時以教師評價為主，對每次的練習成績及時登記。評價方法包括口頭評價和試題測評，而試題測評方法包括課題測評及期末測評。教師對學生進行口頭評價時應注意方式和語言的選擇，對做得不好的學生不采用直接批評的方法，只是指出該學生哪些地方做得好，哪些不太好，應如何改進。課堂測試應有較強的目的性，不是難為學生，而是通過對學生進行測試，來提高學生的學習意識、學習熱情，學習的自覺性和自信心，因此，測試題應與課堂教學、上機應用數控加工仿真系統的練習要求相適應。考前的復習應有較強的目的性，不應超出范圍，課程的總評成績不過分注重一次期末考試結果，而是更多地、客觀地關注學生在整個學習過程中的學習效果。教師在教學中有明確的教學目的，逐個系統、逐種機床進行講解及安排練習，因人施教，因材施教，恰到好處。

4.反饋完善數控加工仿真系統，克服其負面效應

篇11

一、數控仿真軟件在數控加工技術教學中的作用

第一，通過數控仿真軟件能夠彌補設備與師資缺乏，增強學生動手實踐能力，對學生技能操作熟練程度的提升更有利。利用仿真軟件展開模擬操作，可為學生提供更多的實習機會，縮短新授知識轉變為技能的周期。如一個班級中約有30個人，3臺機床，平均每臺機床約10個人，每次實習時間約3小時，而每個人的實際操作時間僅有18分鐘，在如此短暫時間內，很難達到預期的效果。若我們利用每所學校均有的微機室，將3小時換作與實際機床基本相同的仿真操作的話，可保證所有學生均有足夠時間來動手，提升操作熟練程度，為下一步實際操作做足準備。

第二，提供了多類機床與多類系統。現今數控機床的種類與系統廠家相當多，教學時可結合需要選擇對應機床與系統完成對學生的授課，增強了學生對不同數控系統與不同數控機床的適應能力。

第三，通過數控仿真軟件可更好結合理論學習，實現同步教學。若通過仿真軟件一邊演示一邊教學，借助車刀與工件運動來顯示指令軌跡，學生更易理解，還可親手操作以加深認識，理論與實踐相互融合，增強了教學質量。

二、數控加工技術課程的數控仿真軟件教學要點

1.引導學生正確選用數控加工仿真系統，提高教學質量

數控仿真軟件可通過計算機把所編制程序，在二維圖或三維圖的基礎上通過動態方式把整個數控加工過程更生動地展現出來。現今有影響力、有代表性的數控仿真軟件包括上海宇龍、斯沃仿真、南京宇航等。但具體選擇哪種仿真軟件，還應綜合分析仿真系統里操作面與實訓教學機床的匹配性，保證仿真系統里所用到的數控系統應與教材教學選擇的數控系統或機床相符，并考慮數控仿真系統功能是否滿足教學要求與仿真軟件及CAD/CAM軟件配套性，如通過CAD/CAM軟件后置處理所生成的程序可否調入仿真系統進件虛擬加工，在仿真軟件運行驗證符合要求的程序可否在真實機床里加工等。筆者學校在實際操作中選用了上海宇龍數控仿真軟件，軟件基本可兼容目前國內已有的大部分數控系統，如FANUC、SIEMENS、廣州數控等。仿真軟件完全模擬真實的數控機床操作，能清晰仿真整個數控加工環節。學生在學習過程中能夠更快速地了解數控機床編程與操作技能。

2.科學應用仿真軟件，增強學生學習興趣

過去在黑板上講授不同按鍵名稱、作用與操作方法，實質上是一件費力不討好的事，學習者感覺枯燥，教師也乏味。但若將數控仿真軟件用于數控加工技術課程中，學生所編程序能夠直接在計算機數控加工仿真軟件中進行模擬加工演示。由于機床操作面板的使用及零件加工過程均與實際加工情況類似，學生可從任意角度了解、掌握數控機床加工過程，毛坯加工變作成品的過程真實形象，更利于知識點的掌握。利用數控仿真軟件，基于學生學習中遇到的各種困難及問題給予講解、引導、示范操作，可以克服所有的學習困難，解決問題，增強學生學習興趣。此外，數控仿真軟件再先進，終究不是真實的，數控系統種類多，統一數控系統應用于不同廠家生產的數控機床上，實際操作中也存在諸多差異，研發人員無法全面掌握這些具體細節，仿真軟件產品會出現一些與真實機床不同的感覺。教師還應為學生清楚講述軟件與實際機床不符之處，并結合機床真實情況為學生展開針對性教學，以免讓學生出現誤解，不利于將來機床編程與實操。

