数控仿真软件在数控教学中的应用之思考
[摘要]随着机械制造技术的迅猛发展,数控加工在现代制造中彰显出越来越重要的地位。各职业技术学校紧扣市场需求，大力发展和扩大数控加工专业，为了缓解学生多、数控设备少的矛盾，很多职业学校利用仿真加工软件进行数控加工训练操作训练。本文结合自身教学多年实践经验，浅谈仿真软件在数控教学中的应用方法和作用，并对当前运用仿真软件教学可能产生的负面影响及其应对措施作一些分析。
[关键词]数控仿真软件 教学 数控 应用 措施
随着计算机信息技术自动化技术在制造业中的广泛应用，所形成的先进制造技术日益引起各国的重视，而先进制造技术又是以数控技术为主要标志的。数控技术的广泛应用和高度发展掀起了制造业领域一场重大的变革。社会对数控技术的大量需求推动了广大职业学校对数控应用技术的高度关注，越来越多的职业学校纷纷开办数控技术专业，并不断扩大招生规模。与此同时，伴随而来的是数控设备昂贵与资金短缺的矛盾日益凸显。为缓解这个矛盾，这就要求各职业学校必须探索出一套适合当前现状的教学方法和教学模式。经过多年实践探索和教学经验，发现数控加工仿真软件能在数控教学中显示出桥梁作用，既能缓解教学实训与资金短缺的矛盾，使理论和实践有效的衔接，又能提高学生的感官认识，刺激其学习的主动性和自觉性，增加学生的动手机会，提高了操作的熟练程度。事实证明，数控仿真教学是一种节约成本，安全有效的教学模式和教学途径。
一、数控仿真软件介绍
数控仿真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以动态形式演示出来的软件。目前比较常见的有天傲TNS-Ver2.0、联高VNUC、上海宇龙等数控仿真软件，它们都有以下几个优点：它能全面的仿真数控加工的过程，包括机床设定（支持多种数控系统）、定义毛坯、刀具准备、基准测量、G代码处理、面板操作等）配置要求低、只需仿真软件和要求不是很高的 机，并能与多种计算机操作系统兼容；操作的安全性很高，不会因为学生的错误操作而造成人身伤害，更不会损坏机床；不需要原材料，投入资金少，占地小，不会造成资源的浪费；利用网络可以搭建交流平台，为师生提供良好的交互空间等。
二、数控仿真教学是新时期数控教学的需要
1、伴随着我国加入WTO，CAD/CAM技术在我国机械行业中扮演越来越重要的角色，成为机械自动化的三大支柱之一。当代机械制造专业的学生迫切希望掌握现代加工技术，而CAD/CAM与模拟仿真技术是相辅相成、缺一不可的。因此，掌握模拟仿真也是学好数控技术的必要。
2、从多年数控大赛的经验来看，整个大赛分理论考试、数控仿真、实践操作加工三块构成，数控仿真技能已是作为一个考生必备的能力构成部分。另外，有一些省份在进行数控加工技能坚定考核中，把原来的理论考试改为应用CDM电脑考试平台进行在这个考试平台中就有仿真加工的考核。因此，学校为了适应形式发展，必须大力使用仿真教学软件，对学生进行教学与培训使用。
三、数控仿真软件在数控教学中的作用
1、利用数控仿真软件可以弥补数控设备不足，充分利用现有资源，为学校节约大量的教学经费和设备投资费。数控机床教学与实习不比钳工或电工实习，他的设备投入量是很大的，如果要使每个学生有充足的实习时间，可能要投入上百万甚至上千万，这对一般的职业院校财力显然是难以承受的。如建立一个满足60人实习的数控车床实习场地，每实习岗位安排两名学生，就需要30台数控车床。每台数控车床以8万元计算就得需要240万元设备投资费。而若采用数控仿真进行该工种实习教学，每一个岗位则需要60台计算机，每台以4000元计算（含软件费）则只需24万元即可，同样满足了教学需要。且由于是一人一机，可以保证每个学生有充足的时间来动手，提高实训效果。
