劉雄飛

（東北林業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱 150040）

一、引言

家具CAM技術(shù)，就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成家具制造的通稱。CAM所代表的含義為計(jì)算機(jī)輔助制造（即Computer Aided Manufacturing），它的核心技術(shù)就是計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制，它是制造技術(shù)自動(dòng)化、智能化、信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)也代表著制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上具有得天獨(dú)厚的重要性，也是銜接CAD技術(shù)的必備工具之一，更是CAD/CAM一體化技術(shù)不可或缺的重要組成部分，對(duì)于生產(chǎn)效率的提高和設(shè)計(jì)精度的提升具有獨(dú)特的重要性，

由于手動(dòng)編程的工作量比較大，致使數(shù)控機(jī)床使用效率受到限制，所以將CAM技術(shù)數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)進(jìn)行融合成為迫切的選擇，二者結(jié)合之后，不但可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，也可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度，制作出更多符合精度的產(chǎn)品，這不僅是生產(chǎn)的要求，也是時(shí)代的要求，凡是滯后拖沓的生產(chǎn)模式都會(huì)受到新生產(chǎn)模式的影響和沖擊，如果不做出相應(yīng)改變就會(huì)被淘汰。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為普通高等學(xué)校的設(shè)計(jì)學(xué)類(lèi)專業(yè)，目標(biāo)是培養(yǎng)符合國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展需要的專業(yè)人才，要求該專業(yè)的畢業(yè)生了解相關(guān)的科學(xué)技術(shù)新發(fā)展、文藝思潮、流行時(shí)尚、風(fēng)土人情等，能從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、展示設(shè)計(jì)、宣傳策劃、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)等方面工作，對(duì)于本?！爱a(chǎn)品設(shè)計(jì)”專業(yè)來(lái)說(shuō)，依托于學(xué)院國(guó)際一流學(xué)科林業(yè)工程的背景，在多年的發(fā)展建設(shè)中，形成了以“家具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)”為特色的專業(yè)發(fā)展道路，更注重于家具與室內(nèi)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)表達(dá)，因此在家具CAM技術(shù)的應(yīng)用方面具有多方面的應(yīng)用與實(shí)踐。如何更好在地在產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)中開(kāi)展家具CAM技術(shù)的教學(xué)及相關(guān)工作，具有十分重要的迫切性和現(xiàn)實(shí)意義，也為更好地展開(kāi)教學(xué)和研究工作起到了很重要的推動(dòng)性。

二、家具CAM技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)的涵蓋面較廣，要求學(xué)生了解與專業(yè)方向有關(guān)的科學(xué)技術(shù)新發(fā)展、文藝思潮、流行時(shí)尚、風(fēng)土人情，具有科學(xué)的理性精神、領(lǐng)先的審美判斷，系統(tǒng)掌握設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)核心及產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)核心知識(shí)，能從事設(shè)計(jì)研發(fā)、設(shè)計(jì)教育的相關(guān)研究工作，具備自主創(chuàng)業(yè)能力，畢業(yè)后可在家具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)企業(yè)從事家具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等工作，對(duì)于本?！爱a(chǎn)品設(shè)計(jì)”專業(yè)來(lái)說(shuō)，尤為重視家具設(shè)計(jì)的重要性，在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)體現(xiàn)得非常清晰和明顯，大部分學(xué)生的選題都是家具方向，由此可見(jiàn)家具設(shè)計(jì)在專業(yè)發(fā)展中占有的重要性。

為了更好地了解、掌握家具設(shè)計(jì)之后進(jìn)行制造的主要流程和環(huán)節(jié)，非常有必要深入探討、實(shí)踐計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，并應(yīng)用在家具零部件的制造方面，由此引申出家具CAM技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，實(shí)際上設(shè)計(jì)和制造本就是相輔相成的關(guān)系，按照生產(chǎn)流程來(lái)說(shuō)都是先設(shè)計(jì)后制造，但是CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)與CAM技術(shù)卻是幾乎同時(shí)誕生，也沒(méi)有提供互相兼容的接口，以至于到后期要提供彼此適應(yīng)的連接方式，并提出了一體化與集成技術(shù)的應(yīng)用，由此可見(jiàn)設(shè)計(jì)與制造二者緊密聯(lián)系，任何一方都不可或缺。

