探討CAD/CAM一體化在數(shù)控技術(shù)教學中的有效應用

在職業(yè)教育改革日益深化的今天，對數(shù)控加工技術(shù)的教學要求也不斷提升，數(shù)控一體化教學成為重要趨勢。在數(shù)控技術(shù)教學中，CAD/CAM 一體化具有重要銜接作用，不僅有助于教師教學課堂，能夠促進數(shù)控教學水平的提升，還有助于數(shù)控技術(shù)教學改革，具有突出應用優(yōu)勢。在明確認識 CAD/CAM 一體化在數(shù)控技術(shù)教學中的優(yōu)勢基礎(chǔ)上，對 CAD/CAM 一體化在數(shù)控技術(shù)教學中的有效應用進行了探討。

1 引言

在現(xiàn)代國家綜合國力的衡量指標中，機械制造業(yè)的先進程度為其中重要指標，推動機械制造業(yè)的發(fā)展是世界各國關(guān)注的重點問題。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，CAD/CAM 技術(shù)的應用給機械制造業(yè)帶來了巨大推動作用?；?CAD/CAM 技術(shù)，促使圖形交互的自動編程方法不斷成熟，通過 CAD/CAM系統(tǒng)的應用所形成的 NC 程序代碼對傳統(tǒng)手工編程加以取代，借助 CAD/CAM 對復雜零件加以設(shè)計和進行加工制造，能夠促使有助于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)時間的縮短，在減少試驗成本與提高勞動生產(chǎn)率方面具有顯著作用[1]。從當前現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展來看，數(shù)控機床占有率不斷提高，面對這一形勢職業(yè)教育也需積極適應現(xiàn)代化制造技術(shù)要求，對更多數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才進行培養(yǎng)。CAD/CAM 技術(shù)作為一種對復雜零件編程更為便捷的工具，也逐漸被引入數(shù)控技術(shù)教學中，表現(xiàn)出突出的教學優(yōu)勢[2]?；诖?，在數(shù)控技術(shù)教學中，應做到對 CAD/CAM 一體化的有效應用，充分發(fā)揮其對數(shù)控技術(shù)教學的作用。

2 CAD/CAM 一體化數(shù)控技術(shù)的教學優(yōu)勢

CAD/CAM 技術(shù)主要指計算機輔助設(shè)計、制造技術(shù)，其中 CAD 為計算機輔助設(shè)計的簡稱，CAM為計算機輔助制造的簡稱[3]。CAD 主要對圖形進行繪制，不僅包括二位圖形繪制，還包括三位圖形建模，基于其做好的圖形或模型可展開科學計算。CAM 主要對數(shù)控加工過程加以模擬仿真，如刀路軌跡的生成和加工路徑的仿真等。在數(shù)控技術(shù)教學中，CAD/CAM 一體化的應用具有突出優(yōu)勢。

（1）豐富數(shù)控技術(shù)教學課堂?；?CAD/CAM軟件的應用，在數(shù)控技術(shù)教學中，關(guān)于刀具的運動軌跡可以直觀地呈現(xiàn)到學生面前，極大地豐富了數(shù)控技術(shù)教學課堂內(nèi)容。學生能夠結(jié)合零件圖進行造型、編程、加工，從而促進學生編程速度的快速提升。且 CAD/CAM 軟件的應用，可以將整個加工過程動態(tài)地顯示出來，讓刀具路徑進一步清晰明了，針對不合理的參數(shù)也能夠隨時進行修改，在直觀的視圖下便于學生發(fā)現(xiàn)不合理的加工工藝[4]。與此同時，CAD/CAM 軟件的應用，可根據(jù)不同的數(shù)控系統(tǒng)，對與數(shù)控機床相適應的加工程序進行編制。教師可基于學生所編程序展開課堂評分，了解學生掌握情況，再實施針對性教學。

