摘要：随着科技的发展，数控机床普及率的提高，近年高校、高职和中职都加大了培养数控人才的力度。笔者根据自己在数控编程与加工课程教学中的体会，浅谈在数控教学中，使用数控仿真软件引导学生循序渐进学习数控机床操作与编程基本技能的方法。

关键词：数控；仿真软件；教学过程；编程；加工

随着数控技术的发展，数控机床在行业中的普及，企业对数控机床的操作与编程人员日趋增长，许多院校都已经开设了数控技术专业以满足社会生产的需求。但是，职业院校的在校生从入学到成为一名合格的数控专业毕业生，需要一个合理有序的教学过程来培养。对刚刚接触数控机床的学生，如果能够在本专业课程的前期顺利掌握数控机床的基本操作技能，牢固学习数控机床编程基础知识，就能够极大地提高学生学习的信心，为后续数控专业课程打下牢固基础。

笔者在多年数控实训教学过程中，对学生的情况进行分析，逐渐归纳出学生在初次接触数控机床时的学习难点，使用数控仿真软件辅助教学，设定合理的教学内容有针对性地进行教学辅导，帮助学生顺利踏入数控技术的大门。

一、数控仿真软件的现状

目前国产的数控仿真软件较多，如上海宇龙仿真软件、北京斐克数控仿真软件、南京斯沃数控仿真软件、南京宇航数控仿真软件，虽然这些仿真软件各有各的特点，但操作起来却是大同小异。数控仿真软件的操作主要有以下几个步骤：（1）选择相应的数控系统、机床类型。（2）定义毛坯，选择毛坯安装在夹具上。（3）自定义刀具类型，选择刀具安装在刀架或刀柄上。（4）编制CNC程序（在计算机上可以使用文字编辑软件编写程序，再把程序导入到仿真软件当中，这个功能对初学者很友好）。（5）建立工件坐标系，查看刀轨路线，发现错误修改程序。（6）加工零件。（7）测量零件尺寸。以上操作步骤与实际机床操作步骤基本相似。

二、数控仿真软件能够提高学习效率

数控技术课程的教学对实训设备要求较高，数控机床设备昂贵，占用面积大，使用保养成本高。对于大多数院校，以现有的教学设备规模，很难做到每个学生一台数控机床教学设备。因此在数控技术实训教学环节当中，经常出现多名学生共用一台数控机床的现象。导致平摊到每一位学生的数控机床实训操作时间被减少，学生学习效率降低，实训项目的教学周期被延长。而在教学中采用了数控仿真软件，可以在计算机上安装软件进行仿真教学，以现有的教学条件容易保证学生一人一机，可以部分解决数控设备规模无法满足教学要求的困境。建立数控仿真软件和数控机床一体化实训室，可以有效地实现理实一体化教育。在一体化实训室可以进行数控编程与数控加工的理论教学，理论教学的教学演示在计算机数控仿真软件上即讲即用，教学效果比较直观，学生可以在数控仿真软件当中观察刀具行走路线，更容易理解数控编程指令的特性。在一体化实训室进行实训教学时候，笔者将班级学生分成若干组，每一组由一名对数控机床操作比较熟悉的学生担任组长负责操作一台数控机床，同组的学生安排两人在数控机床上实训，其余组员在一体化实训室进行数控仿真软件练习，然后定时安排数控机床和数控仿真软件工位的学生轮换岗位。因此，保证实训期间数控机床不会过度拥挤，班级每一名学生都有实训设备进行操作，有效避免了学生出现因为设备拥堵导致无事可做的现象。

