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      數(shù)控仿真在一體化教學(xué)中的應(yīng)用

      2018-03-31 06:20:16李彤輝
      時(shí)代農(nóng)機(jī) 2018年1期
      關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床機(jī)床加工

      李彤輝

      (承德技師學(xué)院,河北 承德 067000)

      數(shù)控技術(shù)是制造技術(shù)的核心部分,數(shù)控機(jī)床的加工過程需要數(shù)控程序進(jìn)行機(jī)床操作,具有加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。隨著我國(guó)中等職業(yè)教育學(xué)校的增加,普通高校的擴(kuò)招等等因素,中等職業(yè)學(xué)校生源質(zhì)量的低劣化現(xiàn)象越來越普遍。特別是普教學(xué)校的競(jìng)爭(zhēng),進(jìn)一步加劇了這種現(xiàn)象。從目前的情況來看,中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生大多來自于初中、高中學(xué)生中的中下層,很大一部分學(xué)生理解能力不高,邏輯思維能力不強(qiáng),而《數(shù)控編程操作》又是一門理論實(shí)踐結(jié)合強(qiáng)的專業(yè)課,如果按照常規(guī)課堂教學(xué),效果非常不理想。因此,培養(yǎng)數(shù)控應(yīng)用型人才已成為中等職業(yè)數(shù)控專業(yè)教育的重要任務(wù)。

      1 數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)的現(xiàn)狀

      跟傳統(tǒng)的機(jī)械加工實(shí)習(xí)教學(xué)相比較,數(shù)控實(shí)習(xí)教學(xué)存在以下困難:①數(shù)控機(jī)床是一種機(jī)電一體化的機(jī)械加工設(shè)備,價(jià)格較之普通機(jī)床要昂貴得多,一臺(tái)中檔數(shù)控車床或數(shù)控銑床一般需二、三十萬,而數(shù)控加工中心更是高達(dá)幾十萬甚至上百萬數(shù)控機(jī)床的操作訓(xùn)練若完全依賴數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)作訓(xùn)練,投入大、消耗多、成本高。②再者,數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)多,型號(hào)多且更新較快,對(duì)學(xué)校而言是不可能將所有的系統(tǒng)配齊的,這樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生在校期間所學(xué)的系統(tǒng)與工廠中不符的情況,使到了工廠后不能盡快適應(yīng)機(jī)床,還需一段時(shí)間的培訓(xùn)后才能進(jìn)行生產(chǎn)。③并且,數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)運(yùn)行的,學(xué)生在初學(xué)時(shí),常常會(huì)由于在編程中的疏忽或操作中的失誤造成刀具或機(jī)床的損壞,甚至造人身危害。因此,為了解決上述問題,學(xué)校從2007年開始數(shù)控教學(xué)起,就嘗試使用宇龍數(shù)控仿真軟件,利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行教學(xué),計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)用到數(shù)控教學(xué)過程當(dāng)中,進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的仿真操作,培訓(xùn)學(xué)生的實(shí)際技能發(fā)揮了重大的作用,學(xué)校對(duì)數(shù)控專業(yè)的教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行探索,建立數(shù)控教學(xué)的新體系,把理論、仿真和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合到一起。

      2 數(shù)控仿真

      數(shù)控仿真系統(tǒng)就是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),模擬實(shí)際機(jī)床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng),應(yīng)用于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn),具有安全可靠、培訓(xùn)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控仿真系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分:數(shù)控機(jī)床幾何仿真和切削過程的物理仿真。幾何仿真:模擬實(shí)際機(jī)床的加工環(huán)境,不考慮切削參數(shù)、切削力等對(duì)切削加工的影響,只仿真刀具工件幾何運(yùn)動(dòng),檢查是否存在碰撞、干涉,驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性,避免因程序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的夾具刀具損壞、零件報(bào)廢等。物理仿真:通過仿真切削過程的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性來預(yù)測(cè)刀具磨損和破損、刀具振動(dòng),分析加工精度、加工過程的熱效應(yīng)以及切削力作用下的系統(tǒng)彈性變形等,調(diào)整控制切削參數(shù),從而達(dá)到優(yōu)化切削過程的目的。

