徐乐+杨东
【摘 要】数控加工实训课程是高校工程训练的重要课程，由于数控设备价格昂贵，各高校拥有数控设备数量较少、学生平均上机操作时间较短，学生实践能力得不到真正提高。通过将虚拟仿真技术应用到数控加工实训教学中可以弥补上述不足，并能够提高实训安全性，有效增强学生实训效果，提高学生创新能力，对提升数控加工实训教学质量有着重要意义。
【关键词】虚拟仿真；数控加工；工程实训
中图分类号： TG659-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）23-0015-002
【Abstract】The numerical control machining practical training course is very important in the university engineering training courses.Because the numerical control equipment is very expensive，the number of numerical control equipment in each school is less，which results in the shorter average operation time of students.Finally，the practical ability of students can not be truly improved.With the virtual simulation technology applied in the practical training of numerical control machining，the above deficiencies can be compensated，and the security of practical training can be improved.The effect of practical training and innovative ability of students are effectively enhanced，and the virtual simulation technology is of great importance in improving teaching quality of numerical control machining practical training.
【Key words】Virtual simulation；Numerical control machining；Engineering training
0 引言
随着我国创新科技的发展和“中国制造2025”、“互联网+”等多个理念的提出和实施，我国的经济、高新技术产业等正进行快速发展，而在各方面快速发展的状态下，必然要求更多具有创新思维和创新能力的工程型技术人才。同时，在“新工科”理念提出和实施后，我国对人工智能、高档数控机床和机器人等多个专业人才的数量需求越来越多、质量要求越来越高，这促使高校加强对复合型、综合性技术人才培养，不断提高学生创新能力、实践能力、整合能力。
工程实训课程是高校培养创新型、应用型工程技术人才的重要教学环节，是学生培养创新思维和提升创新意识的必修课程，也是高校中受众人数最多的一门课程。数控加工技术是实训课程中应用范围最广、实践性最强的重要课程之一，对学生的实践能力培养、创新意识形成、综合能力提高等多方面有着重要的影响。然而，由于数控机床设备较为昂贵，机床的刀具、保养、维护等也需要大量资金投入，所以各高校用于实训的数控设备数量较为有限。将有限的数控设备用于学习人数较多的数控加工实训课程学习对高校来说无疑是一个大难题，而且让众多学生围绕在高速旋转的数控机床周围进行入门学习和操作很容易引发安全事故。因此，如何解决数控加工实训条件问题、改进数控加工实训教学方法、提高学生数控加工实训效果是数控加工实训急需解决的重要问题。
1 数控加工虚拟仿真
数控加工虚拟仿真是通过计算机虚拟仿真模型将数控机床的各组成结构、运行方式、逻辑关系等用三维动画的方式展现出来。数控加工虚拟仿真软件能够对工件加工的全过程进行模拟，并可以从多角度观看加工时刀具的切削路径和工件加工效果。对初学数控机床的学生来说，使用数控加工虚拟仿真软件学习数控加工的操作步骤可以将机床的运作和工件的加工过程立体地呈现出来。
数控加工虚拟仿真可以对预加工工件进行多次反复模拟加工，并通过多次的模拟加工不断改进工件的加工方法、提高工件的加工效果，为真实环境下加工工艺分析及程序编写提供参照，保证了工艺分析的可行性、程序运行可靠性，避免因工艺不合理或程序出错造成的刀具碰撞或引起其他突发状况。
2 数控加工虚拟仿真在实训中的应用
