仿真软件在数控原理与系统教学中的应用
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摘要：针对学生对数控原理与系统缺乏兴趣、教学效果不理想的情况，提出了利用数控维修仿真软件进行辅助教学的教学模式，从理论教学、实习教学两个方面探讨了仿真软件的应用，该教学方式有助于调动学生的学习积极性，提高教学效果。
关键词：仿真软件；系统连接；参数配置
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0168-03
Application of Simulation Software in the Teaching of“Numerical Control Principle and System”
ZI Naibao
（Baotou Railroad Occupation Technology College，Baotou 014040，China）
Abstract：Students have no interest in numerical control principle and system，The teaching result is unideal，The paper introduce a teaching model that numerical control repair simulation software is a supplementary means in teaching.Application of simulation software is discussed in two ways of theory teaching and practice teaching.The teaching model contributes to the improvement of students's initiative and teaching result.
Key words：simulation software；connection of system；parameter configuring
一、引言
随着数控机床的广泛使用，企业不但需要数控机床的操作人员，更需要数控机床维护和维修人员。数控机床维护和维修人员不但要掌握数控机床的基本操作，更需要掌握数控机床的装配、调试和参数设置的基本技能，而数控原理与系统就是培养这种技能的一门专业课程。这门专业课涉及的知识面广，理论性强。如果采用传统的教学方法，往往是习者枯燥、教者乏味。如何激发学生的兴趣、提高教学的效果呢？解决方案有两个：一是进行现场教学，十几位甚至更多学生听一位老师讲解，教学效果较差[1]。二是引入数控维修仿真软件，实践证明这是一种可以调动学生学习积极性、改善教学效果的途径。
二、数控维修仿真软件简介
数控机床维修仿真软件依据最前沿的专业原理，采用最先进的计算机仿真技术，对数控机床的装配、调试、排故等过程进行模拟，是一种经济、可靠、有效的工具[2]。当前国内较为流行的有南京斯沃、宇航和广州超软等公司生产的仿真软件，我院采用的斯沃数控维修仿真软件，此软件向用户提供了机床模型、电气、故障与诊断三大模块，教学中恰当地应用此软件，可以使学加深对抽象的机床结构、数控系统的组成与连接、参数配置的理解，培养学生的操作技能。
数控原理与系统的教学可分为理论教学与实习教学，下面从这两方面介绍仿真软件的应用。
（一）理论教学中的应用
为了充分发挥仿真软件的作用，提高教学效果，理论课教学最好在多媒体教室进行，借助投影大屏幕，直观、形象展示教学内容。下面从课程的引入、数控装置的介绍、主轴驱动系统的讲解三个方面说明仿真软件的使用。
1.课程的引入。课程的引入的目标主要是引起学生的兴趣，激发学生的探究新知识的热情。一般的教学方法是：在黑板上画出主轴、工作台的示意图，老师对照示意图通过设问引入新课。这种方法很难达到相应的教学目标。借助数控仿真软件引入新课，教学效果将大大改善。
启动斯沃数控维修仿真软件，用鼠标左键点击“机床模型”和“机床整体”图标，依次选择机床中的各个部件，完成数控铣床的装配过程，如图1所示。老师提出问题：主轴的旋转和工作台的进给是数控机床加工工件的前提条件，数控机床的哪个部门控制主轴和工作台的运动，又是如何控制的呢？要了解这些问题，大家必须学习新的一门课程：数控原理与系统。
通过仿真软件引入新课，首先，可以复习数控机床的知识，通过演示数控机床的装配过程，引起学生对数控机床知识的回忆；其次，可以激发学生的兴趣，当以三维的形式演示数控机床的结构时，学生的新奇感瞬间极度膨胀，提高了求知的欲望。
