数控仿真软件在“数控技术”实训中的应用

张广潮 陈飞昕

摘 要：“数控技术”实训课程是培养机械类专业实践应用型人才的基本内容之一，也是集中实践模块中的必修课程。但大部分学校在开展“数控技术”实训时，往往会出现学生人数多，而数控机床不足的情况。文章探讨了数控仿真软件应用于“数控技术”实训教学中的优势及不足之处。

关键词：“数控技术”实训；数控仿真软件；实践

“数控技术”是一门综合性、实践性很强的课程，是培养现代数控技术人才的重要环节，对于提高学生的专业综合能力、创新意识和实际操作能力具有重要意义[1]。“数控技术”实训具有一定的科学思维和实践动手能力，如果仅仅通过单纯的理论教学和实践上机操作，容易使初学者感到抽象、难学，再加上学生知识结构、学习习惯等诸多不利因素，无法有效地利用“数控技术”实训的有限时间，掌握数控机床的编程和操作技能。如何改善和提高“数控技术”实训的教学方法和教学条件，让学生更好地掌握数控编程和操作机床的技能，真正做到学以致用。实践证明，利用数控仿真软件融入“数控技术”实训课程的教学中，可达到理想的效果。

1 传统数控实训的方法

在以往传统的“数控技术”实训教学过程中，一方面如果单纯的理论教学很难引发学生的学习兴趣，学习的效果也会大大降低。另一方面数控设备的价格普遍较高，很多学校难以做到一个学生一台设备的教学条件，而且学生是初学者，难免在学习的初期出现不必要的操作失误，从而引发安全问题和设备的损坏。学生也会因害怕而放不开手脚和心态进行大胆的操作，导致达不到理想的教学效果。

在讲解数控机床上机操作方法的内容时，不仅实训场地面积和数控机床的数量有限，而且实训指导教师的人数也有限，导致一个班需要分数个小组，每组10～20人围着一台数控机床和指导教师进行听讲，会造成部分学生不能清晰地看到数控机床面板操作和实际切削加工的过程，大大降低学生的听课效果，增大教师的工作强度。

2 数控仿真软件概述

数控仿真软件是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术，通过计算机的编程和建模，将加工过程用三维图形和二维图形的方式演算出来的软件[2]。该软件可以模拟实际设备加工环境及其工作状态对数控加工程序进行快速、精确的仿真，验证数控程序的可靠性，防止干涉和碰撞等情况的发生。不仅可以应用于制造企业中，而且在数控课程的教学中，既可以使学生达到模拟实操的目的，建立对数控加工的感性认识，又能进行独立动手并反复操作，还可以大幅减少设备资金的投入，安全稳定性好。

当前国内常用的数控仿真软件有广州超软、南京斯沃、上海宇龙等，基本涵盖了市场主流的数控系统和操作面板，包括发那科（FANUC）、西门子（SINUMERIK）、华中世纪星（HNC）、三菱（MITSUBISHI）、海德汉（HEIDENHAIN）、广州数控（GSK）等。目前部分数控系统厂家也有推出自己公司的仿真软件。

3 数控仿真软件在实训中的优势

3.1 弥补数控机床数量的不足

以广东技术师范学院为例，“数控技术”实训人数较多，每学年有大约6个班，一个班约50人。数控实验室有20台数控车床（华中系统）、6台数控铣床（华中系统）和6台加工中心（FANUC系统），在各高校中广东技术师范学院的数控实训设备数量排名前列，但仍然不能做到一人一机，需要分组轮流进行操作。为了保证每个学生有更多的时间操作机床，在计算机房安装数控仿真软件进行教学，并让学生将实际操作机床的过程在仿真软件中多加练习，待熟练后上机床操作的效率可大幅度提高，从而确保了每个学生使用数控机床的时间更加充足和高效。在数控加工时，切削的过程时间较长，轮候的学生可在计算机上的数控仿真软件先进行仿真加工，避免了因设备不足需要轮候，导致学生浪费时间的问题。

