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2.1加工仿真系统各功能模块
在数控切削加工过程中，实时三维仿真可根据输入的NC代码要求进行动态过程仿真，这一过程可分为数据收集和输入、几何实体模型构造、图形仿真结果交互等阶段，各阶段都赋予了相应的定义，为使动态过程仿真达到交互性、准确性和有效性的要求，应对各功能模块进行优化。系统以软件用户界面和内部计算检查过程为主体，软件用户界面由公共模块、NC代码编辑模块、仿真显示模块和加工控制模块构成，其中，公共模块对CFild类的成员函数有所继承，其功能显示在File下拉菜单；NC代码编辑模块具有强大的文本编辑功能，对于一些较为简单的加工零件无需预先编程，除一般记事本基本功能外，还设有互锁功能，可对编辑后的代码进行读写切换，更好地保护代码，保证加工顺利进行；仿真显示模块将图像和数据信息呈现在计算机屏幕上，实现动态显示，通过调节窗口便能够观察到加工工件，图像和数据信息由OpenGL收集，其处理过程为：图像操作/逐个顶点操作光栅化各片段操作帧缓冲区仿真图像显示；加工控制模块根据代码检查解释加工进给信息，整个路线为：回参考点对刀开始加工暂停加工退出加工[2]。内部计算检查过程包括内部模块和外部数据输入，内部模块由NC代码检查和解释模块、代码过滤以及内部仿真计算构成。
2.2三维模型在OpenGL中的实现
在Windows平台下，基于OpenGL的应用程序要通过RC来完成绘制工作，系统图形仿真界面通过C++定义的类CRenderView来表示，其中定义了一系列三维实体绘制函数，能够完成坐标的旋转、缩放、平移等操作，动态仿真过程的运动关系取决于加工数据的即时变换，而空间切换的实现则通过矩阵元进出栈操作来实现，系统的几何建模包括刀具、机床、加工工件等实体建模，需要对零部件之间的组装关系以及几何信息的拓扑关系、描述坐标关系进行定义，因此，该系统应用于数控加工仿真的重点就是对各实体进行建模，这在实现起来存在一定的难度，需要对系统进行进一步的优化升级[3]。
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1 问题的阐述
随着科学技术的发展,数控技术正在得到广泛的应用。数控人才成为市场急需的人才,如何尽快地培养出满足市场需要、掌握数控机床编程和操作技术的数控技能型人才成为数控教学工作者必须研究的问题。作为数控教学的专业教师,深感如何将数控理论和实践教学有机地结合起来是值得我们认真探讨与研究的。
由于数控机床是一种新型工艺装备,故数控技术工人的培养和数控机床的教学还处在刚刚起步的状态,如何利用数控加工仿真系统进行教学更是处在探索阶段,因此有必要对数控教学模式、教学手段和教学方法的完善进行有益的探索,创新数控专业的职业技能鉴定的工作方法,建立一套完整的数控教学新体系。
2 数控实习(实验)教学中存在的问题
(1)数控机床是一种机电一体化的新型设备,价格较之普通机床要昂贵得多。数控机床的操作训练若完全依赖数控机床进行实作训练,投入大消耗多成本高。
(2)数控机床的系统多,型号多且更新较快,对学院而言是不可能将所有的系统配齐的,这样经常会出现学生在校期间所学的系统与工厂中不符的情况,使到了工厂后不能尽快适应机床。
(3)数控机床是自动运行的,学生在初学时,常常会由于在编程中的疏忽或操作中的失误造成刀具或机床的损坏,甚至造成人身危害。
为了解决上述问题,我院从数控专业开设起,就尝试利用数控加工仿真系统软件进行教学,均对我院数控教学等方面发挥了重大的作用。
3 数控加工仿真系统的产生
随着计算技术的发展,尤其是虚拟现实技术和理念的发展,产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真培训系统。它用计算机仿真培训系统进行培训,不仅可迅速提高操作者的素质,而且安全可靠、费用低。
目前在国内已经有很多学校将计算机仿真初步运用于数控操作人才培训的教学之中,也产生了各种仿真教学系统。简单来讲就是利用计算机和其他的专用硬件软件去产生一种真实场景的仿真,参与者可以通过与仿真场景的交互来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此能进一步培训操作者的实际工作技能。
4 数控加工仿真系统的应用方法
4.1 活应用教学方法,使学生成为课堂学习的主体
由于大部分高职学生学习基础差,所以教师教学很困难,传统的教学方式已很难使学生接受。
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,在课堂教学真正体现学生为主体,突出显示学生动手动脑的活动,变学生被动学习为主动学习。
4.2 恰当运用数控加工仿真系统,充分发挥其课堂教学中的作用
数控加工仿真系统主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程,还可作为数控操作技能训练的辅助工具。教师应十分重视数控加工仿真系统的在教学中的应用方法,摆正数控加工仿真系统在教学中的位置,既不能完全依赖数控加工仿真系统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的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用,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。
4.3 科学安排教学内容,循序渐近掌握数控编程与操作技巧
在教学过程中教学内容的安排分为三个教学模块。其一为基础模块,主要讲解与训练最常用的FANUC数控系统中的的编程方法、操作及应用,由于配备FANUC系统的数控机床在数控加工中的市场占有率高,所以这一模块是教学重点,必须使学生熟练掌握,灵活应用:其二为提高模块,主要讲解与训练SIEMENS系统的机床的编程与操作,以帮助学生在不同数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力;模块三为拔高模块,主要讲解国产数控数控系统中的华中数控系统的数控编程与操作方法,扩大学生的知识面,从而适应高职数控大赛指定系统―华中数控系统的编程与操作。
这三个模块的教学可根据学生不同层次进行安排。这样,学生在从业时能够信心十足的面对所操作的数控机床,较快适应所从事的工作。 当然,运用此方法,我们学院在各种大赛比武中取得了好的成绩。
4.4 正确进行教学评价,提高学生的自觉学习意识
教学时所进行的教学评价包括学生的自我评价、学生相互之间的评价和教师评价。上机应用数控加工仿真系统进行数控编程与操作练习时以教师评价为主,对每次的练习成绩及时登记。评价方法包括口头评价和试题测评,而试题测评方法包括课题测评及期末测评。教师对学生进行口头评价时应注意方式和语言的选择,对做得不好的学生不采用直接批评的方法,只是指出该学生哪些地方做得好,哪些不太好,应如何改进;对于比较差的学生称为“稍微弱一点的学生”。 课堂测试应有较强的目的性,不是难为学生,而是通过对学生进行测试,来提高学生的学习意识、学习热情,学习的自觉性和自信心。
5 数控加工仿真系统的应用效果
5.1 理论教学应用数控加工仿真系统可以极大地提高学生的学习兴趣
在引入数控加工仿真系统应用软件之前,数控编程与操作课程与其他课程教学模式相同,主要是课堂教学,学生对自己所编的程序正确与否是通过教师批改作业来知晓的。这种方法教师检查程序需逐个程序段进行查阅,内容多而十分麻烦,一些在数控机床上常常无法通过的书写错误也不易查出,而这些问题的解决在实际数控编程中是十分重要的。至于数控操作问题,在黑板上讲解各个按键的作用、名称与使用更是一件费力不讨好的事,习者枯燥,教者乏味。
引入数控加工仿真系统进行教学以后,学生所编程序可以直接在计算机数控加工仿真系统的模拟加工演示,对程序编写和书写的错误能直接看出,机床操作面板的使用与零件的加工过程也和实际加工情况十分相似,学生可以从任意角度观察数控机床加工过程,毛坯加工为成品的过程历历在目,直观形象,便于学习与掌握,编程与操作的作业可以直接在计算机上检查,每次有检查,次次有结果,使学生对这门课程有了浓厚的学习兴趣。
5.2 技能训练应用数控加工仿真系统可降低训练成本提高训练效率和安全性