在設(shè)計(jì)家具零部件的時(shí)候，一般有兩種方法完成原始圖形的繪制，第一種是在CAD軟件中設(shè)計(jì)并完成零部件圖形，然后導(dǎo)入到CAM軟件中。由于不同的CAM軟件有不同的格式要求，因此要通過(guò)不同的文件形式（如dwg文件或dxf文件）引入到CAM軟件中。第二種是直接在CAM軟件中完成圖形的繪制，大多數(shù)CAM軟件中都自帶CAD功能，即自行繪制圖形功能，各創(chuàng)建、修改、編輯命令及參數(shù)與CAD軟件功能基本相似，掌握并深化了解的難度并不大，在CAM軟件中繪制完圖形后可直接進(jìn)行刀具軌跡的生成，省去了中間環(huán)節(jié)的一些煩瑣步驟。采用第二種方法轉(zhuǎn)化時(shí)存在一個(gè)不太兼容的問(wèn)題，主要在于使用者長(zhǎng)期使用特定的CAD軟件，已經(jīng)形成了一定的制圖習(xí)慣，對(duì)于在CAM軟件中繪圖需要一個(gè)適應(yīng)和習(xí)慣的周期，從先入為主的角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于CAM軟件的繪圖功能適應(yīng)起來(lái)有一定的緩沖期和接受過(guò)程，目前大多數(shù)操作者還是傾向于采用第一種方法。

通過(guò)CAD技術(shù)和CAM技術(shù)的一體化合作，可以使家具零部件完成從想法到草圖的轉(zhuǎn)變，然后從草圖再變成正式的圖紙，根據(jù)實(shí)際比例完成圖形繪制，獲得圖紙并修改無(wú)誤之后，然后對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存，要把它輸入到相應(yīng)的CAM軟件中，二者的合作正體現(xiàn)在這里，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)刀具參數(shù)、工件尺寸的設(shè)置，甚至夾具的位置和形狀也可以選擇，以其作為數(shù)控加工的基礎(chǔ)條件。在這個(gè)環(huán)節(jié)務(wù)必確定家具零部件的設(shè)計(jì)所需要的工藝條件，這個(gè)環(huán)節(jié)很重要，目的就是為了生成刀具的軌跡。實(shí)際上刀具的軌跡是和最終生成的代碼緊密聯(lián)系在一起的，這些步驟都通過(guò)信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)處理和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的強(qiáng)大能力，展現(xiàn)CAM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)圖形繪制提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，CAM系統(tǒng)需要設(shè)定了解各項(xiàng)任務(wù)條件，如數(shù)控機(jī)床的規(guī)格尺寸、工件的大小、刀具的規(guī)格大小、夾具的位置及參數(shù)、主軸的轉(zhuǎn)速及進(jìn)刀退刀速率、工件進(jìn)給速度，還需要設(shè)置刀具行進(jìn)到與工件表面不同階段的距離、加工深度、刀具補(bǔ)償型式與方向。在確定刀位信息的過(guò)程中，需要了解刀具的中心軌跡和所處位置，在保證加工產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以通過(guò)計(jì)算方法和刀具補(bǔ)償保證獲取加工的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

在家具零部件的CAM軟件操作時(shí)，通常需要生成多種形式的刀具的加工路徑，包括外形銑削等加工路徑，同時(shí)根據(jù)不同的路徑配合使用不同的刀具。刀具路徑一般由加工刀具、加工零件的幾何模型以及各工序的特有參數(shù)來(lái)定義，不同刀具加工的工序和參數(shù)各不相同。

設(shè)定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的加工工藝參數(shù)的時(shí)候，一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)是將繪制的圖形轉(zhuǎn)變成刀具軌跡。這個(gè)步驟極為關(guān)鍵，并且不可缺少，操作難度也最大，可以這樣說(shuō)，在生成刀具軌跡之前的步驟并不困難，比如設(shè)置刀具加工參數(shù)、選擇加工道次這些內(nèi)容，只需要按照常規(guī)操作進(jìn)行即可，在生成刀具軌跡之后的步驟也不麻煩，比如程序?qū)С雠c后臺(tái)處理，基本不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，最難操作的還是圖形轉(zhuǎn)變成刀具軌跡的過(guò)程，為了完成這個(gè)關(guān)鍵的步驟，需要把不同階段的刀具軌跡串聯(lián)在一起，使之成為一個(gè)有機(jī)的整體，便于機(jī)床連續(xù)加工，保障刀具軌跡的合理性與邏輯性。在CAM軟件的操作過(guò)程中，這個(gè)步驟是最容易出錯(cuò)的，經(jīng)常需要多次嘗試才能完成，有的時(shí)候甚至很難完成，所以這個(gè)環(huán)節(jié)最關(guān)鍵，也最重要，只要能順利地把CAD圖形轉(zhuǎn)變成正確的刀具軌跡，整個(gè)CAM的操作過(guò)程就成功了一半。

在完成圖形到刀具軌跡的轉(zhuǎn)變后，家具CAM技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的前期操作基本完成，后續(xù)的工作就是代碼的輸出與校驗(yàn)。

三、家具CAM技術(shù)的教學(xué)模式

家具CAM技術(shù)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)比較重要的一門(mén)課程，根據(jù)技術(shù)發(fā)展、專業(yè)要求和行業(yè)需求，為了培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，需要在現(xiàn)有的教學(xué)模式下精益求精，提出符合課程體系的新的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核辦法，以適應(yīng)人才培養(yǎng)的市場(chǎng)要求。

