丁艷

【摘要】數(shù)控仿真軟件在數(shù)控技術(shù)的教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用；介紹了幾款國(guó)內(nèi)外常用的數(shù)控仿真軟件以及數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和局限性，闡述了仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控仿真軟件數(shù)控教學(xué)應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2014）06C-0183-02

在數(shù)控加工的教學(xué)過(guò)程中，仿真加工是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，是連接數(shù)控加工理論知識(shí)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和操作加工環(huán)節(jié)的橋梁。數(shù)控技術(shù)知識(shí)復(fù)雜而抽象，利用仿真軟件可以讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)課前預(yù)習(xí)數(shù)控機(jī)床操作，課后復(fù)習(xí)鞏固機(jī)床操作要領(lǐng)，在一定程度上降低了實(shí)訓(xùn)成本，也避免了一些安全操作問(wèn)題。同時(shí)，仿真加工不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床操作和檢驗(yàn)自編程序，也不受實(shí)訓(xùn)中心設(shè)備類(lèi)型、數(shù)控系統(tǒng)類(lèi)型的限制。近幾年的教學(xué)實(shí)踐效果表明數(shù)控仿真教學(xué)是一種安全有效的教學(xué)模式和教學(xué)手段。

一、常用數(shù)控仿真軟件簡(jiǎn)介

目前，國(guó)內(nèi)常用的數(shù)控仿真軟件有聯(lián)高VNUC、上海宇龍、南京斯沃等軟件，它們具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：校驗(yàn)數(shù)控程序的正確性，防止因錯(cuò)誤程序?qū)е碌纳a(chǎn)錯(cuò)誤甚至事故；檢測(cè)刀具軌跡中可能存在的錯(cuò)誤，從而避免工件過(guò)切，并提供刀具碰撞干涉檢查；能夠提供全面的數(shù)控仿真加工過(guò)程，包括毛坯和刀具的定義、裝夾方式的選擇、工件的測(cè)量、刀具補(bǔ)償值的設(shè)置等；提供多種主流數(shù)控系統(tǒng)的仿真環(huán)境，數(shù)控面板操作與真實(shí)數(shù)控系統(tǒng)幾乎一致；硬件配置需求低，一般的個(gè)人電腦即可實(shí)現(xiàn)數(shù)控的仿真加工，并能夠與多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)兼容；具有良好的交流互動(dòng)平臺(tái)，教師通過(guò)廣播的方式在學(xué)生屏幕上演示教學(xué)內(nèi)容，教師也可以通過(guò)自己的屏幕觀看每個(gè)學(xué)生的實(shí)時(shí)操作情況。國(guó)內(nèi)的數(shù)控仿真軟件尤其適合于教學(xué)使用和數(shù)控加工初學(xué)者。

國(guó)外最常見(jiàn)的數(shù)控仿真軟件是由美國(guó)CGtech公司開(kāi)發(fā)的VERICUT數(shù)控仿真軟件，在通用機(jī)械、軍工、航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在數(shù)控仿真軟件中處于領(lǐng)先地位。VERICUT軟件能夠根據(jù)需要開(kāi)發(fā)出和自身所擁有的實(shí)際機(jī)床相一致的虛擬機(jī)床，還可以對(duì)刀具和夾具系統(tǒng)直接進(jìn)行造型建模，也可利用外部CAD軟件建模，完成毛坯與夾具系統(tǒng)的裝配、夾具系統(tǒng)與機(jī)床工作臺(tái)的裝配，確保仿真中各系統(tǒng)之間的相互位置與實(shí)際加工完全一致，這是優(yōu)于其他仿真軟件的突出特點(diǎn)。VERICUT是基于工藝過(guò)程的仿真軟件，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)工序劃分、工件定位、裝夾中存在的工藝漏洞或隱患，能驗(yàn)證加工程序、工藝優(yōu)化及定量分析加工結(jié)果，但VERICUT軟件不具備數(shù)控面板、機(jī)床面板操作仿真功能和師生交互平臺(tái)，通常應(yīng)用于企業(yè)和具備一定數(shù)控加工知識(shí)的專(zhuān)業(yè)人員。

