基于斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件加工的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與思考

劉宇　別海楠　戴麗

摘 要 針對(duì)大學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床理論非常熟悉，但是缺少數(shù)控加工過(guò)程實(shí)踐操作的現(xiàn)象，建立了數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)與數(shù)控機(jī)床理論學(xué)習(xí)的配合，使學(xué)生對(duì)數(shù)控加工的過(guò)程有一個(gè)全面的理解。本文從教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)思考兩個(gè)方面對(duì)數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析和探討，并指出下一步應(yīng)該進(jìn)行的工作。

關(guān)鍵詞 數(shù)控加工 實(shí)踐教學(xué) 教學(xué)改革 過(guò)程化考核

中圖分類號(hào)：TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.02.015

Practice and Thinking of Processing of Virtual Laboratory

Based On Swansoft CNC Simulator

LIU Yu， BIE Hainan， DAI Li

（School of Mechanical Engineering and Automation， Northeastern University， Shenyang，Liaoning 110819）

Abstract In view of the phenomenon that college students are familiar with the theory of CNC machine tool but lack practice， we establish the processing of virtual laboratory， which is match with the study of CNC machine tool theory. The aim is to make students have a comprehensive impression of the process. This paper makes analysis from two aspects of practice and thinking， and discusses what to do for the next step.

Key words NC machining; practice teaching; teaching reform; process evaluation

0 引言

數(shù)控機(jī)床作為一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備，在現(xiàn)代化工業(yè)中起到越來(lái)越重要的作用，對(duì)大學(xué)生的素質(zhì)也提出了更高的要求。但是由于數(shù)控機(jī)床設(shè)備的費(fèi)用昂貴，大學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中不可能做到人手一臺(tái)，許多學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識(shí)只是停留在理論階段，對(duì)于相應(yīng)的實(shí)際操作一知半解，不能熟練地操作數(shù)控機(jī)床。因此我校機(jī)械電子工程研究所在學(xué)校的支持下建立了數(shù)控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，全方位培養(yǎng)同學(xué)們對(duì)數(shù)控機(jī)床的動(dòng)手操作能力，為社會(huì)培養(yǎng)全面熟練掌握數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)用型技能人才。

1 實(shí)驗(yàn)室的性質(zhì)和特點(diǎn)

“數(shù)控技術(shù)”是機(jī)電一體化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程和必修課程。本門課程以數(shù)控系統(tǒng)硬件、軟件結(jié)構(gòu)為主線，全面地介紹了數(shù)控技術(shù)的基本知識(shí)與核心技術(shù)，要求學(xué)生掌握數(shù)控加工編程方法、數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用及初步的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)時(shí)總感到抽象難懂，需要實(shí)物的配合以及動(dòng)手操作才能較為全面地理解。本實(shí)驗(yàn)室就是為了輔助學(xué)生對(duì)數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的操作水平而創(chuàng)立的，具有形象性和可操作性的特點(diǎn)，能夠根據(jù)學(xué)生的需求而靈活改變，使學(xué)生對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的理解更加深刻、細(xì)致，做到對(duì)“數(shù)控技術(shù)”這門課能學(xué)以致用。

2 斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件簡(jiǎn)介

斯沃?jǐn)?shù)控加工仿真軟件是南京斯沃軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的集圖像、聲音、操作于一體、專門用于學(xué)生進(jìn)行數(shù)控加工操作的仿真軟件。該軟件包含發(fā)那科（FANUC）、西門子（SINUMERIK）、三菱（MITSUBISHI）、廣州數(shù)控（GSK）、北京凱恩帝（KND）等主流數(shù)控操作系統(tǒng)。該軟件的特點(diǎn)如下：（1）能實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的三維仿真。學(xué)生對(duì)于走刀路線，最終成型的工件有直觀的認(rèn)識(shí)，如果與預(yù)期不符，能很容易找到錯(cuò)誤的地方。（2）具有反復(fù)加工性，學(xué)生能在很短時(shí)間內(nèi)掌握各系統(tǒng)數(shù)控車床、數(shù)控銑床及加工中心的操作。（3）具有局域網(wǎng)功能。教師和學(xué)生處于同一個(gè)局域網(wǎng)時(shí)，教師通過(guò)教師機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，并能隨時(shí)獲得學(xué)生當(dāng)前操作信息。學(xué)生也可以向老師發(fā)送協(xié)助請(qǐng)求，老師可以遠(yuǎn)程協(xié)助學(xué)生完成課堂學(xué)習(xí)。

3 數(shù)控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐

3.1 數(shù)控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)

數(shù)控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室位于機(jī)械樓四樓，設(shè)有專門的實(shí)驗(yàn)室并配備有專門的電腦設(shè)備，裝載斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，并設(shè)立局域網(wǎng)以方便老師和學(xué)生課堂交流。實(shí)驗(yàn)室由一名實(shí)驗(yàn)老師和三名輔導(dǎo)員共同管理，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)的編寫

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)的編寫依據(jù)于《數(shù)控技術(shù)》，實(shí)現(xiàn)與課本的配套，同時(shí)遵循實(shí)用、基礎(chǔ)的原則，旨在提升學(xué)生操作數(shù)控機(jī)床的水平。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的編寫改變了以往做實(shí)驗(yàn)給出所有步驟，學(xué)生只是走個(gè)過(guò)程的樣式，它只提供基礎(chǔ)的操作，留給學(xué)生在基礎(chǔ)操作上不斷自由發(fā)揮的空間，以培養(yǎng)學(xué)生的探索求知能力，同時(shí)也可加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

