周崢嶸

(貴州大學 工程實訓中心，貴陽 550003)

工程訓練教學中的CAD/CAM及CNC技術應用研究

周崢嶸

(貴州大學 工程實訓中心，貴陽 550003)

工程訓練教學是高校各專業(yè)非常重要的實踐與創(chuàng)新教學環(huán)節(jié)。CAD/CAM及CNC技術作為現(xiàn)代機械工業(yè)中最具活力的一部分，通過合理的教學設計(教學流程、教學過程、教學案例)，巧妙地將其所包含的計算機輔助設計、計算機輔助制造及數(shù)控加工技術進行一體化訓練，不僅讓學生跟企業(yè)“接地氣”，還充分發(fā)掘了學生的創(chuàng)新和實戰(zhàn)能力。在工程訓練教學中引入CAD/CAM及CNC技術訓練項目，有效提升學校實踐和創(chuàng)新環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量。

高校；工程訓練教學；CAD/CAM及CNC技術；教學設計；應用；

隨著高等教育改革的不斷深入，對工程訓練教學也提出了更高的要求。CAD/CAM及CNC技術正作為一門課程應用在高校的工程訓練教學中[1-4]。通過本課程不僅可以讓學生了解當前制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，還可以通過設計、加工一體的實訓過程做出自己的創(chuàng)意產(chǎn)品，使學生的創(chuàng)新欲望得到激發(fā)，企業(yè)的生產(chǎn)過程得到體驗，最終，提高了學生的工程素質(zhì)，實踐教學質(zhì)量得以改善。

1 CAD/CAM及CNC技術

計算機輔助設計(computer aided design,CAD) 是利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作的軟件 。CAD軟件系統(tǒng)能設計制作出既滿足設計要求又適合計算機輔助制造(computer aided manufacturing，CAM)加工的零件模型[5]。優(yōu)秀的CAD系統(tǒng)是高效的設計工具，應具有參數(shù)化設計功能，三維實體模型與二維工程圖形應能相互轉(zhuǎn)化并關聯(lián)。CAM的核心是計算機數(shù)值控制(computer numerical control,CNC),簡稱“數(shù)控”，是將計算機應用于制造生產(chǎn)過程的系統(tǒng)。 CAM功能提供一種交互式編程并產(chǎn)生加工軌跡的方法，包括加交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊等。CNC是一種由程序控制的自動化機床[6]。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，通過計算機將其譯碼，從而使機床執(zhí)行規(guī)定的動作，通過刀具切削將毛坯料加工成成品或半成品零件。CAD/CAM系統(tǒng)和CNC系統(tǒng)的工作方式是：CAM系統(tǒng)以直接或間接的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型，CAM系統(tǒng)以CAD幾何模型中的點、線、面或?qū)嶓w為驅(qū)動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床。

2 CAD/CAM及CNC技術的教學應用

2.1 教學流程

教學的目的是促進學生的學習，教學活動程序應根據(jù)具體的教學目標和內(nèi)容等進行合理選擇。良好的教學組織是保證教學質(zhì)量的前提，是培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W習習慣的基礎，也是培養(yǎng)學生掌握知識和技能的關鍵。圖1為CAD/CAM及CNC技術教學流程圖[7]。

圖1 CAD/CAM及CNC技術教學流程圖

2.2 教學過程

以“三大模塊”進行教學設計。“三模塊”即CAD、CAM和CNC。模塊一(CAD)，學習CAD/CAM軟件的二維或三維造型設計和實體造型設計的方法，通過典型實體的繪制實訓，熟練掌握CAD/CAM軟件的造型功能，并根據(jù)自己的喜好創(chuàng)造性地設計出作品。模塊二(CAM)，對自己設計出來的3D作品進行數(shù)控加工工藝分析，明確加工內(nèi)容及技術要求，設計加工工序，確定零件的裝夾定位方法，選擇合理的加工方式，設置相應的切削參數(shù)，生成相應的刀具路徑，并進行模擬仿真，最后，設置后置處理并生成CNC程序代碼。模塊三(CNC)，掌握數(shù)控機床(數(shù)控車床、加工中心)的基本操作，輸入自己作品的CNC程序，完成零件加工。

2.3 教學案例

有一個35名學生的班級到工程訓練中心進行工程訓練，根據(jù)大綱要求，此班級需進行為期1周的CAD/CAM及CNC技術訓練。

1)任務

給定直徑100 mm、厚30 mm的鋁合金棒料為毛坯，以此毛坯制作一個煙灰缸；煙灰缸外形、內(nèi)腔形狀不限。

2)教學組織

(1)創(chuàng)意設計。學生根據(jù)任務充分發(fā)揮各自的創(chuàng)造潛能，構思自己心目中的理想“煙灰缸”，時間為2個學時。

(2)產(chǎn)品造型。在機房學習三維造型軟件(AutoCAD,Pro/E,UG,MasterCAM任選其一)的基本。

(3)建模。把自己的設計作品進行三維建模，時間為14學時。

(4)加工工藝。在機房根據(jù)自己的作品擬定數(shù)控加工工藝(加工零點選擇、加工內(nèi)容、刀具選擇、加工方式、切削參數(shù)確定等)，時間為4學時。