二、數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）充分利用教學(xué)資源，虛擬加工，安全性高，便于初學(xué)者學(xué)習(xí)。對(duì)于初學(xué)者在真實(shí)操作機(jī)床加工之前，利用數(shù)控仿真軟件讓初學(xué)者先熟悉機(jī)床面板和基本操作，能夠減少因?qū)W生操作失誤造成的設(shè)備損耗。例如在講解對(duì)刀時(shí)，初學(xué)者對(duì)于對(duì)刀的原理和方法不夠熟悉，直接在機(jī)床上操作容易造成學(xué)生的操作失誤，若利用仿真軟件演示對(duì)刀的方法，并讓學(xué)生反復(fù)操作練習(xí)，再到機(jī)床上練習(xí)，既能夠加深學(xué)生的理解，使抽象的內(nèi)容形象化，又在一定程度上降低了實(shí)訓(xùn)成本，也減少了安全隱患。

（二）利用數(shù)控仿真軟件能有效配合理論學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)同步教學(xué)。編程的理論知識(shí)對(duì)于高職學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的抽象性，按傳統(tǒng)的教學(xué)方式授課，學(xué)生難以理解，甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)情緒。在教學(xué)過(guò)程中，若采用邊講解邊演示，即教師講授完理論知識(shí)，就通過(guò)仿真軟件進(jìn)行演示和驗(yàn)證，這樣理論和實(shí)踐知識(shí)相互交叉滲透，使抽象的內(nèi)容形象化、具體化，學(xué)生更容易理解。

（三）利用仿真軟件能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度。先學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行操作和驗(yàn)證，既能強(qiáng)化和鞏固所學(xué)知識(shí)，學(xué)生又能從仿真中找到操作的樂(lè)趣和成就感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。

（四）可檢驗(yàn)程序，便于自主學(xué)習(xí)。對(duì)于高職學(xué)生來(lái)說(shuō)編寫(xiě)數(shù)控加工程序是個(gè)難點(diǎn)，程序編寫(xiě)的正確率較低，通常在語(yǔ)法和刀具路線上出現(xiàn)問(wèn)題，不能直接在真實(shí)機(jī)床上進(jìn)行加工，學(xué)生可以利用仿真軟件校驗(yàn)編寫(xiě)的數(shù)控加工程序，不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，課后也可以利用仿真軟件自學(xué)編程知識(shí)和校驗(yàn)自編程序，方便自主學(xué)習(xí)。

三、數(shù)控仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

仿真加工教學(xué)以實(shí)際加工為依據(jù)，按照“零件圖分析——制定加工工藝——編寫(xiě)數(shù)控加工程序——設(shè)置仿真初始化環(huán)境——對(duì)刀——錄入程序——仿真加工——測(cè)量分析”等環(huán)節(jié)進(jìn)行，其中零件圖分析、制定加工工藝和編寫(xiě)數(shù)控加工程序環(huán)節(jié)在仿真教學(xué)前的理論課上已經(jīng)完成，仿真教學(xué)時(shí)只做簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)，重點(diǎn)放在后面的環(huán)節(jié)。

設(shè)置仿真初始環(huán)境：主要完成數(shù)控系統(tǒng)的選擇、對(duì)仿真環(huán)境進(jìn)行初始化的設(shè)置、機(jī)械回零、設(shè)置毛坯、裝夾毛坯和設(shè)置刀具等步驟。

對(duì)刀：對(duì)于沒(méi)有數(shù)控加工基礎(chǔ)的學(xué)生，教師必須嚴(yán)格按照實(shí)際對(duì)刀的方法講解和演示對(duì)刀步驟。一些仿真軟件還為用戶(hù)提供了快速對(duì)刀的快捷功能，例如斯沃仿真軟件，對(duì)于已具備數(shù)控加工基礎(chǔ)的學(xué)生，若只做加工程序校驗(yàn)，則可以省略對(duì)刀的繁瑣步驟，利用該功能實(shí)現(xiàn)快速對(duì)刀，但一定要跟學(xué)生強(qiáng)調(diào)真實(shí)機(jī)床沒(méi)有快速對(duì)刀功能，必須按照對(duì)刀步驟進(jìn)行對(duì)刀。