数控机床是一种较为昂贵的机电一体化的新型设备,它具备“高速、高效、高精度”的特点,如果初学时就让学生直接在数控机床上操作,可能出现撞坏刀具等现象,甚至因操作失误对学生造成人身危害。引入数控加工仿真系统进行技能操作,可以大大降低实训的消耗,约50个机位的计算机包括50个结点的正版数控加工仿真系统软件,所需费用相当于一台三十万元的数控机床,却能解决50-150个学生的初阶段的技能训练问题,学生可以轻松对实习过程进行初始化,对未能完成的实习实行项目保存,对已完成的实习课题进行调入回顾,而后再进行几次实际操作就能达到事半功倍的效果,大大提高了实习效率降低了实习成本。
因此应用数控加工仿真系统可以减少考生占用数控机床的时间约50%,学生可以将编程与程序校验时间放在计算机上完成,然后通过数据传输将所编程序输入数控机床,对零件进行加工,安全性及效率均大为提高。
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其实数控加工中心就是从数控铣床慢慢发展变化而来的。随着科技的进步和设计思想的不断更新，越来越多新技术新概念被运用和实现推广，使得一切都在革新和完善，数控加工中心就是其中之一。但数控中心是从数控铣床发展变化而来的自然就会有许多区别和更为完善的功能，可以说与之最大区别点在于数控加工中心是可以具有自动交换加工刀具的能力，这也是它更加完善提高效率的方面。通过在刀库上安装额不同用途的刀具，使用自动换刀装置最终得以实现更多更全面的加工功能。
1.2数控加工中心的相关原则
每一项技术每一个设备都是有其相应的原则的，这样才能有一个规范性，在实施和运用的过程中才能更好的达到预期的标准，让目的得以达成，数控加工中心也是一样，也需要遵守以下几点原则：首先是需要合理的保障工件在加工后的精度和表面粗糙度能够更高的达到标准。毕竟数控加工中心只有更好的达成目标需求才能有助于被市场所接受和推广。还有就是尽可能的减短加工路线，减少空行程时间，简化计算的工作量，以此来达到提高加工效率的最终效果，而数字化自动化的目的就是实现以上的需求。最后及时对于某些重复使用的程序，可以运用子程序来使整体设计变得更为工整更具有条理性，减少程序意外发生。
2仿真系统的结构以及开发要点
2.1仿真系统的结构
而对于整个仿真系统的总体结构主要由包括公共操作界面、用户控制而板、钻床界面、车削界面、铣削界面和程序编辑界几个主要的部分组合而成，通过实现以上几个部分，就能主要达到相应的功能完成。当然除此之外，还有程序检查解释、仿真计算机以及仿真计算机显示等模块的编写实现将能更好的完善仿真系统的功能实现，达到预期效果和作用。一般来讲，数控加工中心仿真系统的用户界面通常都是采用C++语言编写的动态窗口以方便使用者的的数据操作。在用户主界面上还包括了仿真、操作以及预留这三个动态的窗口来达到为使用者提供一些相应帮助的作用。
2.2仿真系统的开发要点
仿真系统在开发中也需要注重相应的开发要点：首先是关于基本流程。在启动仿真系统，载入相应的数控加工中心模型，在系统中能够对机床机构有一个合理的认知，并实现虚拟系统中的相关演示与操作，最终达到仿真的预期功效。系统开发必须最终保证这些基本流程能够完整实现。然后是系统开发方面，主要分为拆装运动仿真模块和任意零部件剖切功能的实现。合理的以这两个方面为关键点为主导就是整个仿真系统的主体功能实现，解决这两个模块功能的技术难题并使之相应功能实现就是整个系统开发的要点。
3关于数控加工中心仿真系统的开发
3.1仿真系统的总体设计方案
对于仿真系统的开发，在当前能使用的平台很多，选择合适的且自身使用操作最为熟悉的才能更好的帮助完成设计开发。随后，在系统功能的设计方面，主要可分为结构观察、运动编辑以及运动操作等主要功能模块进行设计规划，目的就是为了达到在仿真系统中有一个实际操作的功效体现。而在仿真系统的整体架构设计方面，主要就是基本确定一个系统的大致框架，在开发时就需要按照框架来进行实施，使得最终的仿真系统能够达到预期的效果和作用。数控加工模型是整个仿真系统的核心也是操作实施的基础，模型的实用性将更有利于仿真系统达到相应的预期效果。数据层起到组织和管理作用，串联起各个功能模块，应用层的核心观念是“分而治之”，建立起相互独立的子模块，更有利于后期的维护更新。
3.2虚拟数控系统中的相应技术
在程序编译模块可以使用由NC编辑器、NC检查器以及NC翻译器组成。这其中，编辑器的主要作用就是对于数控文件进行读写。检查器其实就是对使用者所使用的代码和语法进行一个系统的检查，毕竟涉及编写的代码量还是非常多的，良好有效的检查就能更快的发现代码中的错，并将其反馈出来。编译器则是将验证通过的代码进行进一步的扫描确认，最终发现没有错误后才能够进行生成系统认知代码的操作。还有就是将仿真系统和网络技术的相互结合。在通信网络模块完全可以使用TCP协议来建立起服务器，通过一个动态加载WinSock技术进行实现数控机组与仿真系统的连接，从而良好的解决了数据共享的问题。
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一、引言
随着我国数控技术的高速发展,数控人才十分短缺,许多大学和专科院校都开设了数控技术专业,为学生提供了理论学习的条件,而工程训练中的数控实习则为学生提供了很好的实践学习空间。
数控机床品种多(操作系统多,如:FANUC、PA、SIEMENS等)、价格高(一般几十万元)。数控机床操作人员的培训若完全在真实的数控机床上进行,投入的成本会很高,也会造成很大的浪费。即使是实力雄厚的培训院校和企业,也难以承受。因此探索一种新的数控加工技术教学模式来达到投入少、见效快,培养的学生适应性强、受企业欢迎,势在必行。计算机技术可以说是无孔不入,近些年出现了计算机仿真技术,可以模拟实际环境变化。在数控方面,出现了数控加工仿真系统,用计算机仿真数控机床的加工环境及工作状态。这样就可以用计算机仿真系统对学员进行数控机床的培训,还可以检验程序的正确与否,还可以在计算机上进行仿真模拟加工,让试加工在计算机上进行,使得正式加工安全可靠。
二、数控加工仿真软件简介
让没有数控基础的学生直接进行实操,容易对机床造成伤害,更容易危及到学生的人身安全。利用数控加工仿真系统,就可以避免。数控仿真系统包括FANUC、PA、SIEMENS、华中数控、广州数控、大森数控和MITSUBISH在内的多个数控系统,其中每个系统又分车、铣、卧式加工中心和立式加工中心。学生可以根据具体情况,选择与实际相同的数控系统进行操作练习、仿真加工。
操作过程如有不当,仿真系统会以文字对话框的形式提示操作者错误之处。
三、自动编程软件简介
数控机床一般执行的程序是G代码,这种程序代码可以通过两种方式得到,即手动编程和自动编程。手动编程需要熟知G代码,还要对所加工的工件各个特殊点的坐标值(在工件坐标系下的坐标值)计算精确,这样,手动编程即费力又不精确。北京CAXA公司研发的CAXA制造工程师软件(针对于数控铣床),很好的解决了手动编程所遇到的问题。
CAXA制造工程师软件可以自动生成零件的加工代码,即G代码。生成过程如下:
1.绘图。按照图纸尺寸要求,绘制图形。见图1。
2.生成加工轨迹。生成粗加工/精加工轨迹,用轨迹仿真功能仿真加工。见图2(a,b)。
3.生成加工代码。生成G代码,加入程序头(不同系统程序头有所不同)。见图3。
上文提及CAXA制造工程师可以对铣床零件进行自动编程,对于数控车床有CAXA数控车自动编程软件,而数控电火花线切割机有CAXA数控线切割自动编程软件(自动生成的是3B代码)。
四、仿真系统在工程训练中的应用
数控加工仿真系统在数控实习中已得到应用,通过几年的实际应用得到了较为宝贵的经验,为进一步提高工程训练的质量打下了坚实的基础。
1.讲解数控机床。指导教师讲解数控机床操作步骤及注意事项。2. 熟悉仿真系统。学生按照数控车/铣仿真指导书熟悉数控加工仿真系统。3.学习CAXA。学生在制造工程师指导书指导下学习CAXA制造工程师2006。4.创新加工。学生根据前面学习到的相关知识和软件,进行自主创新设计,并在教师的指导下在机床上加工出具体实物,见图4。
五、缺点与不足
数控加工仿真软件在工程训练数控实习中的应用,虽然在一定程度上解决了如设备不足等问题,但是还要清醒的意识到它所带来的弊端。
1.过于依赖计算机。所有的操作,包括图纸绘制、G代码生成和仿真加工,都可在计算机上完成。
2.忽略加工工艺。仿真系统的仿真加工过程速度一般为5倍(调节范围:1～100),使得操作人员忽略进给速度、刀具转速和加工质量等。
3.无法保证加工质量。由于仿真软件只能仿真加工过程,对于零件的表面粗糙度和尺寸精度等无法保证。
参考文献:
[1]李海涛等,“CAXA制造工程师”在数控加工中的应用[J].潍坊高等职业教育,2006,3.