(5)數(shù)控編程。在機房根據(jù)數(shù)控加工工藝，利用CAM軟件對作品模型進行NC程序編制，并根據(jù)機床的數(shù)控系統(tǒng)配置情況進行程序頭、程序尾匹配，滿足機床加工程序要求，時間為4學時。

(6)程序傳輸。將作品模型程序傳輸進數(shù)控機床，傳輸方法一般有USB方式、CF卡方式和DNC(distributed numerical control，分布式數(shù)控)方式；幾種方法均介紹給學生，并讓學生選擇其一進行自己的程序傳輸，時間為2學時。

(7)零件加工。學習數(shù)控機床的安全操作規(guī)范及基本操作，尤其需熟悉面板，會裝夾工件，會對刀，會修改相關加工參數(shù)等，學時為14學時。

通過以上步驟學習、練習后便可以利用數(shù)控機床(加工中心)加工出自己設計的煙灰缸作品[8]，圖2為某學生的實訓作品。

圖2 學生CAD/CAM及CNC技術訓練作品

3 結束語

如何建設工程訓練中心，如何開展工程訓練教學，使其更有助于2l世紀人才培養(yǎng)，已成為高等工程教育研究的熱點問題之一。將CAD/CAM及CNC技術納入工程訓練教學，將理論知識學習與實踐操作技能培養(yǎng)有效融合到整個教學活動，讓學生“邊學、邊做”，真正做到“教、學、做”一體[9]，既傳授了知識，又突出了實踐技能的培養(yǎng)，提高了學生應用知識和解決問題的能力[10]。

[1]傅水根，嚴紹華，李雙壽，等.創(chuàng)建國內(nèi)領先的工程訓練教學示范中心[J].實驗技術與管理,2006,30(4):1-3.

[2]梁延德.我國高校工程訓練中心的建設與發(fā)展[J].實驗技術與管理，2013,30(6)：6-8.

[3]朱瑞富, 孫康寧, 賀業(yè)建，等. 綜合性大學工程訓練中心發(fā)展模式設計與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30(4):85-89.

[4]萬金貴，張飛，李蓓華，等. 數(shù)控加工綜合與創(chuàng)新實踐項目分析與研究[J].上海第二工業(yè)大學學報，2012，29(2)：121-125.

[5]王其兵,文西芹,王智明，等.CAD /CAM工程實踐教學研究[J].實驗室研究與探索，2009，28(4):146-148.

[6]冷承業(yè)．以就業(yè)為導向的CAD /CAM 教學模式探究[J].鎮(zhèn)江高專學報，2010，23(4) : 89-91．

[7]張云斌，舒大文.CAD/CAM及NC加工技術理實一體化教學研討[J].新技術新工藝，2012(4):7-9.

[8]楊進德,周崢嶸. 金工實訓[M].成都：西南交通大學出版社，2012:103-158.

[9]馮艷茹，高清冉，馮高峰，等．“教學做合一”教學模式在《AutoCAD》教學中的應用[J]．河北能源職業(yè)技術學院學報，2010(2): 83 - 87．

[10]潘國軍.以實訓為主線，能力培養(yǎng)為重點的教學實踐——《CAD/CAM軟件應用》課程教學模式創(chuàng)新實踐[J]．南昌教育學院學報，2011，26(12)：72-74.

CAD/CAM and CNC Technology in Engineering Training Teaching

ZHOU Zhengrong

(Engineering Training Center, Guizhou University, Guiyang 550003, China)

Engineering training teaching is the practice and innovation of very important teaching link.CAD/CAM and CNC technology are the most dynamic part of modern mechanical industrythe reasonable teaching design(teaching process, teaching process, teaching case), it contains ably computer-aided design and computer-aided manufacturing and integration of CNC machining technology for training, not only let the students to "ground" of the enterprise, also fully excavate innovative and practical ability. In engineering training teaching, the introduction of CAD/CAM and CNC technology training project, effectively improve the quality of teaching of practice and innovation of school.

universities; engineering training teaching; CAD/CAM and CNC technology;teaching design; application

2014-04-24；修改日期: 2014-06-17

貴州大學教學改革工程基金資助項目。

周崢嶸(1974-)，男，學士，高級實驗師，主要從事工程訓練教學、CAD/CAM技術應用與研究工作。

TH126；G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.017