另一方面，作为初学者在编制数控程序的过程中，需要反复调试程序查找错误，逐步提升对数控指令的理解，提升数控编程的水平。相比实体数控机床，数控仿真软件运行数控程序速度很快，可以在很短的时间以内完成已编制程序的运行。从纯粹学习数控编程指令的角度来说，数控编程软件不但可以保证学生一人一机，而且软件的界面与真实的数控机床相似，加工过程伴有声行并茂的多媒体效果，能够快速完成数控加工，实现数控程序的运行成果，大幅度地提高了数控编程课程教学进度。建立数控仿真软件和数控机床一体化实训室，是可以发挥仿真软件和数控机床的各自优势。对于初学者可以在数控仿真软件当中编写调试实训任务所需要的数控程序，利用仿真软件运行数控程序速度快的优势将数控程序的主体尽快完成，然后使用移动存储工具将数控仿真软件当中的程序录入数控机床CNC。结合数控机床的实际工作环境下，对数控程序细节部分进一步完善修改，以上组合方式可以提高数控实训科目的教学效率，避免学生实训室过程中占用昂贵的数控机床设备进行基础程序编制和错误修正。教学效率的提高体现在数控机床实训课程当中，机床加工零部件时间比例增加，机床待机和调试程序时间比例减少，可以有效地提高实训课程加工零部件出品量。

三、数控仿真软件能够降低教学成本

数控实训教学需要加工耗材、刀具、量具、设备维护成本，全部配套购买需要不少的费用。但是对于初学者学习重点在于数控机床操作，数控程序编制，如果耗费大量的时间在加工耗材、刀具、量具上面，往往会导致学习内容过于繁杂，让初学者不知所措，进而对数控加工课程抱有难以学习的感受。例如，笔者在一个校企合作机械产品加工的场景当中，加工了一批大型齿轮毛坯件，加工之前的刀具安装调试需要两个多小时，加工过程中单个零件车削加工时间是一个多小时，对于以数控机床操作，数控程序编制为学习重点的初学者来说，容易把握不住学习内容，感觉很困惑。数控仿真软件极大简化了耗材、刀具、量具等操作步骤，耗材损耗，刀具磨损等实训成本在仿真环境下是零消耗，可以随意反复加工。在能够快速加工节省时间的同时，也在入门学习阶段内节省实训费用，让初学者专心掌握数控机床操作和数控编程技能，熟悉初期学习阶段应该掌握的学习内容。

在当前数控技术发展快速进步的时代，各种新型号的数控系统层出不穷，但是学校资金有限只能购买一种或者几种数控机床进行实训教学，难以满足多元化教学需求。使用数控仿真软件教学可以局部解决上述问题，学生可以在仿真软件环境下练习学校目前没有购置的数控机床操作，为以后实际工作打下基础。笔者在数控技术教学过程中使用的是南京斯沃数控仿真软件，该软件包括16大类，65个系统，119个控制面板。具有FANUC、SIEMENS（SINUMERIK）、MITSUBISHI、FAGOR、美国哈斯HAAS、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN、南京华兴WA、成都广泰GREAT、南京巨森、江苏仁和RENHE、PA8000、南京四开编程和加工功能，学生通过在计算机上操作该软件，能在学习掌握各系统数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，教师通过网络教学，可随时获得学生当前操作信息。斯沃数控仿真软件也是目前国内唯一自动免费下载更新的数控仿真软件。

四、数控仿真软件能够保证实训教学过程的安全性

对于数控技术的初学者，首先应学习数控机床的操作，但是第一次面对数控机床这样以前没有接触过的设备，很多学生会觉得无从下手，甚至会有望而生畏的心态。数控仿真软件模拟了真实的数控机床操控面板和机床运动部件，可以选择自己定义的各种毛坯尺寸及各种刀具种类。数控技术的初学者可以放下思想包袱，有充足的时间在仿真软件环境当中进行虚拟训练。例如，当我们要在数控机床上加工一个实体零件的时候，有很多的注意事项，包括毛坯下料，工件装夹，刀具安装与校准，切削路线设定等等。不合理的操作方法会导致机床设备损坏，甚至人身伤害事故发生。利用数控仿真软件可以将以上操作移植到虚拟环境当中进行，避免由于初学者的认知不全面，导致的安全事故发生。

在数控仿真软件中进行训练允许学生出现一些错误操作，给出错误提示报警，学生可以对数控仿真环境下程序错误、违规操作后导致的最终故障结果进行分析检查。既可以使学生在纠错过程中对相关的知识加深印象，还能使他们充分体会由于错误的编程及操作带来严重的后果。在教学中使用数控仿真软件，可以保证教学过程安全性的前提下，通过正面的和反面的操作演示，多方面展示各种操作的结果，使数控教学的质量得到提高。