[2]孙克强,浅谈数控机床仿真在实践教学中的应用[J].网络科技时代,2007,10.
[3]闫杰,数控加工仿真系统在专业教学中的应用[J].辽宁经济职业技术学院学报,2007.
[4]张红英,数控仿真系统在数控机床教学实践中的应用[J].交通职业教育,2006.
[5]黄赛茹等,工程训练中心建设与发展探究[J].高校实验室工作研究,2006,12.
[6]万召等,数控车床加工仿真的改进方法[J].制造技术与机床,2007.
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进入21世纪后，科学技术有了很大的发展，各行各业中广泛使用数控技术。市场上最紧缺的人才包括数控人才，怎样培养出符合社会需求的数控技能人才是从事数控教学的工作者深入研究和探讨的重要问题。
一 数控实习（实验）教学中存在的问题
第一，社会上出现了一种新的机电一体化设备――数控机床，但和普通机床相比价格较高。如果运用数控机床开展相关的数控实训，需要较高的费用。
第二，由于科技发展速度不断加快，数控机床样式繁多，更新换代较快，一般院校很难配备所有的系统，会出现学生工作后操控的设备和在学校所学不一样的情况，要是不能尽快适应，将会对自己的工作造成一定的影响。
第三，数控机床自动运行性较好，学生刚开始学习的时候，由于不熟悉编程或者操作失误会损坏机床或者刀具，严重的会威胁到人身安全。为了切实解决上述问题，笔者建议使用数控加工仿真系统代替数控机床实际操作。
二 数控加工仿真系统的产生
进入信息时代，虚拟现实理论和技术获得很大的突破，出现了一种计算机仿真培训系统，可以对实际设备的加工环境以及工作的实际状态进行准确的模拟。在学习的过程中使用计算机仿真培训系统，不仅会让学习者的素质得到有效的提升，同时比较安全，花费的费用相对较少。国内很多学校在教学中已经引进计算机仿真系统，在培养数控操作人才中也得到了广泛的应用。简而言之，就是借助计算机技术以及其他专门的硬件、软件，模拟真实的场景，在这个仿真的场景下参与者通过交互体验会产生一种真实的感觉，对操作者实际工作能力的培养很有利。
三 数控加工仿真系统的应用方法
1.数控加工仿真系统应用的过程
第一，数控加工仿真系统的选用。当前市场上的数控仿真系统软件有很多种，如北京斐克公司VNUC数控仿真软件、南京宇航数控仿真软件等等。通过多方面的比较，笔者认为北京斐克公司VNUC数控仿真软件具有较好的性能，其在教学辅助中具有较高的价值。该仿真软件可以仿真数控车床、数控铣床和数控加工中心加工零件的全过程。其中主要有定义毛坯、刀具准备、基准测量等多项功能，内存的数控系统也比较多，涵盖FANUC、SIEMENS等多种系统，具有仿真多种机床、多种系统的能力。
第二，定义毛坯及选择刀具。在数控仿真软件的辅助下，和数控机床以及相关工艺知识有效地结合在一起，选择符合学校情况的系统类型以及机床型号；以加工零件的形状对工件毛坯的材料和大小进行定义，选择合适的工件装夹形式，在刀具库中选择合适的刀具。
第三，手工编程及零件加工。零件的尺寸、过程、参数、刀具的位置等是数控机床加工所需的信息，这些信息在编码的操控下执行一系列命令。数控编程对学生的思维以及专业技术要求较高。学生编制的程序通过教师的审批确认是否正确。这种教学方式需要教师逐个查阅学生编写的程序，内容比较烦琐，实际上很多在数控机床上无法通过的程序错误教师难以检查出来。在数控仿真软件中可以很好地解决该难题，在编辑方式下的程序界面上输入数控代码，然后以实际数控机床操作回到参考点，对刀――设定刀具补偿。自动运行编写程序，加工的全过程均可以观看，自主判断程序的正确性。让学生对知识更容易掌握，凸显仿真软件在教学中的优点。
2.恰当运用数控加工仿真系统，充分发挥其在实习教学中的作用
在实习教学中可以使用数控加工仿真系统进行数控编程和操作。教师在实习教学中要重视使用数控仿真系统的方法，在数控教学中初期的感性训练、训练基本程序以及指令代码的编写可以在数控教学仿真软件中完成，而并不是采用仿真软件进行全过程的教学活动。在数控课程中可以使用数控加工仿真系统，作为辅助训练学生实际操作的工具。教师要重视在教学过程中使用数控加工仿真系统的方法，明确在教学过程中数控加工仿真系统的位置，在教学的过程中不能轻视教师的引导作用而过分依赖数控加工仿真系统，也不能不重视学生在教学中的感受，教师在教学的过程中需要有辨别并科学地使用数控加工仿真系统，以便于提升数控教学的质量和水平。同时也应该重视学生的实际加工能力，不仅要充分运用仿真软件，还要有效地提升学生的操作能力和水平，保证数控教学科学、客观地开展并具有较强的实效性。
3.科学安排教学内容，循序渐进地掌握数控编程与操作
进行实习的时候，笔者建议把教学内容划分为三个模块。第一个模块为基础，主要对FANUC数控系统的编程方法和操作技巧进行详细的介绍和讲解。该部分虽然比较基础，却是教学的重点，学生必须熟练掌握，并活学活用。第二个模块为提高，对SIEMENS数控系统的编程与操作进行细致的讲解，让学生在不同的数控系统下均具有较强的应用能力。第三个模块为拓展，主要对华中数控系统的编程与操作方法进行讲解，拓展学生的知识面。这三个模块相互促进、相互影响，让学生的动手能力得到有效的提升，满足社会对综合性人才的需求。
4.活用教学方法
和本科学生相比，高职学生学习基础较差，教师教学很困难，如果还使用传统的教学方式，不仅难以引起学生的兴趣，而且教学质量也难以提升。应使用先进的教学方法、手段来激发学生的学习兴趣。一般而言，从事数控教学的教师教学水平较高，具有较强的数控能力，可以熟练使用多种教学方式。教师在教学的过程中应以学生为主体，教学中促进学生手脑并用，改变学生的学习观念，让其由“要我学习”变为“我要学习”。
5.正确进行教学评价
教学评价主要包括学生的自我评价、学生间的相互评价以及教师评价。在计算机上使用数控加工仿真系统进行课程的学习，笔者建议以教师评价为主，及时登记每次的练习成绩。评价方式多种多样，可以是课堂测试也可以是口头评价，试题测试又分为两部分：课题测试、期末测试。教师口头评价学生的时候应注意选择激励的语言以及措辞，对表现不好的学生不宜直接批评，应该使用激励的语言，对做得好的部分加以鼓励，不好的地方委婉地表述，并给出具体的改进措施。在课堂上进行测试应该具有一定的目的性，题目不应该过难，通过课堂测试教师了解到学生学习中的不足并且提高学生的学习热情和意识。教学评价的本质是促进学生学习，教师应该掌握科学的评价方法，多用鼓励性的评价方式，不断提升学生学习的兴趣和积极性。
6.数控加工仿真系统的应用优点
使用教学仿真软件没有安全上的顾虑。让学生在仿真系统上进行技能训练，训练的费用能极大地降低，如果按照50台计算机和50套仿真训练系统来计算，花费的资金仅仅能购买一台价值30多万元的数控机床，却可以解决50～200位处于初学阶段学生的技能训练问题，学生可以轻松地初始化实习进程，保存未训练完成的项目，在反复的训练中可以有效地提升自身的操作能力，提升教学效果的同时，实习成本也得以有效的降低。
和实际加工相比，机床操作面板的使用与零件的加工几乎一模一样，数控机床加工过程中学生可以从任意角度进行观察，直接观察毛坯――成品的过程，形象的画面可以很好地激发学生学习的积极性和动力，对学生学习和掌握知识极为有利，在课堂上随机检查编程与操作的作业，每次都有合理的结果，可以培养学生浓厚的学习兴趣。
四 结束语
在教学中使用数控加工仿真软件，对学生综合职业素质的全面提升具有很好的促进作用，不仅使学生独立思考以及创新的意识得到培养，更让学生勇于锻炼。作为数控教师，在教学的过程中应该摒弃传统的教育教学理念，充分领悟新课改精神，践行素质教育理念，在思考中产生问题，在思考中解决问题，采用积极的措施，很好地使用仿真软件，有效地提升数控教育教学质量。
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实习教学是职业教育的主要内容,它体现学生对所学专业的技能训练掌握的程度,技能在职业学校教育中起主导作用,随着数控加工仿真系统的越来越完善,在数控技术实习教学中也发挥着越来越重要的作用。数控加工仿真系统是结合机床厂家实际加工制造经验与高校(含职业技术学院、中等专业学校、技工学校和职业学校)教学训