3.3 實(shí)驗(yàn)老師及輔導(dǎo)員的培訓(xùn) （下轉(zhuǎn)第90頁(yè)）（上接第29頁(yè)）

現(xiàn)在許多老師都注重于對(duì)機(jī)床理論的研究，往往對(duì)機(jī)床的實(shí)踐操作感到生疏，因此有必要在正式開(kāi)課前對(duì)老師和輔導(dǎo)員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)以相關(guān)技術(shù)人員的講解為主，以閱讀軟件使用說(shuō)明書(shū)和觀看視頻為輔，參加培訓(xùn)的老師要嚴(yán)格按照培訓(xùn)的要求完成培訓(xùn)操作，并通過(guò)相應(yīng)的考核。在上課時(shí)，要能隨時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，對(duì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中遇到的問(wèn)題要做到心中有數(shù)，并及時(shí)做好學(xué)生實(shí)踐的指導(dǎo)工作。

3.4 整理素材

數(shù)控技術(shù)的理論學(xué)習(xí)所涉及的知識(shí)非常廣泛，例如加工程序的編寫涉及到許多G代碼，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)只記住了代碼沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)，到了上機(jī)操作對(duì)代碼的應(yīng)用也不明確。因此教師要在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備好加工圖形，以便學(xué)生明確目標(biāo)，可以更好的進(jìn)行實(shí)踐操作。這些加工圖形的選取最好由淺入深，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，分層次、分水平，不斷引導(dǎo)學(xué)生逐步熟悉操作，進(jìn)而能夠自主進(jìn)行工藝加工過(guò)程。

3.5 過(guò)程化的考核

該實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行需要一定的理論知識(shí)，因此在上實(shí)驗(yàn)課之前要對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)水平有一定的了解，可通過(guò)與理論課老師相互結(jié)合，更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以便在實(shí)驗(yàn)課中對(duì)相應(yīng)的重點(diǎn)加以強(qiáng)調(diào)。在上課過(guò)程中不僅要教會(huì)學(xué)生正確的操作，更要讓學(xué)生放心大膽的去嘗試錯(cuò)誤的操作，只有知道了錯(cuò)誤的后果，才能對(duì)相應(yīng)的正確操作印象更加深刻。故在最終考核時(shí)不只看學(xué)生是否完成了操作，而對(duì)學(xué)生的完成速度、操作的規(guī)范性和完成的質(zhì)量相互結(jié)合，最終由教師給出一個(gè)公平合理的考核評(píng)價(jià)。過(guò)程化考核的最終成績(jī)由學(xué)生自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)和教師的考核評(píng)價(jià)三部分共同組成，力爭(zhēng)客觀、公平、全面的評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和實(shí)踐操作的效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)習(xí)效果。

4 關(guān)于數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思考

4.1 實(shí)踐的擴(kuò)展應(yīng)用

關(guān)于該實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐應(yīng)用方面，不僅可用于本科生的實(shí)踐教學(xué)，也可以擴(kuò)展應(yīng)用，現(xiàn)在正在進(jìn)行的擴(kuò)展應(yīng)用有以下兩項(xiàng)：（1）本科生關(guān)于數(shù)控機(jī)床的課程重在對(duì)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，因此相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)安排以實(shí)踐操作為主，致力于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程的理解。但是對(duì)于研究生而言，重在對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)，實(shí)驗(yàn)室也可擴(kuò)展應(yīng)用，設(shè)立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目幫助研究生加深對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的理解。（2）對(duì)于多年從事數(shù)控機(jī)床原理研究的老師而言，他們可能對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作已有些生疏，可以專門設(shè)立針對(duì)這些老師的課程，讓他們盡快熟悉數(shù)控機(jī)床的操作。

4.2 下一步進(jìn)行的工作

該課程采用數(shù)控虛擬仿真加工軟件盡管可以全程模擬加工過(guò)程，但終究與實(shí)體的機(jī)床有一定的差距，例如工件裝夾過(guò)程由軟件自動(dòng)完成，學(xué)生并沒(méi)有親手操作，對(duì)其中的要點(diǎn)并不明確，很可能忽略裝夾在整個(gè)加工過(guò)程中的重要性。因此老師在進(jìn)行培訓(xùn)的過(guò)程中還需要老師對(duì)其中的差別有深刻的了解，可以鼓勵(lì)年輕的教師通過(guò)寒暑假到企業(yè)掛職鍛煉的方式，與工人師傅一起從事生產(chǎn)活動(dòng)，了解企業(yè)的實(shí)際需求，掌握相應(yīng)的工藝流程，以實(shí)際需要為目標(biāo)不斷調(diào)整數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的編寫，給予學(xué)生更好的實(shí)踐體驗(yàn)。進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)室管理?xiàng)l例，規(guī)范運(yùn)行機(jī)制。一個(gè)良好實(shí)驗(yàn)室的建成不僅需要優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也需要規(guī)范的實(shí)驗(yàn)管理?xiàng)l例。要學(xué)生樹(shù)立愛(ài)惜實(shí)驗(yàn)設(shè)備，文明操作規(guī)程的思想，發(fā)揮作為實(shí)驗(yàn)室一分子的覺(jué)悟，共同建設(shè)好實(shí)驗(yàn)室這個(gè)大家庭。

5 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是順應(yīng)時(shí)代潮流對(duì)大學(xué)生的要求，以提高學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床的實(shí)踐操作能力為目標(biāo)而建立起來(lái)的，并與數(shù)控加工的理論課程相互補(bǔ)充，讓學(xué)生對(duì)數(shù)控加工的過(guò)程有一個(gè)清楚全面的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)室的建立是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的過(guò)程，可根據(jù)實(shí)際需要不斷進(jìn)行調(diào)整，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)必將起到更大的作用。

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