数控仿真软件可弥补学生在实训过程中设备不足的情况，还减少实训刀具和加工耗材的损耗，甚至利用仿真软件具有多种不同型号、系统数控机床的特点，让学生接触更多层面的数控技术。

3.2 教学效果显著

数控仿真软件可以选择与实训教学相符的数控机床型号、操作系统和控制面板，保证了仿真操作与实际操作的一致性。数控仿真软件不仅模拟真实数控机床的结构、控制面板按钮的位置和屏幕的显现内容等，而且软件的操作界面与机床实时运行的状态呈现一体化显示，界面简洁，操作简单，如图1所示。使得“数控技术”实训教学过程变得形象生动，让学生更容易理解和运用。

现实中数控加工前的准备工作，如装夹工件、选择刀具、装卸刀具和测量尺寸等，都可在仿真软件对应的辅助工具栏中进行操作。通过鼠标的滑轮和辅助工具栏中的各视角切换，进行全方位远近距离的动态观察机床和工件加工情况，多方位了解数控机床运行原理和结构，还可全面查看监测整个切削加工的仿真过程，效果逼真。数控仿真软件与数控机床的通信传输模式一致，将编制好的数控程序或者生成的NC文件，可直接导入数控仿真软件和数控机床中进行加工，从而达到仿真现实的一体化。

在传统“数控技术”实训讲解机床操作时，10～20个学生围在教师和数控机床旁进行观看，教学效果较差。但运用了数控仿真软件先在计算机房里用多媒体教学，让每一个学生都可以清晰明了地观看操作全过程，加以练习熟练后，再上数控机床进行着重点的讲解，学生便可轻松地掌握数控机床的操作。

3.3 安全性提高

数控机床是一种高价格、高精度的机械设备，并且也是对操作者技术要求较高的设备。而且数控实训面向的是没有数控实践经验的学生，如果学生不熟悉机床的编程和操作，容易出现操作错误，很容易发生人身安全事故和设备的损坏。

在“数控技术”实训中运用数控仿真软件，让毫无数控实践经验的学生有了一个过渡的平台。在计算机上进行数控仿真软件的操作不存在安全问题，不会因为学生的操作失当、编错程序、调错程序、对刀错误、切削参数不合理等造成数控机床的损坏，更不会对操作者造成人身安全事故。让学生充分发挥主观能动性，提高自信心，激发对“数控技术”实训的学习兴趣，而且在课后可以独立地练习。

在操作数控仿真软件过程中，如出现不正确的操作，系统会弹出报警窗口，提示学生出现的错误。其中例如导入数控车程序，程序有误或格式不正确，系统会在面板上报警，并提示哪一行程序出现错误。这种种功能不仅有利于学生用正确方法操作设备和编写正确的程序，而且大大避免了在数控机床上发生安全隐患。

4 数控仿真软件的不足之处

数控仿真软件始终只是模拟加工，与实际加工操作还是存在一定的差异。虽然程序的正确性可通过数控仿真软件检查，但实际加工过程中切削参数的设置、工件毛坯装夹的长度、刀具伸出量长度、尺寸精度控制等问题，还是必须通过实际操作才能得以学习和掌握。在数控仿真软件模拟加工的过程中，不会出现机床故障、冷却液压力不足、刀具磨损、粘刀和断刀等突发问题，会导致学生安全意识有所降低，无法根据实际加工出现的状况做出合理的判断和解决的方法。

5 结语

在“数控技术”实训的课程中，通过引入数控仿真软件可更好保证实训教学的质量和效果，进一步提高了学生编程的正确性、操作数控机床的能力和设备安全性等。当然数控仿真软件也存在着不足的地方，只有实训指导教师在教学中不断尝试和创新，将数控仿真软件和实训教学更合理地结合起来，才能让学生在“数控技术”实训中获得更佳的效果。

[参考文献]

[1]张锦洲，徐小兵.高校数控实训教学改革探讨[J].長江大学学报（自然科学版），2014（22）：111-112，121.

[2]邓遵义，李攀峰.数控仿真软件在数控教学中的应用浅析[J].中国电力教育，2010（6）：81-82.