练一体所开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件,可以满足大批量学生教学需求。
一、计算机数控加工仿真系统的概念
计算机仿真就是借助计算机,利用系统模型对实际系统进行实验研究的过程,分析复杂的动态对象,仿真是一种有效的方法,可以减少风险,缩短设计和制造的周期,并节约投资。数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程,是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具,以减少工件的试切,提高生产效率。它随着计算机技术的发展而迅速地发展,在仿真中占有越来越重要的地位。
二、计算机数控加工仿真系统的产生
数控机床加工零件是靠数控指令和程序控制完成的。为确保数控程序的正确性,防止加工过程中干涉和碰撞的发生,在实际生产中,常采用试切的方法进行检验,但这种方法费工费料,代价昂贵,使生产成本上升,增加了产品加工时间和生产周期。后来又采用轨迹显示法,即以划针或笔代替刀具,以着色板或纸代替工件来仿真刀具运动轨迹的二维图形,有相当大的局限性。对于工件的三维和多维加工,也有用易切削的材料代替工件(如,石蜡、木料、改性树脂和塑料等)来检验加工的切削轨迹。但是,试切要占用数控机床和加工现场。为此,这些方法都存在弊端,将其不断发展和完善,逐步找到一种能逐步代替试切的计算机仿真方法,并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展,于是计算机数控加工仿真系统的出现成为必然。
三、计算机数控加工仿真系统的使用现状
数控机床的切削加工过程仿真属于几何仿真,既不考虑切削参数、切削力及其它物理因素的影响,只对机床操作全过程和加工运行全环境的仿真,以验证程序的正确性。它可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具
破坏或刀具折断、零件报废等问题;同时可以减少从产品设计到制造的时间,降低生产成本。
四、计算机数控加工仿真系统在数控实习教学中的应用
数控加工仿真系统已经成为国家职业资格鉴定考试中不可或缺的一部分,从中也可看出仿真系统在数控实习教学中的重要性和普遍性。
1.仿真系统界面完全模拟真实数控机床的控制面板和显示屏幕,真正实现虚拟状态下的真实场景。学生利用该仿真系统进行模拟真实机床的操作,同样会达到操作真实设备和代替实物操作训练的目的,并且安全可靠。由于大部分的实训活动可以在仿真系统中实现,使用仿真软件将大大减少在数控机床设备上的资金投入,从而可以加快当前紧缺数控加工操作技术人员的培训速度,也大大减少工件材料和能源的消耗,从而可以降低培训成本。同时,具备多媒体教学特点的动态仿真操作使教学形象生动、内容流畅易懂。互动教学功能使得教师既可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容。教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况,实时了解教学情况。
2.学生可以直观地观看工件的仿真加工过程,熟练掌握机床的操作步骤和加工流程,并能够实现直接测量和检验加工后的工件,完全实现了真实加工再现。
首先,在仿真系统上,可以实现机床的选择、刀具的安装、切削用量的确定及对刀等一系列操作,具备图形模拟演示功能,可以直观地观察刀具和工件的相对运动和加工情况。
同时,在机床运行和加工过程中,能够及时提供程序错误或超行程等报警信息,教师或学生能够根据报警信息进行分析,从而发现故障原因和作出相应的解决措施。
3.计算机数控加工仿真系统提供了一个采用虚拟机床替代真实机床进行实习训练的平台,在降低费用的同时保证实习效果,既讲经济又求实效。
总之,数控技术专业职业能力的培养,要求学生必须进行大量的动手操作训练,而数控设备价格相对昂贵,受资金等各方面条件制约,大部分职业院校很难真正做到满足实践教学的要求。在教学中引入数控加工仿真技术,为解决此类问题开辟了一条蹊径。
参考文献:
[1]宇龙数控仿真系统说明书.
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一
常规的原理课程的讲解一般分两部分，一部分在教室讲解原理，另一部分在实验室讲解实际操作，这样必然增加了课时，也使教学内容不连续。
计算机辅助控制系统是以计算机为媒体开发的，通用性较强，在屏幕上能够显示和机床操作面板一模一样的界面；以动态的模拟显示代替机床实际运行并且还能够提示操作信息，如编程错误信息和操作失误机床碰撞报警信息等，使数控机床的编程操作易于课堂化教学，从而既减少了机床设备和实习的损耗，又大大提高了教学效率。
数控加工仿真系统功能较为完善，其中语法诊断和模拟示教功能可以使学生进行人机交互式学习，即由学生输入NC程序，在模拟运行过程中，系统能及时提供错误信息，刀具相对移动轨迹，以及最终加工的立体效果，学生经过简单判断就能很容易地发现和修改NC程序的错误，从而大大减轻了教师批改学生NC程序作业时的负担，使教师能够集中精力帮助学生解决实际问题，保证了教学质量，使教学效果得到了显著增强。
数控加工仿真系统是结合机床厂家实际加工制造经验与高校（含职业技术学院、中等专业学校、技工学校和职业学校）教学训练一体所开发的一种机床控制虚拟仿真系统软件，可以满足大批量学生的教学需求。数控加工设备价格昂贵、占地面积大，而数控仿真系统软件可以在微机平台上运行，解决了培训时学员多机床设备少的问题，并为学校节省了大量设备购置经费。它可以对数控装置进行仿真操作，实践课程教学的目的主要是对原理的验证。学生可利用此软件进行仿真操作，同样会收到真实设备的教学效果。
此系统还可以依据不同的客户要求进行设计，尤其适于初学者的入门过程。通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，并且安全可靠。通过动态的仿真操作，教学过程易教易学，教学效果显著增强。
其优点在于：（1）系统完全模拟真实CNC机床的控制面板和屏幕显现，可轻松操作。（2）在虚拟环境下对NC代码的切削状态进行检验，操作安全。（3）用户可看到真实的三维加工仿真过程，仔细检查加工后的工件，可以更迅速地掌握CNC机床的操作过程，过程逼真。（4）采用虚拟机床替代真实机床进行培训，在降低费用的同时获得更佳的培训效果，使用更经济。
数控加工仿真系统具有FANUC、SIEMENS等众多数控系统功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动或CAD/CAM编程和加工。教师通过网络教学，监看窗口滚动控制，可随时获得学生信息。其具有多媒体教学的特点。
二
如何运用这套软件进行教学呢？我们在教学中主要从以下几个方面进行探索与实践。
1.灵活应用教学方法，变学生被动学习为主动学习。
现在，由于大部分学习基础好的学生选择上大学，职业技术学校教学很困难，传统的教学方式已很难使学生接受，因此，利用先进的教学方法、教学手段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即数控编程能力、工艺处理能力、实际动手能力、自动编程能力，能较为娴熟地运用行动导向的教学方法，在课堂教学真正体现以学生为主体，突出显示学生动手动脑的活动，变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法下手的问题进行引导、讲解。在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与技巧。
2.恰当运用数控加工仿真系统，充分发挥其在课堂教学中的作用。