2、利用数控仿真软件能有效的结合理论学习，实现同步教学。和其它专业课一样，数控课程也是非常抽象的学科，它注重的是实践性。比如对刀过程，其实是很容易的事情，但如果用传统的教学方法，仅在课堂上纸上谈兵，大多数学生将难以理解，但如果利用仿真软件一边演示一边教学，通过车刀工件的运动学生就很容易理解，而且能自己亲手操作来加深认识，理论和实践相互渗透交叉，实现同步教学，使抽象内容形象化，提高了教学质量
3、利用数控仿真软件的使用能极好的调动学生的学习积极性，培养创新意识。对于职业学校学生来讲，由于学生知识素质普遍较差，而数控专业课又要求有极高的抽象性，加上教学过程的枯燥乏味，很容易让学生产生厌学情绪，教学效果不理想，而数控仿真软件以其和实际机床相同的用户界面和可操作性，很大程度上激发了学生的学习积极性，如果再根据学生技能的形成规律设计训练过程，学生可以得到及时强化和实际产生中不能得到的直观感受，从而较快的提高训练成绩，激发学习的信心，一定程度上培养刻苦钻研和创新精神，形成好学氛围。
4、利用数控仿真软件教学中允许出错，使学生得到岗位技能的全面训练。在模拟仿真中，可设计出实际工作中可能发生的变化，包括事故、故障和生产中极少出现的突然情况，让学生全面把握加工方法和技巧。如在讲解直线插补指令G01和快速插补指令G00的应用与区别时，可在运行中的第一个G01后面加F与不加F，学生就可以在仿真时看到切削进给与快速插补对工件造成的影响。从而加深认识达到课堂教学中无法达到的效果。
四、数控仿真软件教学的应用方法。
如何利用这套软件进行教学，以达到最佳教学效果？这是一个数控教育工作者，应永恒追求的课题。结合个人多年教学实践，从以下几个方面进行了探索。
1、灵活运用教学方法；课堂教学中变学生被动为学生主动学习。
现在，职业技术院校的学生普遍知识基础较差，对学习不感兴趣。因此，利用先进的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。数控专业教师应有较高的教学水平和教学能力，有较强的数控职业能力，能较为娴熟地运用行动导向的教学方法，在课堂教学中真正体现以学生为主体，突出显示学生动手用脑的活动，化学生被动学习为主动学习。在教学过程中，教师起引导作用，即对学生活动中遇到困难或无从下手的问题进行引导、讲解、示范操作。课堂教学中每节课的知识点尽可能集中，深入浅出，便于学生掌握编程方法和技巧。
2、恰当运用数控加工仿真，充分发挥其在课堂教学中的作用。
教师应十分重视数控加工仿真，在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真而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教学模式而忽视数控加工仿真的作用，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。
教师在数控编程与操作课堂教学中应重点解决编程方法，并着重强调编程工艺问题的处理，学生上机则利用数控仿真系统解决程序校验以及不同系统不同机床的操作问题。每次上机学生均应有明确的课题，在上机前教师应利用数控加工仿真系统的教学模式进行操作演示，并在学生上机时进行巡回指导。学生在计算机上应用数控加工仿真软件进行编程与操作，既可使学生更快更好的掌握数控专业技能，又培养了学生能力、解决实际问题的能力和独立工作能力、团队协作能力。
3、科学安排教学内容，循序渐进掌握数控编程与操作技巧。