3.合理安排教學內容，循序漸進掌握數控知識

數控加工技術課程教學中應合理安排教學內容，在教學前將知識點給予有效安排，大致分作三個模塊，即基礎模式、提高模塊與拓展模塊。首先，基礎模塊重點講述訓練中常用到的FANUC數控系統相關數控車床、數控加工中心編程方法、操作及應用知識，該模塊屬于教學基礎，也屬于教學的重點，要求學生務必熟練掌握，并能做到知識的靈活運用;其次，提高模塊重點講述并訓練SIEMENS數控系統相關三種機床編程與操作，增強學生在不同數控系統下進行不同數控機床編程的操作能力與理解能力;最后，拓展模塊重點講述國產數控系統里的華中數控系統與廣州數控系統里的數控車床編程及操作技巧，拓寬學生知識面，增強學生對不同操作系統、不同操作面板的編程及實踐操作能力。唯有如此，學生方可更牢固地掌握各種數控加工知識，步入社會后能盡快適應崗位工作要求，提高工作能力。

4.仿真軟件學習與機床實際操作訓練同時進行

數控仿真軟件不僅可用于數控加工技術課程教學中，還可作為數控操作技能訓練輔助工具。教師應擺正數控仿真系統在教學中的位置，不可讓學生養成一味依賴數控仿真軟件的習慣，而忽視了機床實際操作練習的重要性。教師需結合課程總共的學習時間，科學分配仿真軟件學習與機床實際操作訓練二者的時間比例，充分認識到數控仿真軟件的應用優勢主要體現在入門基礎訓練上，而學生實踐操作技能的提升關鍵還是要通過大量的機床實際操作訓練。學校需合理制訂教學計劃，在數控仿真軟件課程學習前，就先組織學生到附近工廠實習，讓學生對各類加工方法有更深的感性認識。同時，數控機床課程與數控加工工藝課程也應安排在數控仿真軟件學習訓練前，讓學生掌握更多機床操作方法、加工方法與切削用量選擇方法，更利于學生理解與掌握數控仿真各環節要點，進而讓數控仿真軟件真正在數控加工技術課程中發揮作用，達到“砍柴不誤磨刀功”之效。

總之，數控仿真軟件將逐漸變成我國數控教學中的主要手段，不但能夠解決占用過多實驗設備時間的問題，還可提升學生對數控加工的認識，還可為學生提供檢驗自行編寫程序正確性的有效手段。不過，把數控仿真軟件應用于數控加工教學里也有諸多不足，在應用過程中還應不斷改進與完善，使其更好為數控教學服務，提高教學質量，為社會培育出一批批實踐能力強的新型數控人才。

參考文獻：

[1]叢娟，叢樹林.基于數控仿真軟件的數控加工工藝與編程課程改革[J].遼寧高職學報，2011（3）.

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隨著數控技術的快速發展，數控機床已經成為現代制造業的主要裝備，使制造技術進入了數控技術的新時代。合理有效的應用數控仿真系統，把專業理論編程與操作課，變成在計算機上利用仿真軟件的多媒體教學，激發學習興趣，就可以快速提高中職院校學生的數控編程和操作能力，為學生實際操作機床、進行編程加工打下較好的基礎，從而提高數控教學的效果。

一、數控仿真軟件簡介

隨著虛擬現實技術及計算機技術的發展應用，出現了可以模擬實際機床加工環境及其工作狀態的計算機加工系統，它是一個應用虛擬現實技術于數控加工操作技能培訓的仿真軟件，利用計算機的仿真培訓系統進行學習和培訓，可以迅速提高被培訓人員的理論和實際水平，非常安全而且費用低。

二、數控仿真系統在教學中的應用

1．初次上課以數控仿真教學激發學生技能操作的積極性，用仿真演示激起學生的好奇心和求知的欲望

首先抓住第一節課這一契機，介紹數控編程知識的實用價值，有意識地讓學生了解數控編程與今后工作的密切關系，充分展現數控編程及操作的價值，使更多的學生對數控編程產生濃厚的興趣。老師設計較簡單的零件圖樣進行示范性操作，同時提醒學生認真觀察，掌握操作要領。當機床的模擬切削聲響起來，切屑飛濺，毛坯隨著刀具的加工變成圖樣要求的工件后，學生的好奇心和求知欲極度膨脹，此時也恰是讓學生動手操作，進行模仿的最佳時機。及時表揚學生所取得的成績，鼓勵他們勇于戰勝自己，激發每位學生的學習自信心。讓學生在一種積極的情感體驗中，學習知識，培養動手能力。又提高了課堂教學效果。