      幾何仿真包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件仿真是指虛擬數(shù)控機(jī)床的幾何建模,虛擬數(shù)控機(jī)床與真實(shí)機(jī)床具有相似的結(jié)構(gòu)和完全相同的操作界面,能夠模仿機(jī)床的任何功能。軟件仿真主要是NC碼控制器模塊,它實(shí)現(xiàn)NC程序的編輯調(diào)試,通過加工仿真檢驗(yàn) NC代碼,對(duì)加工中可能出現(xiàn)的碰撞、干涉進(jìn)行報(bào)警提示。

      以承德技師學(xué)院使用的上海宇龍數(shù)控仿真軟件為例,雖然軟件中顯示的數(shù)控機(jī)床是一臺(tái)模擬的機(jī)床實(shí)體,但對(duì)于機(jī)床的系統(tǒng)面板和操作面板及操作按鍵是依照真實(shí)的數(shù)控機(jī)床,對(duì)機(jī)床的操作也和真實(shí)的機(jī)床基本相同,它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控加工中心對(duì)加工零件全過程的仿真。其中包括毛坯定義和安裝、夾具及刀具的定義與選用、零件基準(zhǔn)測(cè)量和設(shè)置、數(shù)控程序錄入和編輯、手動(dòng)、自動(dòng)等操作模式。該軟件還擁有FANUC數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控系統(tǒng)等多種數(shù)控系統(tǒng),具有多系統(tǒng)、多機(jī)床、多零件的加工仿真模擬功能。

      3 將數(shù)控仿真軟件應(yīng)用到數(shù)控教學(xué)中

      無論是普通學(xué)歷教育,還是職業(yè)教育,都在積極探索、實(shí)施理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的一體化教學(xué),尤其是職業(yè)教育,受其自身的性質(zhì)、特征和培養(yǎng)目標(biāo)的牽引和規(guī)定,展開了一體化教學(xué)改革。所謂一體化教學(xué),簡(jiǎn)單明了地說就是為了使理論與實(shí)踐更好地銜接,將理論教學(xué)與實(shí)習(xí)教學(xué)在單元教學(xué)時(shí)間里融為一體。其內(nèi)涵主要是打破傳統(tǒng)的學(xué)科體系和教學(xué)模式,根據(jù)職業(yè)教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求來重新整合教學(xué)資源,體現(xiàn)能力本位的特點(diǎn),從而逐步實(shí)現(xiàn)了三個(gè)轉(zhuǎn)變,即從以教師為中心如何“教給”學(xué)生,向以學(xué)生為中心如何“教會(huì)”學(xué)生轉(zhuǎn)變;從以教材為中心向以教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)為中心轉(zhuǎn)變;從以課堂為中心向以實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)車間為中心轉(zhuǎn)變。

      “工作過程學(xué)習(xí)化,學(xué)習(xí)過程工作化?!币惑w化教學(xué)中的行動(dòng)導(dǎo)向六步法,讓學(xué)生主動(dòng)完成學(xué)習(xí)活動(dòng),教師只是指引者,實(shí)現(xiàn)教學(xué)到導(dǎo)學(xué)的轉(zhuǎn)變;行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法提倡提問和反思,以促進(jìn)學(xué)生更深入地分析問題,檢驗(yàn)先前提出的假設(shè),提出多種解決問題的方案。行動(dòng)導(dǎo)向課程有以下特點(diǎn):

      (1)按照工作的流程和環(huán)節(jié)設(shè)立學(xué)習(xí)單元。

      (2)按照每一工作環(huán)節(jié)(學(xué)習(xí)單元)的工作:任務(wù)設(shè)立學(xué)習(xí)情境,組織學(xué)生學(xué)習(xí)。