錄入程序：數(shù)控仿真軟件一般既支持?jǐn)?shù)控系統(tǒng)面板輸入程序，也支持計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)輸入程序，對(duì)于初學(xué)的學(xué)生應(yīng)要求其在數(shù)控系統(tǒng)面板上錄入程序，有利于其熟悉數(shù)控系統(tǒng)面板上各按鈕的功能和使用，能夠在真實(shí)加工中快速、準(zhǔn)確地輸入程序。一些仿真軟件還提供了快速錄入程序功能，即將數(shù)控加工程序保存為文本文件，再傳輸?shù)椒抡孳浖铮缬铨埛抡孳浖退刮址抡孳浖?。?duì)于具備一定數(shù)控加工經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生可以采用此種方法快速錄入程序，但無(wú)論使用何種方式錄入程序，務(wù)必提醒學(xué)生在加工前單擊復(fù)位鍵，讓光標(biāo)停留在程序起始處。

零件加工：在仿真加工過(guò)程中，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)、縮放、剖視圖、透明顯示等功能直觀全面地觀察到整個(gè)加工過(guò)程。通過(guò)仿真加工可以判斷刀具軌跡的合理性、是否存在刀具空走刀、干涉和撞刀等情況。

測(cè)量分析：加工完成后通過(guò)對(duì)工件的測(cè)量，可檢驗(yàn)和分析數(shù)控加工程序的正確性和合理性。仿真軟件提供了特征點(diǎn)測(cè)量、特征線測(cè)量和距離測(cè)量等測(cè)量功能，滿(mǎn)足用戶(hù)各種測(cè)量要求。

教學(xué)中使用的仿真軟件為南京斯沃仿真軟件，該軟件界面友好，三維造型形象、逼真，各種功能與實(shí)際機(jī)床貼切，基本能夠滿(mǎn)足教學(xué)上的要求，并提供了刀具快速定位和快速模擬等快捷功能，對(duì)于已具備數(shù)控加工經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，能夠簡(jiǎn)化一些仿真步驟，有利于學(xué)生進(jìn)行有重點(diǎn)的針對(duì)性練習(xí)，但一定要跟學(xué)生重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)仿真加工與實(shí)際加工的不同點(diǎn)，以免在實(shí)際加工中造成事故。另外，斯沃仿真軟件具備自定義刀具庫(kù)，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際情況修改刀片形狀、尺寸以及刀桿、刀柄。教學(xué)中教師還可以把整個(gè)加工演示過(guò)程錄制下來(lái)，保存成AVI媒體格式文件，在課堂上用媒體播放，有益于增加學(xué)生的感觀認(rèn)識(shí)。

四、數(shù)控仿真軟件的局限性

雖然數(shù)控仿真軟件在操作界面和操作方式上與真實(shí)加工已非常貼近，但在某些方面上仍然有較大差距，例如雖然仿真軟件中的數(shù)控系統(tǒng)面板與真實(shí)機(jī)床幾乎一致，但由于數(shù)控機(jī)床廠家眾多，數(shù)控機(jī)床面板與真實(shí)機(jī)床的操作面板上還有一定的差別。另外，對(duì)于某些功能仿真軟件還無(wú)法做到，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，比如無(wú)法反映出切削用量的選擇對(duì)加工效果的影響，沒(méi)有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能，不能做G71指令車(chē)內(nèi)孔仿真。

數(shù)控仿真軟件技術(shù)在教學(xué)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，縮短了學(xué)生熟悉真實(shí)機(jī)床操作的時(shí)間，大大降低了學(xué)生初次操作數(shù)控機(jī)床的恐懼心理。運(yùn)用數(shù)控仿真軟件輔助教學(xué)，使學(xué)生能夠較快熟悉機(jī)床操作界面和操作機(jī)床加工零件的步驟，動(dòng)態(tài)直觀地觀察機(jī)床加工零件的過(guò)程，校驗(yàn)程序的正確性，減少了在真實(shí)機(jī)床上操作的失誤率，同時(shí)為每個(gè)學(xué)生提供了動(dòng)手操作機(jī)會(huì)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得較好的教學(xué)效果。雖然數(shù)控仿真軟件仍存在一些局限性，但教師只要能夠善以利用，并能揚(yáng)長(zhǎng)避短，一定能收到事半功倍的教學(xué)效果。

【參考文獻(xiàn)】

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（責(zé)編丁夢(mèng)）