2.科學安排教學內容，循環漸進掌握數控編程與操作

在數控教學中，根據教學需要和“以就業為導向”的思想，可將數控編程教學內容安排為兩大模塊，其一為基礎理論模塊，主要講解與訓練最常用的數控機床的編程方法、操作及應用，這一模塊是教學重點，必須使學生熟練掌握、靈活應用，為學生上機床操作奠定基礎。其二為其擴展技能模塊，利用仿真軟件集合了各種數控系統面板的優點，可在基礎模塊訓練的基礎上，提高學生對不同操作系統、不同操作面板的操作能力，擴大學生知識面，這樣，學生就業時能夠信心十足的面對操作的數控機床，較快適應所從事的工作，提高他們的就業競爭力。

3．構建多元評價體系，充分調動學生的主動性和積極性。

教學評價直接影響學生學習的主動性和積極性，所以評價要做到；第一，一定是合理的加工工藝，且有一定的彈性，答案不能限制的太死。第二，既要評價技能操作結果，又要評價技能操作的過程。對在技能操作中學生的積極性與表現出來的良好個性品質要給與充分的孤立、肯定嘉獎。第三，轉化評價主客體關系。對學生課堂上的技能操作情況及結果不僅僅有教師來評，還可以讓學生自評或互評。可采用學生討論評價的方式，在討論中發現的問題，得出正確的結果。

4．利用仿真進行教學實驗與研究總結

仿真課結束后，我都及時地引導他們思索，對于學生已經做好的零件，提出學生自己認為還有哪些缺點或更先進的方法。通過討論，看看自己提出來的問題是否別人也存在，并通過小組討論確定其可行性，然后在老師的輔導下，把創新后的零件作出來。對于一些有價值的零件或積極意義的零件，建議他們保留程序并作詳盡的注釋，在實際操作中加工出來，為以后工作的積累重要經驗。實踐證明，我校學生通過數控仿真過關，再進行機床操作的方法，已有不少學生在短時間內掌握數控機床編程與操作。并在省市數控大賽中取得優異成績。

三、數控加工仿真在應用中出現的問題及應對措施。

數控加工仿真系統是一種模擬教學應用軟件，具有強大的生命力。但不能也不可能全盤代替實際機床，在培養過程中我們應從實際出發，在保證學生具備相應的基本理論之后應使學生掌握過硬的操作技能，針對這樣的情況，我們應拿出切實可行的應對措施。

1．作為一個仿真軟件，它與實際機床還是存在很大的區別，仿真軟件無法替代實際機床，也無法替代學生在真實切削加工的實際感受。對此，教師應引起高度重視。必須采用仿真軟件與實際機床相結合的方法來培養學生，在數控仿真訓練之后，必須進行實踐加工。盡最大可能彌補應用數控加工仿真系統進行教學沒有真實切削加工的實際感受這一缺陷。

2．正確引導學生利用數控加工仿真系統進行學習，利用數控加工仿真系統進行學習容易使學生對計算機產生依賴心理，沉湎于仿真加工，而疏于上數控機床操作。這就要求數控教師應提高管理能力和教學水平，合理科學安排數控加工仿真軟件進行技能訓練的時間，加強實際機床的操作。同時，教師要跟學生闡述教學仿真與實際加工的區別，使其對軟件仿真有正確的認識，對實際操作加工有足夠的重視，充分調動學生的求知欲。采用科學管理，有效組織數控仿真教學，從而使仿真教學工作及科學又客觀，即高效又實用。

隨著仿真軟件的快速發展，與實際加工之間的差距越來越小，較高的仿真效果更加明顯，但是畢竟不是真實的機床加工，只有我們在應用過程中做到科學、合理、有效，并積極應對在使用過程中出現的問題，仿真軟件就會起到事半功倍的效果，就可以快速提高職業院校學生的數控編程和操作能力，為學生實際操作機床、進行編程加工打下較好的基礎。

參考文獻：

[1] 上海宇龍軟件工程有限公司：數控加工仿真系統使用手冊，2008

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一、數控加工仿真軟件的選用

數控加工仿真的軟件形式很多，有的是數控機床本身自帶的仿真系統，但這種數控機床的仿真系統在教學中局限性較大，不適于教師教學和學生訓練；還有的是一些先構圖而后自動編程仿真軟件，也不適應手工編程教學的要求；其它如德國的DIANOGOR軟件雖可對所編的程序進行檢驗但操作較為麻煩，且所能適應的數控系統和數控機床不多，不能對學生進行對刀訓練和操作面板的應用訓練。國內還有其它幾種數控加工仿真軟件，但都有一些不盡人意之處。幾經比較，最終我們選擇了南京宇航公司數控加工仿真系統的教學軟件。該軟件是基于虛擬現實的仿真軟件，是一種富有價值的教學輔助工具。

