隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，用人單位對中職院校培養(yǎng)的數(shù)控人才的要求也越來越高，不僅要求其能夠熟練掌握基本操作要領(lǐng)以及程序編寫，還要掌握其他維修以及調(diào)試技術(shù)。但是在實際教學(xué)過程中，教學(xué)設(shè)備以及教學(xué)環(huán)境都受到了一定的限制，導(dǎo)致培養(yǎng)出來的學(xué)生的能力沒有辦法滿足用人單位需要。所以，將虛擬數(shù)控機床應(yīng)用到中職院校的數(shù)控維修教學(xué)過程中是非常有必要的。
一、虛擬數(shù)控機床的基本概述
所謂虛擬數(shù)控機床技術(shù)就是通過計算機對數(shù)控加工的整體環(huán)境進(jìn)行模擬仿真，操作者就可以在這個模擬環(huán)境中進(jìn)行模擬實際的操作了。在進(jìn)行虛擬數(shù)控機床的過程中，為了能夠保證虛擬數(shù)控機床可以真實反映出實際數(shù)控機床的生產(chǎn)狀態(tài)，研發(fā)人員所采用的所有參數(shù)都是來自于實際數(shù)控機床，使得虛擬數(shù)控機床能夠模擬出真實數(shù)控機床的數(shù)據(jù)，為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)參考。另外為了加強虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了模塊化設(shè)計，通常情況下，虛擬數(shù)控機床是由一些互相獨立的系統(tǒng)模塊所組成的，這種組合方式可以使虛擬數(shù)控機床和實際數(shù)控機床更為相似，在操作者進(jìn)行模擬仿真操作時，可以大限度地按照實際情況進(jìn)行模擬，同時系統(tǒng)采用了模塊化，能夠在需要其他功能時隨時進(jìn)行模塊重組，使虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)的仿真能力更為出色。利用虛擬數(shù)控機床技術(shù)，在模擬環(huán)境中，整個數(shù)控機床的加工過程都能夠被顯示出來，并且發(fā)生一些故障時，在模擬環(huán)境中能夠進(jìn)行預(yù)警提示，這樣能夠提高生產(chǎn)效率，同時減少在實際操作過程中有可能發(fā)生的危險。與現(xiàn)場實際數(shù)控機床相比，虛擬數(shù)控機床主要有以下幾個特點。
一是在整體的結(jié)構(gòu)上，非常相似。利用虛擬數(shù)控機床技術(shù)顯示出來的數(shù)控機床操作界面，與實際現(xiàn)場中的數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)上是非常接近的，同時很多實際的功能都是能夠?qū)崿F(xiàn)的，學(xué)生在操作的過程中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)失真問題的解決，并且虛擬數(shù)控機床的模塊是非常有利于學(xué)生進(jìn)行操作的。二是相比于現(xiàn)場實際的數(shù)控機床，虛擬數(shù)控機床的界面上能夠顯示出一定的圖形信息以及參數(shù)信息，這些信息能夠讓學(xué)生了解當(dāng)前的運行狀況，有利于學(xué)生完成人機操作。三是具有更為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。學(xué)生在進(jìn)行操作的過程中，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，有利于外界資源的獲取。四是能夠通過計算機實現(xiàn)數(shù)控機床的仿真。在學(xué)生進(jìn)行虛擬數(shù)控機床的操作時，采用的數(shù)據(jù)都是真實的，所以數(shù)控機床能夠以三維的形式展現(xiàn)出來，這樣有利于學(xué)生在操作過程中，及時發(fā)現(xiàn)問題并且處理問題。
二、中職院校數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀
雖然近些年來，中職院校數(shù)控維修的教學(xué)效果越來越好，同時面對用人單位的需求已經(jīng)開始對學(xué)生的動手能力進(jìn)行著重培養(yǎng)?？墒窃趯嶋H教學(xué)過程還存在著一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
1.從數(shù)控系統(tǒng)角度看
當(dāng)前，中職院校數(shù)控維修教學(xué)過程中的基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)控機床電子、綜合實驗室以及拆裝。但是大部分中職院校都是以綜合實驗室為主，并且在實驗室中數(shù)控系統(tǒng)一般是FAUNC等類型較多，由于資金等問題，很少有學(xué)校能夠引進(jìn)一些的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快導(dǎo)致數(shù)控設(shè)備更新較快，很多新的數(shù)控機床在原理和功能上都與以前的數(shù)控機床差別很大，如果一直使用較為落后甚至一些被淘汰的數(shù)控系統(tǒng)，學(xué)生無法及時掌握技術(shù)，真正的實踐能力也得不到提升，便無法滿足用人單位的需求。
2.從電氣連接角度看
