數控加工仿真系統軟件在數控教學和鑒定中的應用研究

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　　全球知識經濟的發展，使機械工程成為一個跨越機械、電子、計算機、信息、控制、管理以及經濟等多學科的綜合技術應用學科，數控加工應用技術專業應運而生，這對傳統意義上的機械加工專業教育提出了新的更高的要求。抓住機遇，銳意改革，積極探索數控加工專業技術人才的培養新模式，著力培養中級、高級各層次的寬厚型、復合型、開放型和技能型的數控加工應用技術人才，為國家經濟建設輸送一大批應用型技能型人才。
  U! b: z- R+ G3 f1 j0 [* D) X一、問題的提出

隨著科學技術的發展，數控加工技術正在得到廣泛的應用。數控人才成為勞動力市場急需的人才，如何盡快地培養出滿足市場需要、掌握數控機床編程知識和操作技術的數控技能型人才成為數控教學工作者必須研究的問題。作為數控編程與操作的專業教師，深感如何將數控編程教學與數控機床操作實踐有機地結合起來是值得我們認真探討與研究的。

! i& p* Z6 j" j3 ~0 M* K由于數控機床是一種新型工藝裝備，故數控技術工人的培養和數控機床的教學還處在剛剛起步的狀態，如何利用數控加工仿真系統進行教學和鑒定更是處在探索階段，因此有必要對數控教學模式、教學手段和教學方法的完善進行有益的探索，創新數控專業的職業技能鑒定的工作方法，建立一套完整的數控教學與鑒定新體系。
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9 h* G% R# v& _5 W$ y( H9 w數控機床屬于高科技產品，品種多價格高，一臺數控車床或數控銑床一般需二三十萬，一臺數控加工中心也是少則幾十萬多則幾百萬。數控機床的操作訓練若完全依賴數控機床進行實作訓練，投入大消耗多成本高，即使是實力雄厚的培訓學校和企業既無必要也無力承擔起此種消耗與投入。因此探索一種新的數控加工技術教學模式來達到投入少、見效快、培養的學生適應性強、企業歡迎的教學模式勢在必然，這種教學模式應當既區別于傳統的機械加工培養模式又與一般的機電專業有不同。運用數控加工仿真系統教學是解決這一問題的重要途徑。它既能解決學生實習時不熟悉數控系統操作及控制面板的問題，又可以大大提高學生的學習興趣，還能提高學生的編程能力及對不同數控系統不同數控機床的適應能力，是一種有效地進行數控實習的前期教學的一種良好嘗試，也是進行數控機床專業職業技能考核的一種有效的手段。

二、數控加工技術教學模式的確定
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; o7 \. G4 g; u9 z) a) E0 h& n職業技術教育的數控加工技術應用專業的職業培訓是使學生獲得數控技術應用專業職業技能，獲得利用這種專業技能生存與發展所需要的保障，即學到一種先進的為社會所急需的謀生的技能。為此，我們對數控加工應用技術專業的教學模式進行了積極的探索與研究，旨在建立一整套適應教學和鑒定的合理完善的數控機床專業的培訓及鑒定的體系。我們的指導思想和目標是：
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1.全面改革數控加工技術教學模式，實現兩個轉變，即將理論教學為主向理論教學與技能訓練并重的轉變，將技能訓練的純操作與純消耗向運用數控仿真系統檢驗編程效果結合數控機床進行訓練的轉變；
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2.改變原有的授課內容和方法，將傳統的機加工工專業的教學內容加以整合，充實數控加工技術相關的必不可少的教學內容，輔以一系列計算機輔助的多媒體教學手段；同時全面改革數控編程與操作課程的教學內容與方法，變傳統教學方法為現代教學方法、變空對空編程為培養綜合編程能力即時檢驗編程效果的方法；

  s9 V( ?& w) R; ?) B, K3.摒棄演示性編程，建立包括常規編程、綜合性編程、設計性編程、實用性編程在內的編程體系，提高學生的動手動腦能力，為塑造具有實用性、創造性精神的中、高級數控編程與操作技能型人才打下扎實的基礎。

4.拓寬學生的就業能力，使他們能很快適應不同企業不同數控系統的數控機床的操作或編程，有較強的工藝和現場問題的處理能力，有較強的計算機設計與制造應用能力。
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我們的具體做法是：正確確定數控加工應用技術的專業位置：