基于虚拟仿真技术的数控加工实训教学方法改变了以往仅在数控机床前对学生进行教学的单一形式，通过加入虚拟仿真技术可以让学生通过仿真软件和三维模型深化对数控机床的学习，并让学生从多角度、全方位对数控机床的构造及各组成结构进行认识和学习。此外，在工件加工前学生可以对数控机床的整个操作和加工过程进行仿真和模拟。图1为数控加工虚拟仿真在实训中的应用方法。
首先，在学生参加数控機床实训时，学生要到数控机床实训场地对所操作机床的结构、系统、特征及操作面板等进行认识和学习。在此基础上，让学生学习工件安装、刀具安装、卡盘拆装等知识点。在学生对数控机床知识有一定了解后，向学生演示对刀及简单的操作加工。
学生对数控机床及数控加工过程有一定认识之后，学生就可通过数控虚拟仿真软件学习和练习数控机床的开关机、换刀、对刀、工件旋转、简单的工件加工等操作过程，同时可以学习操作面板上各个功能键和输入键的用法和作用，在学习过程中。如若学生操作错误或是虚拟机床停止运行，学生可以随时返回操作或是重启软件，减少了实际中因误操作引起的设备损坏和人员伤亡。endprint
在学生熟练数控加工的操作流程后，让学生学习数控机床的加工原理及数控编程方法。数控编程的学习之所以放在学生熟悉数控机床之后，是因为这样学生更容易学习数控编程的逻辑思维、程序代码意义及各段编程的作用。在学习编程的过程中将工件加工的工艺分析和路径分析贯穿其中，让学生通过实例形象地学习数控编程。为了检验编程是否正确、合理，学生可以将所编程序输入数控虚拟仿真软件，通过仿真软件对工件加工时的走刀路径和加工后的效果进行模拟分析，从而检验编写的程序是否准确、合理。
最后，在学生对数控机床的操作过程、程序的编写方法、工件加工的工艺分析等知识充分学习后，指导学生独立上机操作，将前期所学的知识点在真实数控机床环境下进行演练。通过这种数控机床与数控虚拟仿真软件的交互学习，增强学生对数控加工流程的认识，调动学生学习数控加工的积极性，让学生有充足的时间和机会，通过多种途径深入学习数控加工技术。
3 数控加工虚拟仿真在实训中应用的优势
3.1 增强了学生数控加工实训效果，提高了学生动手操作能力
数控加工虚拟仿真运用到实训教学中可以实现对数控机床的各个部件及辅助工具進行立体演示，摆脱了传统教学中通过平面图或是观察数控设备外观进行想象。同时，数控加工虚拟仿真软件可以模拟出现实环境中数控操作和工件加工过程，能够对输入的数控程序进行识别和检验，其操作面板、运行系统等都可以按实际需求进行修改，学生像在真实环境下进行各项功能操作，给初学者提供大量的练习操作时间，为后续的上机实训奠定了扎实的基础，有效提高学生的数控加工操作能力。
3.2 提高了数控机床的有效利用率，降低了实训耗材的浪费
各高校在开设数控加工课程时，由于数控设备数量及数控教学老师人员数量有限，数控加工教学模式一般是数十位学生集中在一台数控设备周围学习。由于开设数控加工的课时是固定的，所以在学习数控操作过程中，每个学生的实际上机操作时间较少、操作能力难以得到快速提高。将数控加工虚拟仿真运用到实训教学中可以让学生在数控加工虚拟仿真实验室内学习基本的数控机床操作知识，反复锻炼学生的数控操作能力，在学生具备数控操作能力后再分批次、分阶段进行真实环境下的上机操作，最大程度实现数控机床的利用效率，同时减少学生在初学过程中对加工耗材不合理使用，降低了实训过程中耗材浪费。
3.3 增强了学生实训安全性、降低了数控机床故障发生率
数控加工虚拟仿真运用到实训教学中，合理地将学生的初学操作过程放到虚拟环境下，减少学生在实际初学过程中因误操作造成的人员伤害及机床损坏，在提高学生学习效率的同时增强了学生实训的安全性。同时，由于数控程序调试过程是在虚拟环境下先行完成，所以在后期上机过程中缩短了程序调试时间，降低了数控设备的消耗，在加工一些复杂零件时，有效降低了程序出错的可能性，减少刀具损害及工件破坏的几率，从而降低数控机床发生故障的概率。
3.4 拓宽了学生专业知识面、提高了学生创新能力
虚拟制造和智能加工已经成为制造业发展的目标和方向，虚拟仿真技术在数控加工实训教学中的应用可以让学生认识到智能加工在行业应用中的前景，促进学生对未来就业方向的正确把握。同时，数控虚拟仿真软件给学生提供了一个生动、逼真的数控操作学习环境，让学生成为虚拟环境的参与者，变被动的传授为主动的交互学习，无形中培养了学生在智能加工行业的创新意识，提高了学生的创新能力。
4 结语
将数控加工虚拟仿真运用到实训中是对实训教学方法的探索与改进，它通过合理地安排数控加工教学内容和授课方式来提高学生对数控加工的学习效果，为学生提供了足够的学习时间和操作空间，从而有效提升了学生的创新思维和创新意识，为学生的动手能力和创新能力培养营造了良好的学习氛围。这种探索与改进对数控加工实训教学效果和质量提升有很大的促进作用，对“新工科”背景下培养高技术综合性人才具有重要意义。
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