傳統(tǒng)的中職數(shù)控維修專業(yè)教學(xué)更側(cè)重于數(shù)控機床技術(shù)的教學(xué)，對于一些電氣方面的教學(xué)只是一帶而過，近幾年來，數(shù)控維修專業(yè)的教學(xué)逐漸走向綜合化，數(shù)控機床的電氣連接相關(guān)知識逐漸被重視起來，很多用人單位都要求數(shù)控維修專業(yè)的學(xué)生必須要掌握一定的電氣技術(shù)?？墒窃趯嶋H教學(xué)過程中，電氣連接的教學(xué)要比數(shù)控機床的教學(xué)更為復(fù)雜，相關(guān)的電器元件種類很多，同時在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的連接時，操作比較繁瑣，非常容易造成電氣材料的極大消耗，并且電纜連接處也會受到很大影響。學(xué)生在進(jìn)行電氣連接相關(guān)知識的操作過程中，通常需要進(jìn)行很多次操作才能夠了解一些基礎(chǔ)技能，嚴(yán)重影響了數(shù)控機床電氣連接教學(xué)的效果。
3.從功能部件拆裝角度看
在中職數(shù)控維修教學(xué)的內(nèi)容中，數(shù)控機床的功能部件拆裝是一個非常重要的部分，學(xué)生對這一部分技能的掌握程度直接影響著未來工作中的實際動手能力。目前很多中職院校的功能部件拆裝教學(xué)都存在著很大問題，教師在教學(xué)過程中，更多的是進(jìn)行一些比較簡單的部件拆裝教學(xué)，這些教學(xué)內(nèi)容在進(jìn)行一些實際問題的解決時，并不能派上用場，并且在練習(xí)過程中，學(xué)生手里所拿的部件通常都是一些年代久遠(yuǎn)或者是實際生產(chǎn)中損壞的產(chǎn)品，不僅數(shù)量難以滿足人手一個，而且很多部件都是早已淘汰不用的了，這樣的實訓(xùn)教學(xué)并沒有太多實際意義。*，數(shù)控機床技術(shù)的發(fā)展速度特別快，相應(yīng)的部件更新速度也特別快，很多新的部件在原理以及使用上都不同于淘汰部件，如果在教學(xué)過程中只讓學(xué)生采用一些淘汰或者是損壞的部件，那么在以后工作崗位上，學(xué)生是無法勝任工作的。
4.從傳感檢測器角度看
與電氣連接相關(guān)技能的教學(xué)一樣，傳感檢測器應(yīng)用技能的教學(xué)在過去傳統(tǒng)的數(shù)控機床維修教學(xué)中只占了很小一部分。傳感檢測器的作用是用來保證機床的精度，其結(jié)構(gòu)不大內(nèi)部構(gòu)造卻很復(fù)雜，在實際應(yīng)用過程中非常容易出現(xiàn)故障，一旦傳感器出現(xiàn)故障，也要在時間進(jìn)行解決，如果傳感器故障沒有及時解決，那么數(shù)控機床的精度便無法得到保障。所以傳感檢測器的維修也應(yīng)該是中職數(shù)控維修專業(yè)學(xué)生必須掌握的。可是在很多中職院校中，有關(guān)傳感檢測器的教學(xué)以及實訓(xùn)都只是在建設(shè)階段，大多數(shù)學(xué)生并沒有得到相應(yīng)的技能培訓(xùn)，實訓(xùn)課程仍然是以數(shù)控機床的培訓(xùn)為主，造成學(xué)生并不能有效掌握傳感檢測器的應(yīng)用技能。
三、虛擬數(shù)控機床的應(yīng)用
1.虛擬數(shù)控機床在理論教學(xué)中的作用
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，越來越多的數(shù)控機床種類出現(xiàn)在市場上，全新的數(shù)控機床不論在工作原理上，還是在功能上都更加復(fù)雜，如果還只是采用一些多媒體教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，或者是通過一些淘汰的課件進(jìn)行教學(xué)，都無法使學(xué)生及時掌握的數(shù)控機床技術(shù)。所以要利用好虛擬數(shù)控機床進(jìn)行教學(xué)。在虛擬數(shù)控機床中，無論數(shù)控技術(shù)怎樣發(fā)展，的數(shù)控機床技術(shù)都能夠更新到系統(tǒng)中，這樣學(xué)生通過虛擬數(shù)控機床就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控機床技術(shù)的掌握。同時通過虛擬數(shù)控機床，實際的機床整體都能夠展示在界面中，學(xué)生可以在模擬仿真中掌握數(shù)控機床的技術(shù)。為了更有效幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自我反饋，在虛擬數(shù)控機床中設(shè)計預(yù)警功能，利用其預(yù)警功能，使學(xué)生能夠及時發(fā)現(xiàn)自己操作過程中的問題，并及時進(jìn)行更正，有利于學(xué)生掌握數(shù)控機床技能。