5 q4 V; u3 l/ s" p0 L6 Z# m0 _1）數控加工應用技術專業領域職業崗位的定位：

數控加工應用技術專業領域一般主要有以下職業崗位：普通機床及數控機床操作人員、數控編程工藝人員、數控設備維修人員、數控設備營銷人員、模具設計與制造人員。

根據數控人才市場需求的調研情況，結合中技及中職、高技及高職教育的特點與定位，本專業主要定位為：培養崗位適應性較強的、緊缺性較大的、具有一定加工工藝知識和數控加工操作、編程技能兼有普通機床操作技能、CAD繪圖技能的“技術技能型”人才。
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培養目標：本專業領域方向面向制造業，培養德、智、體、美全面發展，具有與本專業領域方向相適應的文化水平與素質、良好的職業道德和創新精神，掌握本專業領域方向的技術知識，具備相應實踐技能以及較強的實際工作能力，掌握數控機床的工作原理和結構知識，掌握主要數控系統的特點、具有一定數控加工工藝知識，具備普通機床操作、數控機床的操作、手工編程、自動編程、CAD繪圖能力。

7 H9 k7 {, R0 E: Y5 j  d職業面向：主要就業崗位為：數控加工工藝與數控加工程序編制；數控機床的操作
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2）數控加工應用技術教學模式的確定：數控加工應用技術教學模式應當是既與傳統的機加工專業有所相同，又與其有所區別新型教學模式。在教學模式的運用時我們綜合參考了德國的教育模式。德國沒有CNC技術應用這個專業，他們統稱為金屬切削技術工。CNC技術需要相應的理論知識和金屬加工的實訓經驗與技能作為基礎。因此學生在學習CNC技術之前除完成專業制圖、專業數學、機制工藝、金屬工藝學等課程的學習之外，還要完成大量的鉗工、車工、銑工等機加工實習。
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三、數控加工仿真系統在教學中的應用

（一）數控加工仿真系統的選用：
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% O/ K( `- U, n% N/ K數控加工仿真系統的軟件形式很多，有的是數控機床本身自帶的仿真系統，但這種數控機床的仿真系統在教學中局限性較大，不適于教師教學和學生訓練；還有的是一些先構圖而后自動編程仿真軟件，也不適應手工編程教學的要求。國內還有其它幾種數控加工仿真軟件，但都有一些不盡人意之處。幾經比較，最終我們選擇了上海宇龍公司數控加工仿真系統的教學軟件。該軟件是源自美國的基于虛擬現實的仿真軟件，是一種富有價值的教學輔助工具，它可以實現對數控銑床、數控加工中心和數控車床加工零件全過程的仿真，其中包括毛坯定義、夾具刀具定義與選用，零件基準測量和設置，數控程序輸入、編輯和調試，擁有FANUC數控系統、SIEMENS數控系統、華中數控系統、廣州數控系統等多種數控系統，具有多系統、多機床、多零件的加工仿真模擬功能，該軟件具有獨創性，達到了國際、國內領先水平。
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（二）數控加工仿真系統的應用方法：

& }  u6 l3 j+ A; C: c8 c如何運用這套軟件進行教學呢，我們在教學中主要從以下幾個方面進行探索與實踐。
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, s8 t2 X$ F  Z4 H& X1．靈活應用教學方法，課堂教學中變學生被動學習為主動學習
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9 a: a' Y1 h1 Y8 P! N現在，由于大部分學習基礎好的學生選擇上大學，職業技術學校教師教學很困難，傳統的教學方式已很難使學生接受，因此，利用先進的教學方法、教學手段來提高學生的學習興趣顯得尤為重要。數控專業教師應有較高的教學水平和教學能力，有較強的數控職業能力即數控編程能力、工藝處理能力、實際動手能力、自動編程能力，能較為嫻熟地運用行動導向的教學方法，在課堂教學真正體現學生為主體，突出顯示學生動手動腦的活動，變學生被動學習為主動學習。在教學過程中，教師起引導作用，即對學生活動中遇到困難或無法下手的問題進行引導、講解。課堂教學中每節課的知識點盡可能集中，深入淺出，便于學生掌握編程方法與技巧。

