随着数控技术和数控机床的出现, 机械制造业也发生的巨大的变化, 市场对数控人才的需求量越来越大, 在职业院校学习数控技术的学生也越来越多。由于学生的增多, 教学资源相对匮乏, 数控仿真软件以其价格便宜, 简单易用等优点, 在各大学校都得到了广泛的应用。
目前, 职业院校广泛采用的数控仿真软件主要有宇龙数控仿真软件、斯沃数控仿真软件、广州超软数控仿真软件等等。涵盖数控车、数控铣、加工中心等工种, 法兰克、西门子、广州数控等控制系统, 基本上市场上的主流数控机床都可以进行仿真操作。数控仿真软件在数控教学中发挥了巨大的作用, 但也存在一些不足。
数控机床是很复杂的机械加工设备, 价格昂贵, 一般一台设备需要几十万元。加上日常维护费用, 耗材费用, 对学校来说是一笔巨大的投入。而数控仿真相对便宜, 一个仿真机房的成本只有十几万元, 加上软件费用, 也在三十万元左右, 还可以供几十人同时操作, 大大缓解了学校的资金压力。
一般来说, 由于机床设备有限, 学生实际操作机床时都是分组进行的, 组内同学也是各司其职, 分别进行设计、编程、操作、测量等工作, 然后又轮换操作。这样, 每位同学都没有经历一次完整的加工过程。而在工厂中却全然不同, 一名工人独自操作一台甚至几台机床。因此, 需要培养学生独立完成操作的能力, 就需要给学生更多的操作时间。在机床设备不足的情况下, 使用数控仿真软件能很容易的实现。
学生初学编程时, 难免会产生各种各样的纰漏, 错误的程序即浪费了操作时间, 又浪费了加工材料。如果在实际操作之前, 让学生把编写的程序在仿真系统中加以检验, 观察加工的过程和结果, 就可以及时发现错误, 既节省了时间, 又降低了设备的风险。
在进行数控教学时, 如果将教学现场设置在实训车间内, 教学组织会变得比较困难。按一个班50名学生来计算, 教师一次最多只能给10人同时讲解, 这样, 一个班要分5批才能全部讲完。但如果使用计算机仿真, 利用投影仪或网络教学软件, 可以让所以学生在同时看到操作过程, 同时接受知识, 大大提高了教学的效率。
数控机床在加工时, 需要毛坯、冷却液等等, 在使用完后还需要一些维护工作, 例如刃磨刀具, 润滑机床, 调试精度等等, 这都增加了维护工作的难度。而数控仿真只需要按照一般的计算机机房维护即可。另外, 在实际加工中, 可能因为误操作而使设备发生损坏, 甚至发生安全事故, 这些在仿真操作中都可以避免。
在数控加工中, 影响加工精度的因素有很多, 例如毛坯装夹是否正确, 主轴转速的快慢, 进给量的大小, 测量的精度等等, 只有全面控制了各个因素, 才能加工出符合图纸要求的零件。但在数控仿真中, 这些操作都是靠计算机完成的, 通过简单的点几下鼠标, 就可以得到绝对精确的零件, 这是完全不符合实际的。此外, 大部分数控仿真软件对于转速和进给量都缺乏控制, 一次切除10mm的材料也不会有任何提示, 而在实际机床操作中, 这是绝对不允许的。
目前, 国内的数控仿真软件都有或多或少的缺陷。例如, 运行速度慢, 程序不稳定等等。笔者学校使用的一款数控车仿真软件, 在执行G71循环指令时, 第一刀不能切圆弧, 否则就会出错, 而实际的机床完全没有问题。为了避免这个问题, 只能在圆弧前加上一段G01切直线的指令。学生在习惯以后, 很容易把这个操作带入到实际的机床操作中, 这样一来, 就带入了不规范的操作, 产生了多余的程序, 降低了加工的效率。
数控仿真都是在计算机房进行, 环境较好, 没有噪音, 也很干净。但实际加工时, 油污、噪音等都可能让学生望而却步。装夹刀具和工件, 使用量具测量, 调试、清理机床等, 这些实际动手的技能都是在仿真软件里面学不到的。只有学生实际动手, 才能掌握操作的技能;只有做出了真正的零件, 才能感受到劳动的喜悦, 才会有学习的兴趣和动力。
数控仿真操作和数控机床操作都是数控教学中不可或缺的一部分, 二者相辅相成, 任何一方有所偏废都不能获得良好的教学效果。在数控教学中, 仿真操作主要起到熟悉、验证的作用, 通过仿真, 让学生熟悉数控系统的操作方法, 验证所编写程序的正误, 防止造成不必要的损失;机床操作主要起到深化、考核的作用, 通过机床操作, 得到实际的零件, 从而使学到的知识深化, 并考核操作的技能, 达到教学的目的。
仿真操作是虚拟的加工过程, 和实际加工有很大的不同, 不会出现安全事故, 即使操作失误也可以重新开始。但实际的机床则不同, 操作者会遇到各种各样的问题, 可能会造成人身事故和财产损失。因此, 在仿真教学中, 应强调操作的规范性, 防止学生因仿真操作养成不好的操作习惯, 埋下安全隐患。
使用仿真软件, 可以模拟数控操作的全过程, 但我认为, 应将其重点放在编程教学上。编程是数控操作中非常重要的一部分, 但各种指令又比较抽象, 很难用简单的语言或图纸来描述, 但若使用数控仿真软件教学, 则可以观察到直观的结果。比如快速插补指令G00和直线插补指令G01的区别, G71循环指令中主轴转速S的设定等等。如果将仿真教学的重点放在加工过程上, 就难以得到良好的效果了。
从我校使用数控仿真软件教学的效果来看, 仿真软件的使用, 使课堂教学变的更加生动、具体, 教学效果明显提高, 同时, 还降低了教师的工作强度, 减少了设备和物料损耗, 节约的实训成本。但仿真操作和实际的机床操作毕竟有较大的不同, 教师应有充分的认识。只有在教学过程中科学、合理、有效的运用仿真软件, 将仿真操作和机床操作有机结合, 才能发挥数控仿真教学的最佳效果。
摘要：近年来, 我国多数高职院校的数控专业广泛采用数控仿真软件进行教学, 仿真软件的使用取得了较好的教学效果, 但也带来了一系列的问题。本文分析了数控仿真教学的利弊, 并在此基础上提出了合理使用数控仿真软件的建议。
关键词：高职教育,数控仿真,教学效果,建议
[1] 陈为国.虚拟仿真技术在数控加工编程教学中应用研究[J].制造业自动化, 2009 (6) .
[2] 吴长有.数控仿真应用软件实训[M].北京:机械工业出版社, 2008.
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