2.虛擬數(shù)控機床在電氣連接中的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的數(shù)控維修教學(xué)過程中，電氣連接的問題會嚴(yán)重影響到數(shù)控機床教學(xué)的質(zhì)量。在采用了虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)之后，學(xué)生對于數(shù)控機床電氣連接中有關(guān)的線路布局以及電器元器件的選擇等技能會有著更深理解。特別是在電氣布局這一塊，傳統(tǒng)教學(xué)過程中，由于電氣布局相對復(fù)雜，很難一次成功，因此要反復(fù)進(jìn)行操作，頻繁操作會很大程度地造成元器件以及線路的損傷，導(dǎo)致很多元器件浪費。但是在虛擬數(shù)控機床中，教師在實訓(xùn)過程中只要教會學(xué)生怎樣去做好電氣連接的合理布局，以及如何選擇相關(guān)的元器件并通過導(dǎo)線進(jìn)行電氣柜的連接，這樣學(xué)生就可以通過虛擬數(shù)控機床進(jìn)行練習(xí)。除此之外，在教學(xué)過程中，也可以教學(xué)生如何利用虛擬數(shù)控機床中萬用表以及示波器對自己的操作進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)連接沒有問題，再進(jìn)行實際機床的電氣連接即可。采用虛擬數(shù)控機床能夠使電氣連接技能的教學(xué)更加便捷，能夠解決元器件浪費的問題，幫助節(jié)省很多的教學(xué)資源，并且能夠使學(xué)生掌握得更加牢固。
3.虛擬數(shù)控機床在裝拆中的應(yīng)用
針對部件拆裝教學(xué)中存在的問題，在進(jìn)行數(shù)控機床維修內(nèi)容中部件拆裝技能的教學(xué)時，可以采用虛擬數(shù)控機床中3D交互式的形式進(jìn)行教學(xué)。比如，進(jìn)行銑床整機安裝實訓(xùn)教學(xué)時，可以通過虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)中所提供的零部件和工具進(jìn)行教學(xué)，通過系統(tǒng)中零部件的拆裝操作，可以使學(xué)生對真實拆裝過程有所了解，為學(xué)生營造出一個更好的實訓(xùn)環(huán)境。在虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)中，專門設(shè)置了一個裝拆工具庫，通過這個工具庫，整個實訓(xùn)過程更加便捷，同時還能夠提升學(xué)生的動手能力。除此之外，從前面內(nèi)容中可知，傳統(tǒng)的數(shù)控機床拆裝教學(xué)所使用的部件大多數(shù)是一些被淘汰或者是被損壞的部件。如果想要學(xué)生在實訓(xùn)過程中使用的都是部件，那么學(xué)校要投入大量的資金進(jìn)行購買。但由于數(shù)控部件更新太快，這一想法無法實現(xiàn)。而通過虛擬數(shù)控機床能夠很好地解決這一問題。在虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)中，能夠不斷更新的部件，學(xué)生在實訓(xùn)過程中，可以及時了解部件的工作原理以及使用方法，這樣有助于學(xué)生掌握部件的拆裝技術(shù)。同時這樣也能夠解決傳統(tǒng)實訓(xùn)過程中，由于反復(fù)操作造成的部件損壞問題，大大減少了學(xué)校資金投入，幫助學(xué)校減輕了財政負(fù)擔(dān)，重要的是能夠有效提升學(xué)生的動手能力以及教學(xué)質(zhì)量。
4.虛擬數(shù)控機床在故障診斷方面的應(yīng)用
在中職院校數(shù)控維修教學(xué)中，還有一個比較關(guān)鍵的內(nèi)容就是數(shù)控機床的故障診斷，學(xué)生不能只掌握如何使用，而缺少故障診斷的能力，對數(shù)控機床進(jìn)行故障診斷是以后工作中必須掌握并且熟練的一門技術(shù)。在進(jìn)行故障診斷的時候，數(shù)控機床要和計算機一起使用，然后把握好每一個操作細(xì)節(jié)。所以，在進(jìn)行數(shù)控機床的故障診斷教學(xué)時，要以虛擬數(shù)控機床操作界面上面提供的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，教師要教會學(xué)生如何在很短的時間內(nèi)從界面數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)機床的問題。在進(jìn)行故障診斷的實訓(xùn)時，在引入了虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)后，教師可以教學(xué)生通過可編程控制器進(jìn)行數(shù)控機床的調(diào)試，同時根據(jù)計算機里面所顯示出來的一些故障信息對機床進(jìn)行維修。所以，通過虛擬數(shù)控機床系統(tǒng)，學(xué)生在實訓(xùn)過程中，能夠通過操作界面上的數(shù)據(jù)及時了解數(shù)控機床的故障問題，同時通過一些調(diào)試技巧進(jìn)行故障維修，有效提升了學(xué)生的數(shù)控機床維修能力。
隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)中職院校數(shù)控維修教學(xué)培養(yǎng)的人才已經(jīng)無法滿足用人單位的需求，采用虛擬數(shù)控機床成為一種必然趨勢。本文以虛擬數(shù)控機床的基本概述為基礎(chǔ)，從數(shù)控系統(tǒng)、電氣連接、功能部件拆裝、傳感檢測器四個角度去分析中職數(shù)控維修教學(xué)現(xiàn)狀，然后再從這四個角度提出中職院校數(shù)控維修教學(xué)中虛擬數(shù)控機床的應(yīng)用策略。但是在教學(xué)過程中一定不能忽視數(shù)控機床維修的理論教學(xué)，要充分發(fā)揮出理論聯(lián)系實際的作用，不僅要提升教學(xué)質(zhì)量，同時還要加強學(xué)生的動手能力，為社會和用人單位培養(yǎng)出更多的復(fù)合型人才。