山东工业职业学院机电工程系 山东 淄博 256414
摘 要：本文重点介绍基于凯勒数控仿真软件实施数控程序编制教学，作为“理、虚、实”三位一体的“三元”模式教学，德国凯勒仿真软件是基于虚拟现实技术，实现数控加工程序基本指令理论讲解结合动画仿真，促进学生掌握编程理论，通过形象逼真的动画及理论讲解，使得数控编程教学变得通俗易懂。实践证明，它在教学中的使用可有助于学生更好地掌握编程理论及模拟真实环境，有利于激发学生的学习兴趣，提供数控编程教学水平。
关键词：凯勒仿真软件 数控编程 教学软件
高职院校数控加工程序编制与实施课程在教学中存在着诸多问题，最为突出的问题是学生学习积极性及实践教学环节薄弱，教学设备存在短缺及实践过程中存在的危险性，限制了课程教学过程中的实践环节，实验课时占课程比例很小，实训环节及学时远远不足。
德国凯勒软件通过自身的CAD/CAM、虚拟现实理论及动画仿真功能将数控编程目前遇到的问题得到了较好的解决，数控凯勒仿真软件能够较好地模拟工厂环境，让学生有一种身临其境的学习过程。数控车削主要用于加工回转体零件、多轴类或盘类零件，数控铣床主要是型腔及凸台类零件，由于机床本身的加工精度及刀具刀尖圆弧半径引起的误差，会导致零件尺寸不合格，软件编程时消除以上弊端。
一、凯勒软件教学功能模块
能够具有CNC数控设备工作过程、CAD/CAM功能模块、车铣削加工方案、系统控制编程等，如下页图1所示。利用三维模拟的方法和大量的图表、数据、解释和习题的方式，进行演示和训练。在目前世界上CNC仿真模拟软件中，SymPlus是将生产制造专业模拟软件和职业技术培训教学软件完美结合的现代化教学系统软件，有体整套强大的、富有人性化的教学方法和精彩的习题库。通过这套仿真模拟软件的使用，可以使学员达到各种CNC设备操作实训目的，大大减少昂贵的设备投入。
图1. 凯勒软件操作界面
整个系统覆盖了从基础培训到专业的、适于制造加工编程的计算机数字控制（CNC）和计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术，含有现代的教学方法。该软件是德国唯一具有CNC设计制造模拟、教学方法综合软件系统，配有大量的题库和教师教案以及练习过程中错误分析、回溯和自动评分系统。
该软件除了包含仿真模拟数控加工的过程外，如机床设定( 支持多种数控系统)、定义毛坯、刀具准备、基准测量、 准备功能G代码处理、辅助功能M代码及其它指令代码、各系统自定义代码以及固定循环、面板操作等，还应用了计算机动漫技术，模拟车间布局、机床构造、设备和加工工具的使用和管理。配有影像和解说，为学员提供了近似真实的情景其描述。该软件有两维和三维模拟界面，非常逼真。有自动代码生成系统，可以做到利用图形自动生成程序源代码，可减少大量编程工作。教学软件实现模块化，满足教学训练。
二、凯勒教学软件中数控编程的应用
1.掌握通用性编程架构。数控加工程序编制与实施包括数控车削编程、数控铣削编程和加工中心编程，其中数控加工工艺是数控加工程序编制的基础。合格的程序员必须是合格的工艺员。高职院校机械类专业开设机械加工工艺课程相对较多，数控加工工艺讲授的相对较少。数控加工工艺设置在数控编程课程里面，数控车削加工编程的学习主要是针对多个数控系统进行讲解，主要由法那科、西门子、华中数控等，数控车削编程的基本原理相通，如机床坐标系、工件坐标系、基本指令代码、程序结构等。德国凯勒软件作为一款教学软件，能够结合德国工程型教育理念、方法、教学模式。德国凯勒软件通过寻找大部分编程软件的共性开发自己的PAL语言，如图2所示，利用动画仿真及图解讲解PAL编程语言，实现数控车削编程的架构，掌握通用性知识，以便于适应于各类数控加工系统。PAL编程语言是标准化编程语言，原理性的编程教学，让学生更容易掌握多系统编程。
图2. PAL编程语言
2.“理虚一体化”教学方法。以往授课主要采用多媒体理论教学结合机房实训仿真教学，学练分离。学生在学习理论知识的时候，有教学过程枯燥、学生难掌握学习重点及难点、兴趣不浓、厌学现象严重、教学效果不理想的问题。引入凯勒数控仿真教学软件，如图3所示，讲解理论知识通过凯勒软件实施，将所有的知识点做成答题或者动画游戏等方式，使得数控编程不再单调，而是成为了一种开发智力的小游戏模式出现，使得学生学习积极性提高，将原先的被动学习转换为主动学习。凯勒软件打破了其他仿真软件只进行数控加工仿真的操作模式，而是采用启发教学法、问答教学法、讲练结合法，转变学习模式。其中数控车削编程教学过程中设置有大量案例教学，提高学生的主动思考能力、分析、解决实际问题能力。
图3. 数控仿真
由多媒体教室转到机房授课，实现小班式教学，普及型更高，学生学习过程就是实践验证理论的过程。软件将课件和视频融入软件中，强化理解、掌握各种编程指令功能、程序结构及编程技巧。增加数控加工中心操作的实训环节，使学生熟悉数控机床的各种功能，具备数控机床的基本操作能力。
3.多元化考评。打破原先课程考核包括的平时成绩、期中成绩、期末考核成绩三项，其中分数占有比例为1：1：8。通过凯勒软件，教学考试不再单一，将课程考试转为上机自动选题库开卷考核。利用加工项目建立丰富的涵盖数控车削教学案例题库，考试企业生产的零件图纸、设计制定加工工艺、选择合理刀具和切削参数、编制程序、仿真运行。评分标准依据加工工艺制定、刀具和切削参数选择的合理性、程序的完整性、仿真结果的正确性来进行，同时考查学生操作的熟练程度。上机开卷考核避免了单一的试卷模式，更有利于对学生的能力进行综合考核。
4.工厂式仿真促进学习效果。德国凯勒仿真软件设计了工厂环境，对工厂所有涉及的设备及场景都做了设计。学生在学习过程中能够体会真实加工的感觉，工作台、数控机床及量具摆放等等。学生可以通过凯勒软件实现其他仿真软件不能做的教学及技能相关理论的学习。
三、凯勒软件教学实施效果
通过凯勒仿真软件实现“理、虚、实”三位一体教学过程中的“理实一体化”教学模式实施，将理论教学增添了一元虚拟教学及技能训练，让学生更易接受数控加工程序编制的基础知识及数控机床操作模拟仿真技能：
1.可视化模拟及动画仿真激发了学生学习积极性，学生由厌学变为乐学，提高了出勤率。
2.大量工程项目实施训练，强化了学生对数控编程理论知识的理解和掌握，提高了学生解决实际生产问题的能力。
3.能够学习先进的德国教学模式及教学理念，提高教师的整体职业教学水平和自身专业技能。
参考文献
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[3]郭风泉 韩志引 韩其红 宇龙仿真数控车操作分析[J].装备制造技术，2015，4：260-261。
论文作者:牛敏
论文发表刊物:《素质教育》2019年3月总第301期
论文发表时间:2019/1/22
标签：数控论文; 软件论文; 凯勒论文; 加工论文; 德国论文; 学生论文; 程序论文; 《素质教育》2019年3月总第301期论文;