数控加工仿真系统主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程，还可作为数控操作技能训练的辅助工具。教师应十分重视数控加工仿真系统在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真系统在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真系统放弃教师在教学中的引导作用，又不能在教学中教师唱独角戏采用常规的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用，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。
3.科学安排教学内容，循序渐进掌握数控编程与操作技巧。
在教学过程中教学内容的安排分为三个模块。其一为基础模块，主要讲解与训练最常用的FANUC数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的编程方法、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；其二为提高模块，主要讲解与训练SIEMENS数控系统的三种机床的编程与操作，帮助学生进一步增强不同在数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力；模块三为拓展模块，主要讲解国产数控数控系统中的华中数控系统和广州数控系统中的数控车床的编程与操作方法，扩大学生的知识面，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。这三个模块的教学可根据学生不同层次进行安排，中专中技层次难度较低，高技大专层次难度稍大，三个模块课时较多。这样，学生在从业时能够信心十足地面对所操作的数控机床，较快适应所从事的工作。
4.正确进行教学评价，增强学生的学习意识和自觉性。
教学时所进行的教学评价包括学生的自我评价、学生相互之间的评价和教师评价。上机应用数控加工仿真系统进行数控编程与操作练习时以教师评价为主，对每次的练习成绩及时登记。评价方法包括口头评价和试题测评，而试题测评方法包括课题测评及期末测评。教师对学生进行口头评价时应注意方式和语言的选择，对做得不好的学生不采用直接批评的方法，只是指出该学生哪些地方做得好，哪些不太好，应如何改进。课堂测试应有较强的目的性，不是难为学生，而是通过对学生进行测试，增强学生的学习意识，提高学习热情，增强学习的自觉性和自信心，因此，测试题应与课堂教学、上机应用数控加工仿真系统的练习要求相适应。考前的复习应有较强的目的性，不应超出范围，课程的总评成绩不过分注重一次期末考试结果，而是更多地、客观地关注学生在整个学习过程中的学习效果。教师有明确的教学目的，逐个系统、逐种机床进行讲解及安排练习，因人施教，因材施教，恰到好处。
数控操作工按国家职业技能鉴定标准分成两大内容：理论考核和技能考核。其中技能考核分成五个模块：数控机床操作（利用手工编程加工实际零件）、工艺编制、CAD计算机绘图、数控机床现场排故分析与讲解、CAM自动编程模块。数控机床三、四级操作工技能考核仅考核其中第一模块，即手工编程加工零件的数控机床操作模块。如果按常规考核将技能操作考核模块全部安排在数控机床上进行，一般需占用数控机床4—6小时。我们采用数控加工仿真系统软件辅试，考生拿到所考核的零件图纸后，先在数控加工仿真系统的数控车（或铣）床上手工编程，检验合格后将程序通过数据传输送入数控机床进行加工，这样减少了在机床上手工编程、输入程序、校验程序、仿真加工的时间，占用数控机床仅约2小时，使占机时间至少缩短50%，鉴定效率大为提高，同时也大大提高了鉴定时的安全性。为了减少刀具和材料的消耗、进一步缩短上数控机床操作时间，也可将操作题目分成两个零件，将难度大的零件用手工编程在数控加工仿真系统上模拟加工，而将难度较小、用材较少的零件模拟仿真后再在数控机床上加工。
对数控加工仿真软件在教学和鉴定中的应用研究尚处于研究探索阶段，只要积极思考其在应用中产生的问题，主动采取应对措施，正确发挥其在教学和鉴定中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。
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在实际应用中，CAXA制造工程师和宇龙仿真系统的有机结合能够相互弥补对方的不足，对于提高程序的编写效率和其正确性验证有着广泛的应用价值和意义。
一、应用CAXA制造工程师进行自动编程
1.生成如图1所示的可乐瓶底凹模实体造型（过程略）
2.零件的加工工艺分析
（1）零件图的分析。该零件的材料为硬铝，毛坯尺寸为120mm×120mm×50mm。在零件上有一个加工特征：可乐瓶底凹模型腔曲面。由于零件呈前后、左右对称，故工件坐标系原点设定在工件上表面的中心。
（2）刀具的选择。由于工件的材料为硬铝，切削性能较好，选用高速钢立铣刀即可满足工艺要求。粗加工时选择φ6mm的圆柱直柄平底刀，精加工时选择φ5mm的球头刀。
（3）工件的装夹。工件毛坯外形为长方体，为使其定位和装夹准确可靠，选择机用虎钳进行装夹。
3.工艺路线制定
采用先粗后精的加工顺序：粗加工采用等高线粗加工，精加工采用参数线精加工。
4.生成零件的加工轨迹
（1）用CAXA制造工程师生成零件的粗加工轨迹。如图2和图3所示，操作依次为：双击加工管理树中的选项选中单击按钮单击【确定】按钮。
接下来，单击菜单栏中的【加工】选项，然后依次选择【粗加工】【等高线粗加工】按表1所示进行参数设置单击【确定】按钮。结果如图4所示。
最后，根据提示拾取可乐瓶底凹模作为加工对象，然后拾取加工边界，直接单击右键确定（默认零件的外轮廓为加工边界），即生成等高线粗加工轨迹。
（2）用CAXA制造工程师生成零件的精加工轨迹。单击菜单栏中的【加工】，然后依次单击【精加工】单击【参数线精加工】按表2进行参数设置单击【确定】按钮，结果如图5所示。
最后，根据提示拾取可乐瓶底凹模作为加工对象，然后单击右键“确定”，再依次执行以下操作：拾取进刀点切换加工方向（若不需要切换可直接单击右键确定）改变曲面方向（若不需要改变可直接单击右键确定）拾取干涉面（若没有可直接单击右键确定），即生成参数线精加工轨迹。
（3）自动生成数控加工程序。如图6所示，单击加工管理树中的选项，再依次单击菜单栏中的【加工】【后置处理】【生成G代码】输入文件名单击【保存】单击右键，即可生成数控加工程序，如图7所示（由于程序段较多，顺序号超过了4位，故设置成不输出程序段顺序号）。
二、应用宇龙数控加工仿真系统进行仿真加工
1.机床参数设置和基本操作
（1）启动宇龙仿真软件，单击（选择机床），选择常用的FANUC0I数控系统和立式加工中心，如图8所示，控制面板如图9所示。
（2）单击（定义毛坯），定义毛坯的外形、材料和尺寸，如图10所示。
（3）单击（夹具），选择夹具，如图11所示。
（4）单击（放置零件），安装零件，如图12所示。
（5）单击（选择刀具），如图13所示。
（6）按照实际数控机床的操作步骤，进行系统上电启动、旋出急停按钮和回参考点的操作（一般是+X、+Y和+Z向回参考点，回到参考点后指示灯亮）。
（7）对刀。单击（基准工具），选择φ14mm的寻边器，再单击【塞尺检查】，选择1mm的塞尺。先采用手动而后采用手动脉冲的方式使寻边器向工件右侧面靠近，当提示塞尺检查的结果合适时，记下此时的X坐标-232.000mm。由于选择工件上表面的中心作为工件坐标系原点，故工件坐标系原点相对于参考点的X坐标为X=-232.000-60-1-7=-300.000（mm）（其中60mm为工件长度的一半，1mm为塞尺尺寸，7mm为寻边器半径）。接下来单击，再选中并单击屏幕中下面对应的软键，将光标移动到G54对应的X坐标，输入“-300.000”，单击或单击屏幕中下面对应的软键，即可完成X向对刀。使用同样的方法可得到工件坐标系原点相对于参考点的Y坐标为Y=-215.000mm，输入后即可完成Y向对刀。通过MDI方式将1号刀装到主轴上，单击【塞尺检查】，选择100mm量块（即Z轴对刀器），先采用手动而后采用手动脉冲的方式使刀具向工件上表面靠近，当提示塞尺检查的结果合适时，此时工件坐标系原点相对于参考点的Z坐标为Z=-379.000-100=-479.000（mm），输入后即可完成Z向对刀。同理可以对2号刀进行对刀，将得到的坐标值输入G55中。对刀后的屏幕界面如图14所示。