五、数控仿真软件教学中存在的不足

（一）数控仿真软件模拟效果不完善

数控仿真软件可以对数控机床进行模拟仿真，但是模拟效果不能达到百分之百，在有些操作方式上存在着差异，甚至对部分数控编程指令无法支持，导致进行数控编程训练时候有些项目无法进行。以上问题可以通过更新数控仿真软件版本或者多种数控仿真软件同时使用互补不足，尽量降低模拟效果不完善的现象。尽管如此，笔者在教学过程当中发现数控仿真软件对刀具磨损仍然无法完美的解决。在真实加工场景下，加工一定数量的零件产品，刀具会发生磨损，需要调整刀具磨损量，如果刀具严重磨损需要调换刀尖使用，而这些经常遇到的问题仿真软件当中不会有任何体现。

（二）数控仿真软件无法提高学生职业素养

在数控仿真软件当中可以快速方便的加工零件，这也容易让学生误以为数控加工是一件简单的事情，往往忽略了数控加工是一个综合能力的训练，其中职业素养尤为重要。在数控加工的真实场景下，零件、刀具、量具的摆放要按部就班。有些零件加工完成以后需要进行防锈处理，机夹刀具的配件使用完毕后要封装摆放，量具使用也要按照说明书规范操作。数控实训课程结束以后学生还要对机床打扫卫生涂抹防锈油进行保养，数控机床使用过程中定期检查润滑油存量，如果存量不足及时添加润滑油。以上在数控实训过程中需要养成的习惯准则，仿真环境下无法进行操作，学生职业素养提升无法进行。

（三）数控仿真软件也会降低学生的安全意识

上述提到数控仿真软件能够保证实训教学过程的安全性，但是如果任课教师不强调安全意识，仿真软件反而会适得其反，降低学生的安全意识。学生利用仿真软件进行加工，当出现错误操作时候可以反复更改，如果不及时对错误操作进行总结修正，会降低学生的安全意识。不良习惯养成后，在真实情景下操作数控机床会加大安全事故发生概率，一旦错误会导致重大损失。所以，任课教师在使用数控仿真软件教学过程中，要加强安全意识教育，用数控仿真软件进行考核时候，要把安全操作作为考核内容。

（四）数控仿真软件加工忽略了工艺问题

在数控机床上加工零件时，必须要设计工艺方案。工艺方案不仅影响数控机床性能的发挥，而且影响零件的加工质量。目前数控仿真软件的虚拟环境不能够在工艺上有良好的体现。主要体现在：①仿真软件不能体现刀具磨损，以及机床受力之后的震动现象，学导致生在加工过程中随意设置不合理进刀量，养成不良习惯。②仿真软件在零件加工完成以后无法虚拟零件上的毛刺现象，以及不合理进刀产生的刀痕。③仿真软件不同刀位安装刀具的位置长度完全相等，导致不同刀位的刀具长度补偿数据相等，而这种巧合在真实环境下几乎不可能发生。以上现象可以通过手动设置仿真软件当中刀具长度宽度为不同的细微随机偏差数据解决。加工工艺涉及内容繁多，仿真软件难以面面俱到的实现虚拟，以上仅取几个片面进行描述。

综上所述，数控仿真软件在高职院校数控实训教学中，有着投入小、操作方便、安全性高等优点，可以有效地缓解学校设备不足的困境，也可以用良好舒适的界面引导初学者入门教学。但是，我们也要清醒的认识到数控仿真软件的不足，任课教师在仿真环境下进行教学过程中要牢记与真实数控加工环境相结合，强调仿真环境是入门，真实加工是目标的理念，切实做好数控技术课程教学提高教学质量。

参考文献：

[1]南京斯沃软件技术有限公司.南京斯沃数控仿真软件7.251版说明书[S].2018（8）

[2]陈永川.数控基本技能教学方法探讨[J].时代农机，2017（1）.

[3]张燕青.浅谈如何将数控加工仿真软件应用到数控加工教学中[J].现代职业教育，2017（10）.

[4]冯启廉.研究数控加工仿真软件在数控加工教学中的应用[J].现代职业教育，2016（20）.

作者简介：陈永川（1975-），男，黔南民族职业技术学院汽车工程系副教授。研究方向：数控技术等。