二、數控加工仿真軟件的應用方法

如何運用這套軟件進行教學呢，我們在教學中主要從以下幾個方面進行探索與實踐。

1、靈活應用教學方法，課堂教學中使學生被動學習變為主動學習

現在，由于大部分學習基礎好的學生選擇上大學，職業技術院校教師教學很困難，傳統的教學方式已很難使學生接受，因此，利用先進的教學方法、教學手段來提高學生的學習興趣顯得尤為重要。數控專業教師應有較高的教學水平和教學能力，有較強的數控職業能力即數控編程能力、工藝處理能力、實際動手能力、自動編程能力，能較為嫻熟地運用行動導向的教學方法，在課堂教學真正體現學生為主體，突出顯示學生動手動腦的活動，變學生被動學習為主動學習。在教學過程中，教師起引導作用，即對學生活動中遇到困難或無法下手的問題進行引導、講解。課堂教學中每節課的知識點盡可能集中，深入淺出，便于學生掌握編程方法與技巧。

2、恰當運用數控加工仿真軟件，充分發揮其教學中的作用

數控加工仿真軟件主要應用于數控編程與操作這一理論教學課程，還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。教師應十分重視數控加工仿真軟件的在教學中的應用方法，擺正數控加工仿真軟件在教學中的位置，既不能完全依賴數控加工仿真軟件而放棄教師在教學中的引導作用，也不能在教學中教師唱獨角戲采用常規的教學模式而忽視數控加工仿真系統的應用，應該科學地、充分地發揮數控加工仿真系統在教學中的作用。

數控編程與操作是理論、實踐性均很強的課程，它應該是在已完成其它專業基礎理論教學、專業教學（包括普通機床的加工工藝數控機床的加工工藝等）以及完成了約30周普通機床技能訓練的基礎上進行的，教學中應妥善安排該課程課堂教學與上機仿真教學的課時比例，一般為1：1，總學時約為160-240學時左右（可根據學生層次適當調整課時）。

3、科學安排教學內容，循序漸近掌握數控編程與操作技巧

在教學過程中教學內容的安排分為三個模塊。其一為基礎模塊，主要講解與訓練最常用的FANUC數控系統中的數控車床、數控銑床、數控加工中心的編程方法、操作及應用，這一模塊是教學重點，必須使學生熟練掌握，靈活應用；其二為提高模塊，主要講解與訓練SIEMENS數控系統的三種機床的編程與操作，以幫助學生進一步加強不同在數控系統下對不同數控機床的編程方法的理解與應用能力；模塊三為拓展模塊，主要講解國產數控系統中的華中數控系統和廣州數控系統中的數控車床的編程與操作方法，擴大學生的知識面，提高學生對不同操作系統、不同操作面板的編程與操作能力。這三個模塊的教學可根據學生不同層次進行安排，中專中技層次難度較低，高技大專層次難度稍大。

4、正確進行教學評價，提高學生的學習意識和自覺性

教學時所進行的教學評價包括學生的自我評價、學生相互之間的評價和教師評價。上機應用數控加工仿真系統進行數控編程與操作練習時以教師評價為主，對每次的練習成績及時登記。課堂測試應有較強的目的性，不是為難學生，而是通過對學生進行測試，來提高學生的學習意識、學習熱情，學習的自覺性和自信心。因此，測試題應與課堂教學、上機應用數控加工仿真系統的練習要求相適應。考前的復習應有較強的目的性，不應超出范圍，課程的總評成績不要過分注重一次期末考試結果，而是更多地、客觀地關注學生在整個學習過程中的學習效果。教師在教學中有明確的教學目的，逐個系統、逐個機床進行講解及安排練習，因人施教，因材施教，恰到好處。

5、模塊化教學體系在數控教學中的應用

模塊化教學方法就是讓不同課程的內容在一個教學模塊中體現出來，有時又稱為跨專業的教學。為了使學生在問題的解決中習慣于一種完整的方式，教學中提出問題在解答時必須要用到多個學科的知識。我們教師的教學（尤其是專業課教學）不是單純的通過教學而教學，我們大多選用一定的載體或項目。例如在數控車床編程教學中我們選用了國際象棋作為載體，讓學生通過編制一套加工國際象棋32個棋子的車削加工程序，掌握數控車削編程的基本方法、各種指令及代碼的使用、數控加工工藝方案的選擇等，在學習過程中學生可以自己加工一副國際象棋帶回家，提高了學生學習的興趣，教學的效果自然會很好。如何有效利用實驗設備和實訓課時，讓學生能在職業能力上有顯著的提高，是教師們探索的目標和努力的方向。

總之，數控加工仿真軟件在教學中的應用尚在起步與研究探索階段，只要積極思考在應用中產生的問題，主動采取應對措施，我們正確發揮其在教學中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。