2.数控加工程序的导入和加工
将CAXA制造工程师自动生成的NC程序进行必要的手工编辑后，得到如图15所示的新程序，然后将其复制到仿真软件所在盘符的指定文件夹（如安装在默认的盘符，则指定文件夹为：C：＼Program Files＼数控加工仿真系统＼Examples＼FANUC＼FANUC0立式加工中心＼FANUC0立加G00G01绝对），再将NC程序传输至宇龙数控加工仿真软件中。
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主要内容：
工业化和自动化已经成为制造生产领域的发展主题，随着智能加工理念和自动化加工需求的不断深化，以数控机床为代表的新一代自动加工设备开始在制造业中普及开来。我们可以看到数控机床在集成了柔性加工、多维加工、曲面加工和多轴联动等最新加工技术的同时，还兼容了数字编程和辅助设计等功能，这使得每一个数控机床都能成为一个不同规模的加工中心，满足不同的加工需求。但是正是由于数控机床的功能多样性，使得数控机床的操作要求十分严格，操作者不仅需要具备扎实的机械加工基础知识和操作技能，还需要对数控编程技巧、数控加工技术原理和加工工艺制定等具备一定的知识储备，这就对当前的数控机床操作人才的培训模式提出了很高的要求，如何进一步强化数控机床操作人才培训的有效性和成材率，这将是本文要集中探讨的话题。
一、数控仿真软件概述
从技术层面来看，数控仿真软件集成了虚拟现实技术和计算机图形学技术，并且能够实现虚拟现实的数控机床操作试练。虚拟现实技术通过量化实际系统的系统参数、系统环境、声光电等现象，能够真实的还原系统操作环境，给与操作者以极高的真实体验；可以对设备进行操纵，可以查看生产过程、实验过程、施工图过程、供应过程等活动的各种技术参数的动态值，从而确认现实系统是否有能力完成预定的任务和如何去完成，也可从中发现运动过程的缺陷和问题，予以改进。
目前来看，数控仿真软件主要包括了两种，一种是模拟数控机床加工环境和加工过程的虚拟数控机床仿真软件，另一种就是以零件设计和加工程序为主线的CAD/CAM一体化软件。数控机床仿真软件能够让操作者快速熟悉数控机床的结构组成、工作流程和操作要领，通过外接数据库，能够对当前主要的数控机床进行针对性培训，效果十分突出；零件加工仿真软件则将重心主要集中在零部件设计、零部件加工工艺设置、数控加工程序编制等环节上，目前常见的零部件仿真软件主要有solid edge、Pro/engineer、MasterCAM、Solidworks、CAXA等，这些仿真软件能够让操作者快速熟悉机械加工过程，培养机械专业技能。
二、数控仿真系统在数控机床教学实践中的应用
在目前的数控机床操作人才培训中，主要也是针对上述两种仿真软件形式，进行针对性极强的教学实践培训，详细应用内容如下所述：
1）数控机床仿真软件在数控机床实践教学中的应用
数控机床仿真软件是基于虚拟现实系统平台而搭建起来的操作系统，它可以在虚拟现实数控机床数据库的支持下，完美的再现当前主要数控机床的结构组成和工作环境，在数控机床的教学实践过程中，首要科目是要熟悉数控机床的结构组成，受到经济条件的限制，多数数控机床加工学校很难对当前的各种类型的数控机床进行现场拆装，数控机床仿真软件中的模块分解过程能够实现全息装配过程，仿照真实数控机床零部件尺寸，进行的实际工业化装配流程的演练，能够进一步加深学生对于数控机床的进给系统、多轴联动系统、曲面加工系统的空间形象的理解；其次是典型加工工艺的教学实践，数控机床仿真软件能够对工件毛胚定位、工件装夹、夹具工作原理、压板安装流程、加工基准对刀原则、刀具安装和选用规范、机床手动操作和自动操作指令条码等，进行逐一的繁复讲解，而且允许学生在课后进行温习和尝试；再者是完善的图形数据和加工标准数据库资料，使得学生可以在仿真软件自带的典型数控机床编程程序的指导下，进行实际编程，并且在虚拟加工平台上，对自定义的工件进行工艺设定，并且检查加工工件的尺寸误差和质量达标情况；该仿真软件系统结合自动化考核系统，能够实现教学、实践和考核一体化的培训模式。
2）零部件加工仿真软件的教学实践应用
熟知零部件的造型原理和加工工艺流程是保证数控机床操作者能够进行复杂加工过程的技术基础，零部件加工仿真软件为学习者提供了一个高仿真度的零部件数模设计，包括了曲面造型设计和参数化设计这两种主要的形式，对于简单曲面造型和复杂曲面的造型原理都能有一个清晰的理解过程；其次是对零部件加工工艺的熟悉过程，工件加工的第一道工序是要进行基准对刀，不同的零件对刀的原则和位置选择都大相径庭，比如轴对称零部件、杆件、板件、螺旋件以及内内孔加工等等，这都需要学生们在平时的学习过程中熟练的分析不同类型零部件的加工工艺选择准则；再者是对数控加工刀具的走刀过程和走刀程序进行针对性的讲解，这种直观的培训模式有助于学生养成数控加工思维，结合实践性极强的零部件金工实习，使得学生们在自己动手加工典型零部件时，对于零部件造型保持的关键性因素、令不加加工失效的主要原因以及加工过程的重点注意事项都能有一个直观而且亲身经历的过程，经过这种培训模式所培养出来的数控机床操作人才将兼具专业知识背景和机床操作技能，能够适应快节奏、高技术含量的操作需求。
总结：
随着自动化技术和机械加工技术的不断发展，数控加工已经成为机械加工领域使用最为广泛的技术形式。数控机床的使用需要一定的专业知识背景和操作编程经验，相关操作技术人员已经成为当前机械加工市场的稀缺人才。本文概述了数控加工仿真系统在数控机床教学领域的应用现状，并就完善数控仿真软件的教学价值提供了新的思路。
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一、数控加工仿真系统及其在教学中的意义：
仿真模拟技术是指使用仪器设备、模型、计算机虚拟技术，以及以利用场地、环境的布置，模拟出真实的工作程序、工作环境、技术指标、动作要求，进行科学研究、工业设计，模拟生产、教学训练和考核鉴定等的一项综合技术。该技术正在得到教育培训领域广泛的重视和应用，数控加工仿真系统就是其中之一，其意义有以下两方面：
1、提高学生学习兴趣，变被动接受为主动学习
引入数控加工仿真系统进行教学以后，学生所编程序可以直接在计算机数控加工仿真系统的模拟加工演示，对程序编写和书写的错误能直接看出，机床操作面板的使用与零件的加工过程也和实际加工情况十分相似，学生可以从任意角度观察数控机床加工过程，毛坯加工为成品的过程历历在目，直观形象，便于学习与掌握；编程与操作的作业可以直接在计算机上检查，每次有检查，次次有结果，使学生对这门课程有了浓厚的学习兴趣，常常是刚上完这一堂课又急切地盼望着下一堂课的到来，甚至提出增加课时，学生的学习主动性与积极性大为提高。
2、技能训练与鉴定应用数控加工仿真系统可以降低训练成本提高训练效率和安全性
数控机床是一种较为昂贵的机电一体化的新型设备，如果初学时就让学生直接在数控机床上操作，可能出现撞坏车刀、损坏工件于机床、浪费材料等现象，甚至因操作失误对学生造成人身危害。引入数控加工仿真系统进行技能操作与鉴定，可以大大降低训练与鉴定的消耗，约50个机位的计算机包括50个结点的正版数控加工仿真软件，所需费相当于一台三十万元的数控机床，却能解决50―150个学生的初阶段的技能训练问题，学生可以轻松对实习过程进行初始化，对未能完成的实习实行状态存贮，对已完成的实习课题进行调入回顾，而后在进行几次实际操作就能达到事半功倍的效果，大大提高了实习效率降低了实习成本；鉴定中应用数控架空仿真系统可以减少考生占用数控机床的时间约50%，考生可以将编程与程序校验时间放在计算机上完成，然后通过数据传输将所编程序输入数控机床，对零件进行加工，安全性和鉴定效率均大为提高。
二、应用仿真模拟教学应注意的问题
1、编程理论与仿真模拟相结合