按照以前的授課方式，學(xué)生初次學(xué)習(xí)軟件，難免會(huì)處于不夠了解的狀態(tài)，只是承受老師填鴨式的理論教學(xué)與知識(shí)灌輸，或者是為了完成作業(yè)、獲得學(xué)分，始終缺乏主動(dòng)掌控課程核心的信心和決心，所以為了讓學(xué)生能更好地學(xué)習(xí)，充分利用有限的傳授知識(shí)的時(shí)間，教師還需要開(kāi)發(fā)更多的教學(xué)模式，以更好地行業(yè)追求為目標(biāo)，能更加積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

同時(shí)，CAD技術(shù)也是教學(xué)中一個(gè)重要的基礎(chǔ)課程，也是本專業(yè)學(xué)生熟練使用CAM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。學(xué)生不但要會(huì)操作CAM軟件的各種命令，還應(yīng)該掌握制圖的基本操作，這樣當(dāng)以后遇到更復(fù)雜的問(wèn)題的時(shí)候，也能夠獨(dú)立地去分析和解決。

在選擇使用的CAM軟件時(shí)，教師需要對(duì)根據(jù)教學(xué)大綱和學(xué)生的接受能力遴選軟件，使軟件能真正地被利用起來(lái)，發(fā)揮真正的作用，并為學(xué)生所接受，此外，由于學(xué)生的接受能力和掌握情況不一樣，教師應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容來(lái)制定相應(yīng)的教學(xué)模式，可采用理論課結(jié)合實(shí)踐課的方式，對(duì)學(xué)生布置分階段的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)生循序漸進(jìn)，通過(guò)不同的習(xí)題勤加練習(xí)，不斷增進(jìn)對(duì)軟件的了解，從各個(gè)方面加深對(duì)軟件操作的深化，同時(shí)能把這些內(nèi)容根據(jù)理論課上老師講授的知識(shí)印證并實(shí)踐。如果學(xué)生有了疑惑之處，可以獲得教師的指導(dǎo)。每次實(shí)踐課結(jié)束后，學(xué)生要按時(shí)上交作業(yè)，包括程序代碼和加工圖形，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生能及時(shí)吸收和消化理論課上的內(nèi)容。

目前的教學(xué)形式多停留在幻燈片展示與教師的示范操作上，對(duì)于家具CAM技術(shù)這樣應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，還需要通過(guò)更多的方式展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，比如教師自行錄制的視頻互動(dòng)，教師操作的虛擬仿真軟件，這樣可以進(jìn)一步活躍課堂氣氛，使教學(xué)方式更多樣化，更生動(dòng)活潑，使學(xué)生的理解能力大大提高，對(duì)豐富教學(xué)手段、提高教學(xué)質(zhì)量也是極大的推動(dòng)和促進(jìn)。

此外，還要考慮到CAM技術(shù)的特殊性，該技術(shù)主要應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床或大型CNC（Computer Numerical Control，計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制，簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)數(shù)控）加工中心上，在教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以把數(shù)控機(jī)床或大型CNC加工中心作為操作和演示對(duì)象，讓學(xué)生近距離感受程序的導(dǎo)入、機(jī)床的操作及加工過(guò)程，更好地領(lǐng)會(huì)課上所學(xué)的理論知識(shí)，比通過(guò)視頻或老師口述的效果要更直觀。但是在實(shí)際操作的教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)時(shí)刻注意提醒學(xué)生安全第一，遵守實(shí)驗(yàn)室守則，不能隨意觸碰各類(lèi)機(jī)床。

四、仿真演示在產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用分析

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師主導(dǎo)課堂，根據(jù)大綱的要求傳授教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生按照教師的操作過(guò)程進(jìn)行練習(xí)，由教師主導(dǎo)學(xué)生每節(jié)課的訓(xùn)練內(nèi)容和進(jìn)度，對(duì)于課程有興趣或自主學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生能夠按照教師的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果，對(duì)于缺乏興趣或是自主學(xué)習(xí)能力不夠強(qiáng)的學(xué)生，可能在學(xué)習(xí)時(shí)有一定的被動(dòng)性，學(xué)習(xí)效果不能達(dá)到理想狀態(tài)，學(xué)習(xí)的積極性也會(huì)受到影響。此外，學(xué)生在實(shí)踐課中缺乏全過(guò)程引導(dǎo)，對(duì)綜合技能的掌握不夠扎實(shí)，也難以挖掘他們的創(chuàng)新潛力，很難符合綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性的要求。