      (3)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。①學(xué)生在“做”中學(xué)——行動(dòng)課程的核心;②學(xué)生在探究中學(xué);③學(xué)生在合作中學(xué)。

      結(jié)合以上理念,針對(duì)虛擬數(shù)控仿真軟件的特點(diǎn)運(yùn)用虛擬數(shù)控仿真軟件建構(gòu)了一種適合職業(yè)數(shù)控專業(yè)課程課堂教學(xué)的探究型學(xué)習(xí)模式,其模式圖如圖1所示。

      圖1 數(shù)控專業(yè)課堂教學(xué)的探究型學(xué)習(xí)模式

      該模式是基于行動(dòng)導(dǎo)向項(xiàng)目學(xué)習(xí)的一體化教學(xué)思想,合作探究型學(xué)習(xí)模式,運(yùn)用虛擬仿真軟件開展數(shù)控技術(shù)專業(yè)課程的項(xiàng)目探究教學(xué),有利于實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體化教學(xué)。在沒有虛擬仿真軟件的情況下,一個(gè)項(xiàng)目可能有多種解決方案,甚至還有的學(xué)生探究不出正確的方案,如果用真實(shí)的機(jī)床來檢驗(yàn),不但費(fèi)時(shí)費(fèi)料,還有可能造成安全事故。運(yùn)用虛擬數(shù)控仿真軟件來檢驗(yàn),不但省時(shí)省料,十分安全,還能提示錯(cuò)誤,解放了教師,學(xué)生自己就能知道自己的方案是否正確,不僅有利于探究型課堂的開展,也有利于學(xué)生實(shí)踐能力的提高。

      該模式在自主探究、小組合作探究、小組成果展示階段以學(xué)生為中心,教師為引導(dǎo)者,促進(jìn)學(xué)生和學(xué)習(xí)伙伴溝通,利用情景、合作、溝通會(huì)話等要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、互動(dòng)性和首創(chuàng)精神,最終達(dá)到學(xué)生知識(shí)意義構(gòu)建和創(chuàng)新的目的。在教師解疑、教師點(diǎn)評(píng)階段以教師為主導(dǎo),教師是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)者、解疑者、課堂主持人、意義建構(gòu)的幫助者 促進(jìn)者,教師處于中心地位,學(xué)生處于傳遞、接受的學(xué)習(xí)狀態(tài),學(xué)生在教師幫助下進(jìn)行主動(dòng)思考與探索,便于師生之間的情感交流,有利于系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)的傳授。

      總之,將數(shù)控仿真軟件應(yīng)用到數(shù)控的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,充分發(fā)揮仿真軟件在教學(xué)中經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、多樣并沒有安全隱患的優(yōu)勢(shì),進(jìn)行一體化教學(xué)設(shè)計(jì),合理評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,讓學(xué)生利用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行程序的編制、輸入、校驗(yàn)等練習(xí),同時(shí)可讓學(xué)生了解不同系統(tǒng)機(jī)床的操作方式,又可以提高教學(xué)效果。通過使用仿真,不但要讓學(xué)生更快、更好地掌握專業(yè)技能,而且還要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)自學(xué)、獨(dú)立解決實(shí)際問題等方面的能力,但要正確解決在運(yùn)用中產(chǎn)生的問題,以便收到事半功倍的效果。

      [1]章登霞,陳剛,沙琳.OPenGL在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,21(1):105-107.

      [2]王啟義,葛研軍,施志輝,等.數(shù)控車虛擬加工環(huán)境全景仿真技術(shù)[J].先進(jìn)制造技術(shù),2001,30(1):39-40.

      [3]王彪,張?zhí)m.數(shù)控加工技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2006.

      [4]徐曉昂.在數(shù)控技術(shù)專業(yè)中開展模塊化教學(xué)的的研究[J].益陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,(3).

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