数控加工仿真系统主要应用于编程与操作这一理论教学课程，还可作为数控操作技能训练的辅助工具。教师应十分重视数控加工仿真系统的在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真系统在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真系统，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的教学模式而无视数控加工仿真系统在教学中的作用。
2、科学安排教学内容，循序渐进掌握数控编程与操作技巧
在教学过程中教学内容的安排分为三个模块。其一为基础模块，主要讲解与训练最常用的FANUC数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的编程方法、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：其二为提高模块，主要讲解与训练SIEMENS数控系统的三种机床的编程与操作，以帮助学生进一步加强在不同数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力：模块三为扩展模块，主要讲解国产数控系统中的华中数控系统和广州数控系统中数控车床的编程与操作方法，扩大学生的知识面，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，学生在从业时能够信心十足的面对所操作的数控机床，较快适应所从事的工作。
3、正确进行教学评价，提高学生的学习意识和自觉性
教学时所进行的教学评价包括学生的自我评价、学生互相之
间的评价和教师评价。上机应用数控加工仿真系统进行数控编程与操作练习时以教师评价为主，对每次的练习成绩及时登记。评价方法包括口头评价和试题测评，而试题测评方法包括课题测评及期末测评。教师对学生进行口头评价时应注意方式和语言的选择，对做得不好的学生不采用直接批评的方法，只是指出该学生哪些地方做得好，哪些不太好，应如何改进。课堂测试应有较强的目的性，不是难为学生，而是通过对学生进行测试，来提高学生的学习意识、学习热情，学习的自觉性和自信心，因此，测试题应与课堂教学、上机应用数控加工仿真系统的练习要求相适应。考前的复习应有较强的目的性，不应超出范围，课程的总评成绩不过分注重一次期末考试结果，而是更多地、客观地关注学生在整个学习过程中的学习效果。教师在教学中有明确的教学目的，逐个系统、逐种机床进行讲解及安排练习，因人施教，因材施教，恰到好处。
4.反馈完善数控加工仿真系统，克服其负面效应
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一、数控仿真软件在数控加工技术教学中的作用
第一，通过数控仿真软件能够弥补设备与师资缺乏，增强学生动手实践能力，对学生技能操作熟练程度的提升更有利。利用仿真软件展开模拟操作，可为学生提供更多的实习机会，缩短新授知识转变为技能的周期。如一个班级中约有30个人，3台机床，平均每台机床约10个人，每次实习时间约3小时，而每个人的实际操作时间仅有18分钟，在如此短暂时间内，很难达到预期的效果。若我们利用每所学校均有的微机室，将3小时换作与实际机床基本相同的仿真操作的话，可保证所有学生均有足够时间来动手，提升操作熟练程度，为下一步实际操作做足准备。
第二，提供了多类机床与多类系统。现今数控机床的种类与系统厂家相当多，教学时可结合需要选择对应机床与系统完成对学生的授课，增强了学生对不同数控系统与不同数控机床的适应能力。
第三，通过数控仿真软件可更好结合理论学习，实现同步教学。若通过仿真软件一边演示一边教学，借助车刀与工件运动来显示指令轨迹，学生更易理解，还可亲手操作以加深认识，理论与实践相互融合，增强了教学质量。
二、数控加工技术课程的数控仿真软件教学要点
1.引导学生正确选用数控加工仿真系统，提高教学质量
数控仿真软件可通过计算机把所编制程序，在二维图或三维图的基础上通过动态方式把整个数控加工过程更生动地展现出来。现今有影响力、有代表性的数控仿真软件包括上海宇龙、斯沃仿真、南京宇航等。但具体选择哪种仿真软件，还应综合分析仿真系统里操作面与实训教学机床的匹配性，保证仿真系统里所用到的数控系统应与教材教学选择的数控系统或机床相符，并考虑数控仿真系统功能是否满足教学要求与仿真软件及CAD/CAM软件配套性，如通过CAD/CAM软件后置处理所生成的程序可否调入仿真系统进件虚拟加工，在仿真软件运行验证符合要求的程序可否在真实机床里加工等。笔者学校在实际操作中选用了上海宇龙数控仿真软件，软件基本可兼容目前国内已有的大部分数控系统，如FANUC、SIEMENS、广州数控等。仿真软件完全模拟真实的数控机床操作，能清晰仿真整个数控加工环节。学生在学习过程中能够更快速地了解数控机床编程与操作技能。
2.科学应用仿真软件，增强学生学习兴趣
过去在黑板上讲授不同按键名称、作用与操作方法，实质上是一件费力不讨好的事，学习者感觉枯燥，教师也乏味。但若将数控仿真软件用于数控加工技术课程中，学生所编程序能够直接在计算机数控加工仿真软件中进行模拟加工演示。由于机床操作面板的使用及零件加工过程均与实际加工情况类似，学生可从任意角度了解、掌握数控机床加工过程，毛坯加工变作成品的过程真实形象，更利于知识点的掌握。利用数控仿真软件，基于学生学习中遇到的各种困难及问题给予讲解、引导、示范操作，可以克服所有的学习困难，解决问题，增强学生学习兴趣。此外，数控仿真软件再先进，终究不是真实的，数控系统种类多，统一数控系统应用于不同厂家生产的数控机床上，实际操作中也存在诸多差异，研发人员无法全面掌握这些具体细节，仿真软件产品会出现一些与真实机床不同的感觉。教师还应为学生清楚讲述软件与实际机床不符之处，并结合机床真实情况为学生展开针对性教学，以免让学生出现误解，不利于将来机床编程与实操。
3.合理安排教学内容，循序渐进掌握数控知识
数控加工技术课程教学中应合理安排教学内容，在教学前将知识点给予有效安排，大致分作三个模块，即基础模式、提高模块与拓展模块。首先，基础模块重点讲述训练中常用到的FANUC数控系统相关数控车床、数控加工中心编程方法、操作及应用知识，该模块属于教学基础，也属于教学的重点，要求学生务必熟练掌握，并能做到知识的灵活运用;其次，提高模块重点讲述并训练SIEMENS数控系统相关三种机床编程与操作，增强学生在不同数控系统下进行不同数控机床编程的操作能力与理解能力;最后，拓展模块重点讲述国产数控系统里的华中数控系统与广州数控系统里的数控车床编程及操作技巧，拓宽学生知识面，增强学生对不同操作系统、不同操作面板的编程及实践操作能力。唯有如此，学生方可更牢固地掌握各种数控加工知识，步入社会后能尽快适应岗位工作要求，提高工作能力。
4.仿真软件学习与机床实际操作训练同时进行
数控仿真软件不仅可用于数控加工技术课程教学中，还可作为数控操作技能训练辅助工具。教师应摆正数控仿真系统在教学中的位置，不可让学生养成一味依赖数控仿真软件的习惯，而忽视了机床实际操作练习的重要性。教师需结合课程总共的学习时间，科学分配仿真软件学习与机床实际操作训练二者的时间比例，充分认识到数控仿真软件的应用优势主要体现在入门基础训练上，而学生实践操作技能的提升关键还是要通过大量的机床实际操作训练。学校需合理制订教学计划，在数控仿真软件课程学习前，就先组织学生到附近工厂实习，让学生对各类加工方法有更深的感性认识。同时，数控机床课程与数控加工工艺课程也应安排在数控仿真软件学习训练前，让学生掌握更多机床操作方法、加工方法与切削用量选择方法，更利于学生理解与掌握数控仿真各环节要点，进而让数控仿真软件真正在数控加工技术课程中发挥作用，达到“砍柴不误磨刀功”之效。
总之，数控仿真软件将逐渐变成我国数控教学中的主要手段，不但能够解决占用过多实验设备时间的问题，还可提升学生对数控加工的认识，还可为学生提供检验自行编写程序正确性的有效手段。不过，把数控仿真软件应用于数控加工教学里也有诸多不足，在应用过程中还应不断改进与完善，使其更好为数控教学服务，提高教学质量，为社会培育出一批批实践能力强的新型数控人才。
参考文献：
[1]丛娟，丛树林.基于数控仿真软件的数控加工工艺与编程课程改革[J].辽宁高职学报，2011（3）.