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)受限制的一些問(wèn)題，本研究引入仿真模型教學(xué)的形式，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)的課程傳授過(guò)程中取得較為理想的效果，同時(shí)便于與實(shí)踐課對(duì)接，更好地鞏固課堂上所學(xué)的知識(shí)。仿真模型教學(xué)主要從以下幾個(gè)方面加以實(shí)施。

第一，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的教學(xué)中，要采用較高配置的硬件，既要符合實(shí)際情況，又要滿足教學(xué)，如果學(xué)生使用的電腦配置太低，會(huì)影響繪圖質(zhì)量及圖形渲染的效果，導(dǎo)致CAM軟件在運(yùn)行過(guò)程中的流暢性難以得到有效保障，所以需要學(xué)生準(zhǔn)備配置較高的計(jì)算機(jī)，一般來(lái)說(shuō)臺(tái)式機(jī)比筆記本的性能更好一些，更利于進(jìn)行圖形處理。同時(shí)，學(xué)生采用的CAM軟件應(yīng)該對(duì)于圖形有較好的分析、處理、轉(zhuǎn)化能力，能夠?qū)庸み^(guò)程進(jìn)行不同角度的模擬，能把實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題都模擬出來(lái)，便于發(fā)現(xiàn)故障，提前得以解決。

第二，依據(jù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際情況，需要合理擬定刀具的信息和其他工藝條件，這些內(nèi)容必須和實(shí)際加工的數(shù)控機(jī)床上的刀具、工件的信息一致，而且確保能加工完成前面繪制的圖形，確保能生產(chǎn)刀具軌跡并最終生成NC代碼。利用CAM軟件直接生成數(shù)控加工程序，這一環(huán)節(jié)是比較重要的步驟，之前的操作均為此步驟的準(zhǔn)備工作。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的教學(xué)中，學(xué)生需要掌握此項(xiàng)技能，可以進(jìn)行后處理程序的設(shè)置，確保能準(zhǔn)確生成NC代碼，同時(shí)能夠?qū)氤绦虻椒抡孳浖羞M(jìn)行模擬演示，觀看加工圖形的形狀是否與所繪制的圖形一致。

第三，要求學(xué)生掌握手動(dòng)編程的基本操作。CAM軟件的編程包括手動(dòng)編程和自動(dòng)編程，自動(dòng)編程即使用CAM軟件進(jìn)行編程，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，復(fù)雜的圖形都需要軟件完成，如果用手動(dòng)編程，工作量是很大的，而且效率低，最后完成的效果也不好，但是學(xué)生一定要學(xué)會(huì)手動(dòng)編程，學(xué)會(huì)看NC代碼，因此要給學(xué)生說(shuō)明手動(dòng)編程的重要性。由于大部分CAM軟件生成的程序都帶有自動(dòng)編程的習(xí)慣，不能直接應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上，必須加以處理，改掉不適用的代碼，使其能夠應(yīng)用在正式的生產(chǎn)加工中。只有能看懂基本的代碼，才能對(duì)自動(dòng)編程導(dǎo)出的NC程序進(jìn)行修改，使其符合數(shù)控機(jī)床的要求，這也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中加工家具零部件之前必須經(jīng)歷的重要環(huán)節(jié)。

第四，通過(guò)手動(dòng)編程的方法修改完成NC代碼后，不能馬上導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證，應(yīng)輸入到數(shù)控仿真軟件中進(jìn)行三維圖像仿真，查看系統(tǒng)運(yùn)行是否可以滿足加工標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)防出現(xiàn)加工誤差。如果在加工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)修正NC程序，然后再次導(dǎo)入到數(shù)控仿真軟件中進(jìn)行驗(yàn)證，直到?jīng)]有問(wèn)題并與最初設(shè)計(jì)的圖形一致，才能正式導(dǎo)入到數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行試加工。對(duì)于家具CAM技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，必須貫徹這一理念，凸顯仿真軟件的重要用處和關(guān)鍵地位。

結(jié)語(yǔ)

隨著家具CAM技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，為了更好地發(fā)揮數(shù)控技術(shù)在教學(xué)中的作用，需要使用計(jì)算機(jī)中的仿真軟件對(duì)修改完的NC代碼進(jìn)行仿真加工，用于檢查工藝、程序方面是否存在錯(cuò)誤，這種仿真加工只需在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行即可，不需要在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行操作，減少了不必要的浪費(fèi)，可以最大限度地減少各種損失，把失誤控制在萌芽階段，更好地校核教學(xué)中的理論，更好地檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成果。

當(dāng)仿真軟件模擬演示完NC代碼之后，可以輸出文件，在數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行正式的應(yīng)用。這種教學(xué)方式互動(dòng)性更強(qiáng)，會(huì)使學(xué)生的興趣更濃厚、參與度更高，除了滿足教學(xué)要求之外，也符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專業(yè)需求，有利于綜合人才的培養(yǎng)。