2.数控装置的介绍。一般来说，数控装置的讲解有两种方法：一是让学生看书上的数控装置图，老师逐个介绍各个接口；二是老师在黑板上画数控装置的接口草图，对照草图进行讲解。第一种教法，学生容易跟不上教师的讲课步调。第二种教法，老师的画图负担很重，学生面对枯燥的示意图，提不起学习的兴趣，教学效果也不理想。数控仿真软件的出现，解决了这个难题。
教师首先简单介绍数控装置的地位、作用及分类，同时指出西门子802C是一种常见的数控装置。然后启动仿真软件，点击“电气”图标，进入电气模块，再点击工具栏中的“变频器实验”图标，把操作区中的除数控装置以外的元件全部删除，如图2所示。
对照数控装置的仿真照片，教师根据功能介绍各个接口的名称及功能，分析有些接口的引脚名称及作用。
这种教学方法直观、形象、易教易学，改变了人们对“接口难讲难学”的传统认识，是进行接口教学一种行之有效的方法。
3.主轴驱动系统的讲解。主轴驱动系统模块分为两个任务：一是主轴驱动装置的面板和接线端子，二是主轴驱动系统的连接。
（1）主轴驱动装置的面板和接线端子。主轴驱动装置分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控制的主轴驱动装置，变频器是一种常见的模拟量控制的主轴驱动装置，对变频器的传统的教学方法是：在黑板上画出主轴驱动装置的面板和接线端子，对照黑板上的示意图，介绍面板上的按键、接线端子的名称和功能。这种讲法一般要提前画示意图，增加了老师的负担，学生感觉抽象、不知所云，时间长了，容易产生厌学情绪。如果引入数控仿真软件，情况将截然不同。
启动数控维修仿真软件，依次点击“电气”和“变频器实验”，进入变频器连接实验，点击“拾取”按钮，选择界面上除变频器以外的元件，点“删除”按钮，可获得变频器的仿真图像，如图3所示。对照仿真模型，介绍变频器面板、接线端子。这种教学方法使了解了接线端子在实际中的作用，提高了学习的主动性。
（2）主轴驱动系统的连接。主轴驱动系统可分为模拟量控制的主轴驱动系统和串行数字控制的主轴驱动系统，中低档数控机床采用模拟量控制的主轴驱动系统。对模拟控制的主轴驱动系统一般的教法是：首先以框图的形式在黑板上画出组成元件，然后把各元件用粉笔连接起来，边连接边介绍，虽然老师很辛苦，但学生却感到索然无味。如果把仿真软件和教学相融合，教学效果将大为改观。
启动数控维修仿真软件，进入变频器实验，先介绍组成元件名称，再介绍接线端子和接口，最后利用工具条中“连线”按钮，把各元件依次连接起来，如图4所示。
这样的教学方法，使老师从繁重的画图负担中解放出来；通过元件的仿真照片及元件间的动态接线，激发了学生做实验的冲动，为后面的实训教学做好了铺垫。
进给伺服系统、冷却系统的教学方法与此类似，这里不再赘述。
（二）实习教学中的应用
在仿真软件的实习教学中，我们采用项目教学法，项目教学是以真实的或模拟的工作任务为基点，让学生利用各种校内外的资源及自身的经验，采取“做中学”的方式，通过完成工作任务来获得知识与技能。[3]
下面以进给伺服驱动系统的项目为例介绍这种教学方法。
1.准备资料.斯沃数控维修仿真软件、维修软件实习手册、实习指导书、配备50台电脑的计算机机房。
2.布置任务。
（1）分析进给伺服系统组成。
（2）对进给伺服系统各元件进行连接。
（3）配置机床参数和伺服驱动器参数。
3.学生实施任务。学生通过相关资料，了解进给伺服系统的组成部件，启动数控维修软件，把进给伺服系统所需的各元件拖到操作区，利用“接线”按钮，连接各元件。合上电源、低压断路器的开关，选择数控装置802C，点击“调试”按钮，输入相关参数。把鼠标移到伺服驱动器上，点右键选择“调试”按钮，根据操作说明输入伺服驱动器相关参数，如图5所示，在学生操作过程中，学生之间可以互相讨论，共同提高，教师要来回巡视，了解学生遇到的困难，及时予以解答。
4.结果评价。评价采用学生互评和教师评价相结合的方式。首先让学生之间互相评价，这样可以突出学生的主体地位，调动学生的学习积极性，提高其参与意识。然后由教师进行评价，其评价方法是：如图5所示，教师点击“+X”、“-X”按键，若X轴伺服电动机旋转，说明X轴的伺服连接及其参数配置正确，否则说明有误；同理可以检查Y、Z轴伺服连接及参数设置。
四、结语
数控原理与系统的教学中引入数控维修仿真软件，通过形象生动的仿真照片及动态连接，激发了学生的兴趣，调动了学生的学习积极性；通过连接系统和配置参数，锻炼了学生的操作能力，培养了分析问题和解决问题的能力。运用数控维修仿真软件进行辅助教学是一种投资少、见效快、效率高的教学方法。
参考文献：
[1]蒋校辉，李建明.论数控仿真软件教学改革[J].湖南工程学院学报，2012，22（2）：118-121.
[2]陈新国，刘宏伟.仿真软件在数控机床维修中的应用[J].机床与液压，2010，38（13）：171-173.
[3]徐涵.项目教学的理论基础、基本特征及对教师的要求[J].职教论坛，2007，3（下）：9-12.