虚拟现实方法在《数控技术》课程教学上的应用

《数控技术》课程是我校国家级高职高专教学改革试点专业机电一体化技术专业 (数控技术应用方向) 的一门重要的专业技术课, 为本专业学习起到承前启后的作用, 在整个专业教学计划中占有相当重要的地位。其特点是建立在相关的多门专业基础课上, 综合性强, 实践性强。

《数控技术》课程在另一方面为机电专业学习提供切入点, 即以数控机床为机电产品代表, 拓展到一般机电产品工作原理的认识。然而学生在综合运用已学专业基础理论去分析数控设备的结构特点、动作控制原理等方面表现出理论知识的系统性不强、应用能力差等缺陷, 大大影响了学生学习专业课程的兴趣和效果, 也使本课程的教学工作很难深入地展开。

针对学生普遍认为该课程内容繁杂, 内容抽象, 与专业基础课内容衔接不够紧密、不易掌握。我校对其进行了教学进行了分析探讨, 进行该课程体系的优化、整合, 教学方法与教学手段的改进, 以及在教学中不断地摸索和实践, 以期本课程的教学取得了良好的效果。

1 教学内容的优化和整合

我校现对数控技术课程分为两门课程来讲授:《数控机床与数控原理》和《数控加工工艺与编程》。前者主要讲授数控的结构、工作原理及控制方法, 后者结合数控机床操作讲授数控机床加工工艺过程及其编程方法。

对《数控技术》课程的讲授以图1的内容模块进行有效展开。考虑到数控装置在数控机床的核心地位, 对其内容分为数控系统结构组成和数控机床轨迹原理两部分来阐述。这样其内容主要划分为六大模块:数控检测技术原理、数控轨迹控制原理、数控伺服控制技术、计算机数控体系、数控机床机械结构、数控工艺编程。

根据以往的教学实际各模块对应的学时分配如表1。

2 计算机模拟仿真的应用

数控机床向高速化发展有效的提高了其生产能力, 但也为学生对其运行过程、结构组成进行现场观察造成了困难。比如数控机床对机械本体的设计为了满足人性化要求和美观作用而采用了封闭结构, 这使得学生很难观察到数控机床电主轴的结构。而在观察光栅检测原理时, 学生也不能看到莫尔条纹的黑白交替过程。

对此可以广泛借助于计算机辅助教学手段以图片、实景录像来展现数控机床各部件的结构, 数控机床加工过程;以软件技术进行运动仿真各种装置运动过程、各条指令控制作用, 构成虚拟现实教学环境为学生提供视觉效果, 使教学过程具体化, 来弥补现场参观不能深入细微的缺点。

《数控技术》课程中的动画包括数控机床装置运动仿真与数控机床加工指令运动仿真两方面, 具体如下:

2.1 数控机床装置运动仿真

根据前面设计的教学内容, 将数控机床重要装置制作为FLASH动画, 形象地、分步地模拟各装置的运动过程, 展示其工作原理, 使学生理解力大大增强, 授课难点简易化。

2.1 数控机床加工仿真

使用FLASH把数控加工的G代码对机床的控制作用做成仿真动画, 使学生对各种指令代码的作用通过很快掌握。例如:螺纹仿真加工动画, 可以让学生感性的观察到工件的运动、刀具的走刀路径, 从而清楚建立G 8 2指令的执行过程。

3 数控机床虚拟操作实验室建立

对数控原理这种实践性比较强的课程, 要重新分配理论与实践课时比例, 需要在校内实习基地、实验室, 或校外企业进行实践性实习, 安排数控实训, 培养学生的实际操作能力。目前我校已经建立中央与我校共建数控实训基地, 而且为了更好地实现理论与实践的结合, 并引进宇龙数控加工仿真系统。该系统可以通过网络进行课堂、课外随时访问, 完成数控机床操作、加工程序验证以配合数控技术课程教学, 并为后续的数控实训打下基础。

该软件具有加工过程刀具运动模拟功能、加工参数CRT显示功能、操作控制功能, 能建立数控加工过程模拟。把该软件嵌入授课当中, 这样在课堂上就可以完成操作和加工过程讲授和加工过程, 使得课堂教育延伸到现场实际, 达到了理论与实践的完美结合, 而学生的操作能力大大提高。

4 结语

综上所述, 《数控技术》教学当前面临机遇与挑战并存现状, 为了更好的实现该课程教学目的, 必须实事求是、踏踏实实、精心策划解决实际问题。虚拟现实辅助手段教学对我校的2006年毕业生未进行使用, 对2007年毕业生进行部分使用, 对2008年毕业生进行全部使用。通过比较, 发现2008年毕业生对技术概念的理解较两届学生加深很多。

摘要：在对《数控技术》课程教学现状分析的基础上, 对其教学内容进行设计, 并把其教学内容中装置运动、加工过程动画应用教学过程, 最后在教学过程中建立了虚拟数控加工, 使得教学效果大大提高, 完成了《数控技术》课程教学改革。

关键词：教学现状,教学改革,教学效果

参考文献

[1] 宋本基.数控机床[M].哈尔滨工程大学出版, 1999, 3 (1) .

[2] 王爱玲.机床数控技术[M].高等教育出版社, 2006, 8 (1) .