2．恰當運用數控加工仿真系統，充分發揮其課堂教學中的作用

數控加工仿真系統主要應用于數控編程與操作這一理論教學課程，還可作為數控操作技能訓練的輔助工具。教師應十分重視數控加工仿真系統的在教學中的應用方法，擺正數控加工仿真系統在教學中的位置，既不能完全依賴數控加工仿真系統放棄教師在教學中的引導作用，也不能在教學中教師唱獨角戲采用常規的教學模式而忽視數控加工仿真系統的應用，應該科學地、充分地發揮數控加工仿真系統在教學中的作用。
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, m' z# Y) g5 S5 T* \/ k9 I) o3．科學安排教學內容，循序漸近掌握數控編程與操作技巧

# h$ }8 h+ I7 p在教學過程中教學內容的安排分為三個模塊。其一為基礎模塊，主要講解與訓練最常用的FANUC數控系統中的數控車床、數控銑床、數控加工中心的編程方法、操作及應用，這一模塊是教學重點，必須使學生熟練掌握，靈活應用：其二為提高模塊，主要講解與訓練SIEMENS數控系統的三種機床的編程與操作，以幫助學生進一步加強不同在數控系統下對不同數控機床的編程方法的理解與應用能力：模塊三為拓展模塊，主要講解國產數控數控系統中的華中數控系統和廣州數控系統中的數控車床的編程與操作方法，擴大學生的知識面，提高學生對不同操作系統、不同操作面板的編程與操作能力。這三個模塊的教學可根據學生不同層次進行安排，中專中技層次難度較低，高技大專層次難度稍大，三個模塊課時較多。這樣，學生在從業時能夠信心十足的面對所操作的數控機床，較快適應所從事的工作。
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$ R+ P1 e7 G5 o" k) h! v( k/ D4．正確進行教學評價，提高學生的學習意識和自覺性
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2 N) M9 H$ C8 [- ~2 C2 n, v4 [5 k教學時所進行的教學評價包括學生的自我評價、學生相互之間的評價和教師評價。上機應用數控加工仿真系統進行數控編程與操作練習時以教師評價為主，對每次的練習成績及時登記。評價方法包括口頭評價和試題測評，而試題測評方法包括課題測評及期末測評。教師對學生進行口頭評價時應注意方式和語言的選擇，對做得不好的學生不采用直接批評的方法，只是指出該學生哪些地方做得好，哪些不太好，應如何改進；對于比較差的學生稱為“比較弱一點的學生”。課堂測試應有較強的目的性，不是難為學生，而是通過對學生進行測試，來提高學生的學習意識、學習熱情，學習的自覺性和自信心，因此，測試題應與課堂教學、上機應用數控加工仿真系統的練習要求相適應。考前的復習應有較強的的目的性，不應超出范圍，課程的總評成績不過分注重一次期末考試結果，而是更多地、客觀地關注學生在整個學習過程中的學習效果。教師在教學中有明確的教學目的，逐個系統、逐種機床進行講解及安排練習，因人施教，因材施教，恰到好處。
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  _6 p' z, e8 {5 g四、數控加工仿真系統在職業技能鑒定中的應用

8 I" K0 a6 G$ X數控操作工按國家職業技能鑒定標準分成兩大內容：理論考核和技能考核。其中技能考核分成五個模塊：即數控機床操作（利用手工編程加工實際零件）、工藝編制、CAD計算機繪圖、數控機床現場排故分析與講解、CAM自動編程模塊。數控機床三、四級操作工技能考核僅考核其中第一模塊即手工編程加工零件的數控機床操作模塊。如果按常規考核將技能操作考核模塊全部安排在數控機床上進行，一般需占用數控機床4-6小時。我們采用數控加工仿真系統軟件輔助考試，考生拿到所考核的零件圖紙后，先在數控加工仿真系統的數控車（或銑）床上手工編程，檢驗合格后將程序通過數據傳輸送入數控機床進行加工，這樣減少了在機床上手工編程、輸入程序、校驗程序、仿真加工的時間，占用數控機床僅約2小時左右，使占機時間至少縮短50%，鑒定效率大為提高，同時也大大提高了鑒定時的安全性。為了減少刀具和材料的消耗、進一步縮短上數控機床操作時間，也可將操作題目分成兩個零件，將難度大的零件用手工編程在數控加工仿真系統上模擬加工即可，而將難度較小、用材較少的零件模擬仿真后再在數控機床上加工。
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8 i! a$ P) T' P& y總之，數控加工仿真軟件在教學和鑒定中的應用尚在起步與研究探索階段，只要積極思考在應用中產生的問題，主動采取應對措施，我們正確發揮其在教學和鑒定中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。
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