在数控教学中，根据教学需要和“以就业为导向”的思想，可将数控编程教学内容安排为两大模块，其一为基础模块，主要讲解与训练最常用的数控机床的编程方法、操作及应用，这一模块是教学重点，必须使学生熟练掌握、灵活应用，为学生上机床操作奠定基础。其二为提高和拓展模块，利用仿真软件集合了各种数控系统截面与操作的优点，可在基础模块训练的基础上，主要讲解除主训机床以外的机床编程与操作方法，扩大学生知识面，提高学生对不同操作系统，不同操作面板的编程与操作能力，这样，学生在就业时能够信心十足的面对所操作的数控机床就，较快适应所从事的工作，提高他们的就业竞争力。
4、构建多元评价体系，提高学生学习意识和自觉性。
教学评价直接影响学生学习的主动性和积极性，所以评价要做到：第一，合理且有一定的弹性，答案不能限制的太死，只要合理就行，如一些仿真操作中学生实施方案的可行性讨论，实操过程中加工线路等。第二，既要评价技能操作结果，又要评价技能操作的过程。对在技能操作中学生的积极参与表现出来的良好个性品质要给予充分的鼓励、肯定、嘉奖。第三，转换评价的主客体关系。对学生在课堂上的技能操作情况及结果不仅仅由教师来评，还可以让学生自评或互评。如加工线路的制定、某些图样的理解、坐标点的计算，可采用学生讨论评价的方式，在研讨中发现问题，得出正确结果，学习的主动性、积极性也就调动出来了。
五、数控加工仿真在应用中可能存在的负面影响及应对措施。
数控加工仿真系统是一种模拟教学应用软件，具有强大的生命力。但它不能也不可能全盘代替教学，尤其是技能训练。职业院校对学生的培养目标重在实用，在培养过程中我们应从严、从难、从实践出发，在保证学生具备相应的基本理论之后应使学生掌握过硬的操作技能。要实现这个目标，在教学过程中必须合理利用软件仿真，绝不能一味依靠仿真来替代实训，必须将数控仿真可能带来的负面影响减少到最低程度。针对这种情况，我们应拿出切实可行的应对措施。
1、作为一个仿真软件，它和实际机床还是存在很大区别的，无法替代实际机床，也无法替代学生在真实切削加工的实际感受。包括走刀路径不明显，切削深度和刀具要求不够实际，对刀时对操作者要求不高，对产品粗糙无法进行检验等。而这些恰恰是对一个学生重要技能训练要求。对此，教师应引起高度重视。解决办法是可以通过在应用数控加工仿真系统对学生进行初期训练前，先进行车刀刃磨训练和机加训练，让其对机械加工有较为扎实的能力基础。同时，在数控仿真训练时以实践要求进行强调和要求。尽最大可能弥补应用数控加工仿真系统进行教学这一缺陷。
2、在利用数控加工仿真系统进行技能训练时容易使学生对计算机产生依赖心理，沉湎于仿真加工，而疏于上数控机床操作，甚至很容易滋生学生的自满情绪，夜郎自大，以仿真论数控，通过几道程序的编写加工而沾沾自喜，从而放松学习，涣散训练。最终只求得一知半解的结果，严重影响了教学质量和浪费了教学资源。这就要求数控教师应提高管理能力和教学水平，合理分组科学安排应用数控加工仿真软件进行技能训练的时间，仿真训练与操作训练在后阶段穿插进行。同时，教师要跟学生阐述教学仿真与实际加工的区别，使其对软件仿真有正确的认识，对实际操作加工有足够的重视，充分调动学生的求知欲。采用科学管理，有效组织数控仿真教学，从而使仿真教学工作既科学又客观，既高效又实用。
六、结束语
随着仿真软件的较快发展，有的与实际加工已相差很小，具有较高的仿真模拟效果。但是两者之间始终还有差距存在，二者不能混为一谈相互替代，只有在教学中科学、合理、有效的利用仿真软件才能为教学服务。并在教学过程中积极思考其在应用中产生的问题，主动应对措施，并将仿真训练与实践操作训练有机结合，就一定能发挥仿真教学的最佳效果，收到了事半功倍的效果。
[参考文献]
[1]上海宇龙软件工程有限公司，数控加工仿真系统使用手册.2004.
[2]叶伯生、戴永清.数控加工编程与操作.华中科技大学出版社.2004.