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随着数控技术的快速发展，数控机床已经成为现代制造业的主要装备，使制造技术进入了数控技术的新时代。合理有效的应用数控仿真系统，把专业理论编程与操作课，变成在计算机上利用仿真软件的多媒体教学，激发学习兴趣，就可以快速提高中职院校学生的数控编程和操作能力，为学生实际操作机床、进行编程加工打下较好的基础，从而提高数控教学的效果。
一、数控仿真软件简介
随着虚拟现实技术及计算机技术的发展应用，出现了可以模拟实际机床加工环境及其工作状态的计算机加工系统，它是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训的仿真软件，利用计算机的仿真培训系统进行学习和培训，可以迅速提高被培训人员的理论和实际水平，非常安全而且费用低。
二、数控仿真系统在教学中的应用
1．初次上课以数控仿真教学激发学生技能操作的积极性，用仿真演示激起学生的好奇心和求知的欲望
首先抓住第一节课这一契机，介绍数控编程知识的实用价值，有意识地让学生了解数控编程与今后工作的密切关系，充分展现数控编程及操作的价值，使更多的学生对数控编程产生浓厚的兴趣。老师设计较简单的零件图样进行示范性操作，同时提醒学生认真观察，掌握操作要领。当机床的模拟切削声响起来，切屑飞溅，毛坯随着刀具的加工变成图样要求的工件后，学生的好奇心和求知欲极度膨胀，此时也恰是让学生动手操作，进行模仿的最佳时机。及时表扬学生所取得的成绩，鼓励他们勇于战胜自己，激发每位学生的学习自信心。让学生在一种积极的情感体验中，学习知识，培养动手能力。又提高了课堂教学效果。
2.科学安排教学内容，循环渐进掌握数控编程与操作
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，其一为基础理论模块，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。其二为其扩展技能模块，利用仿真软件集合了各种数控系统面板的优点，可在基础模块训练的基础上，提高学生对不同操作系统、不同操作面板的操作能力，扩大学生知识面，这样，学生就业时能够信心十足的面对操作的数控机床，较快适应所从事的工作，提高他们的就业竞争力。
3．构建多元评价体系，充分调动学生的主动性和积极性。
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；第一，一定是合理的加工工艺，且有一定的弹性，答案不能限制的太死。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性与表现出来的良好个性品质要给与充分的孤立、肯定嘉奖。第三，转化评价主客体关系。对学生课堂上的技能操作情况及结果不仅仅有教师来评，还可以让学生自评或互评。可采用学生讨论评价的方式，在讨论中发现的问题，得出正确的结果。
4．利用仿真进行教学实验与研究总结
仿真课结束后，我都及时地引导他们思索，对于学生已经做好的零件，提出学生自己认为还有哪些缺点或更先进的方法。通过讨论，看看自己提出来的问题是否别人也存在，并通过小组讨论确定其可行性，然后在老师的辅导下，把创新后的零件作出来。对于一些有价值的零件或积极意义的零件，建议他们保留程序并作详尽的注释，在实际操作中加工出来，为以后工作的积累重要经验。实践证明，我校学生通过数控仿真过关，再进行机床操作的方法，已有不少学生在短时间内掌握数控机床编程与操作。并在省市数控大赛中取得优异成绩。
三、数控加工仿真在应用中出现的问题及应对措施。
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。但不能也不可能全盘代替实际机床，在培养过程中我们应从实际出发，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，针对这样的情况，我们应拿出切实可行的应对措施。
1．作为一个仿真软件，它与实际机床还是存在很大的区别，仿真软件无法替代实际机床，也无法替代学生在真实切削加工的实际感受。对此，教师应引起高度重视。必须采用仿真软件与实际机床相结合的方法来培养学生，在数控仿真训练之后，必须进行实践加工。尽最大可能弥补应用数控加工仿真系统进行教学没有真实切削加工的实际感受这一缺陷。
2．正确引导学生利用数控加工仿真系统进行学习，利用数控加工仿真系统进行学习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。这就要求数控教师应提高管理能力和教学水平，合理科学安排数控加工仿真软件进行技能训练的时间，加强实际机床的操作。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及科学又客观，即高效又实用。
随着仿真软件的快速发展，与实际加工之间的差距越来越小，较高的仿真效果更加明显，但是毕竟不是真实的机床加工，只有我们在应用过程中做到科学、合理、有效，并积极应对在使用过程中出现的问题，仿真软件就会起到事半功倍的效果，就可以快速提高职业院校学生的数控编程和操作能力，为学生实际操作机床、进行编程加工打下较好的基础。
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，2008
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一、数控加工仿真软件的选用
数控加工仿真的软件形式很多，有的是数控机床本身自带的仿真系统，但这种数控机床的仿真系统在教学中局限性较大，不适于教师教学和学生训练；还有的是一些先构图而后自动编程仿真软件，也不适应手工编程教学的要求；其它如德国的DIANOGOR软件虽可对所编的程序进行检验但操作较为麻烦，且所能适应的数控系统和数控机床不多，不能对学生进行对刀训练和操作面板的应用训练。国内还有其它几种数控加工仿真软件，但都有一些不尽人意之处。几经比较，最终我们选择了南京宇航公司数控加工仿真系统的教学软件。该软件是基于虚拟现实的仿真软件，是一种富有价值的教学辅助工具。
二、数控加工仿真软件的应用方法
如何运用这套软件进行教学呢，我们在教学中主要从以下几个方面进行探索与实践。
1、灵活应用教学方法，课堂教学中使学生被动学习变为主动学习
现在，由于大部分学习基础好的学生选择上大学，职业技术院校教师教学很困难，传统的教学方式已很难使学生接受，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即数控编程能力、工艺处理能力、实际动手能力、自动编程能力，能较为娴熟地运用行动导向的教学方法，在课堂教学真正体现学生为主体，突出显示学生动手动脑的活动，变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法下手的问题进行引导、讲解。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与技巧。
2、恰当运用数控加工仿真软件，充分发挥其教学中的作用
数控加工仿真软件主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程，还可作为数控操作技能训练的辅助工具。教师应十分重视数控加工仿真软件的在教学中的应用方法，摆正数控加工仿真软件在教学中的位置，既不能完全依赖数控加工仿真软件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的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用，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。
数控编程与操作是理论、实践性均很强的课程，它应该是在已完成其它专业基础理论教学、专业教学（包括普通机床的加工工艺数控机床的加工工艺等）以及完成了约30周普通机床技能训练的基础上进行的，教学中应妥善安排该课程课堂教学与上机仿真教学的课时比例，一般为1：1，总学时约为160-240学时左右（可根据学生层次适当调整课时）。
3、科学安排教学内容，循序渐近掌握数控编程与操作技巧
在教学过程中教学内容的安排分为三个模块。其一为基础模块，主要讲解与训练最常用的FANUC数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的编程方法、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；其二为提高模块，主要讲解与训练SIEMENS数控系统的三种机床的编程与操作，以帮助学生进一步加强不同在数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力；模块三为拓展模块，主要讲解国产数控系统中的华中数控系统和广州数控系统中的数控车床的编程与操作方法，扩大学生的知识面，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。这三个模块的教学可根据学生不同层次进行安排，中专中技层次难度较低，高技大专层次难度稍大。
4、正确进行教学评价，提高学生的学习意识和自觉性
教学时所进行的教学评价包括学生的自我评价、学生相互之间的评价和教师评价。上机应用数控加工仿真系统进行数控编程与操作练习时以教师评价为主，对每次的练习成绩及时登记。课堂测试应有较强的目的性，不是为难学生，而是通过对学生进行测试，来提高学生的学习意识、学习热情，学习的自觉性和自信心。因此，测试题应与课堂教学、上机应用数控加工仿真系统的练习要求相适应。考前的复习应有较强的目的性，不应超出范围，课程的总评成绩不要过分注重一次期末考试结果，而是更多地、客观地关注学生在整个学习过程中的学习效果。教师在教学中有明确的教学目的，逐个系统、逐个机床进行讲解及安排练习，因人施教，因材施教，恰到好处。
5、模块化教学体系在数控教学中的应用
模块化教学方法就是让不同课程的内容在一个教学模块中体现出来，有时又称为跨专业的教学。为了使学生在问题的解决中习惯于一种完整的方式，教学中提出问题在解答时必须要用到多个学科的知识。我们教师的教学（尤其是专业课教学）不是单纯的通过教学而教学，我们大多选用一定的载体或项目。例如在数控车床编程教学中我们选用了国际象棋作为载体，让学生通过编制一套加工国际象棋32个棋子的车削加工程序，掌握数控车削编程的基本方法、各种指令及代码的使用、数控加工工艺方案的选择等，在学习过程中学生可以自己加工一副国际象棋带回家，提高了学生学习的兴趣，教学的效果自然会很好。如何有效利用实验设备和实训课时，让学生能在职业能力上有显著的提高，是教师们探索的目标和努力的方向。
总之，数控加工仿真软件在教学中的应用尚在起步与研究探索阶段，只要积极思考在应用中产生的问题，主动采取应对措施，我们正确发挥其在教学中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。