（2）促進數(shù)控技術(shù)教學水平的提升。數(shù)控技術(shù)課程具有很強的實踐性，缺乏實踐教學就談不上教學質(zhì)量，實踐教學是數(shù)控技術(shù)教學水平的根本保障。在數(shù)控技術(shù)教學中，想要實現(xiàn)理想的教學水平與實踐效果，僅通過課堂教學并不夠，同時需要為學生提供良好的實踐教學環(huán)境。對 CAD/CAM 軟件加以應用，學生可基于教師指導，借助計算機對三維造型設(shè)計（CAD）加以完成，然后可展開手工與自動數(shù)控編程（CAM-NC）訓練，對加工方式與刀具規(guī)格以及切削用量等各種具體的加工工藝參數(shù)進行確定，于計算機中對相應的加工刀具軌跡迅速進行生成，同時可根據(jù)加工軌跡展開直觀的加工仿真檢驗；學生也可以對生成的加工軌跡實施再編輯，在確定生成的加工軌跡能夠?qū)?G 代碼進行自動生成；學生還可以基于手工編寫的 G 代碼，對其進行反讀，生成刀具軌跡，繼而實施仿真檢驗；對于教師來說，則可直觀地對學生編寫的 G 代碼加以檢查，使檢查更加方便[5]。當 G 代碼被確認無誤后，就可以基于數(shù)控機床及其所使用的數(shù)控操作系統(tǒng)實施機床后置處理及代碼傳輸，最終學生可以依托自己的能力操作機床，完成自己的實踐加工。在這一教學過程中，能夠有效地提升數(shù)控技術(shù)教學水平。

（3）促進數(shù)控技術(shù)教學改革。在數(shù)控技術(shù)教學中，對 CAD/CAM 軟件加以應用，可以實現(xiàn)對傳統(tǒng)課堂教學的改造，讓學生在課堂教學中也能有效地掌握計算機建模與工藝設(shè)計以及自動編程和模擬加工等，這些現(xiàn)代先進制造的全過程學生都可以依托 CAD/CAM 軟件來實現(xiàn)，對計算機輔助制造性能形成更加深入的認識，實現(xiàn)在數(shù)控編程與數(shù)控加工方面的課堂內(nèi)的實訓，促進了對傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)課堂教學的改革[6]。在這種教學模式中，教師能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的理論性板書式教學，學生也能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的記錄式學習和教師操作、學生觀看的學習方式，CAD/CAM 軟件的應用，使數(shù)控技術(shù)教學更切合現(xiàn)代教學要求。

3 CAD/CAM 一體化數(shù)控技術(shù)的有效應用

基于 CAD/CAM 一體化在數(shù)控技術(shù)教學中的突出優(yōu)勢，在數(shù)控技術(shù)教學中，應將其有效地應用到教學過程中。

（1）對 CAD/CAM 一體化教學體系進行構(gòu)建。從數(shù)控技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標來看，其主要需要學生能夠?qū)?CAD/CAM 軟件熟練加以應用，進行產(chǎn)品的簡單設(shè)計，掌握較復雜零件的手工編程，并學會應用 CAD/CAM 軟件自動編程，形成一定數(shù)控機床操作能力。對教學內(nèi)容進行制定時，需要根據(jù)企業(yè)與社會在人才方面的需求為基點，根據(jù)企業(yè)調(diào)研對教學內(nèi)容進行優(yōu)化，對知識的應用性與先進性提高重視，讓學生能夠于有限的學習時間內(nèi)對必要職業(yè)所需技能進行掌握[7]。在教學內(nèi)容方面，可通過對典型數(shù)控系統(tǒng)的學習，將手工編程和自動編程均納入其中，讓學生通過教學對數(shù)控編程的一般方法進行掌握，并對數(shù)控機床的操作方法加以掌握。

為了實現(xiàn)對 CAD/CAM 一體化的有效應用，學校需配備充足的專用機房和電腦，為 CAD/CAM 一體化的應用提供載體，確保能夠有效展開數(shù)控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化教學，與此同時還應配備一定的數(shù)控車床、加工中心以及三維激光掃描儀、線切割機床與鉆床、磨床等。

基于已有的硬件設(shè)施，數(shù)控技術(shù)教學科將典型零件作為主線，對 CAD/CAM 一體化教學體系進行構(gòu)建，將職業(yè)工作過程中所涉及的所有要素，如對象、方式、內(nèi)容以及方法和組織等，均有機地投入到數(shù)控技術(shù)教學課程體系與教學內(nèi)容中，保證工作過程結(jié)構(gòu)的完整性能夠體現(xiàn)在 CAD/CAM 一體化應用教學中，對基于知識應用的課程體系進行創(chuàng)建。

在 CAD/CAM 一體化應用教學中，其基本思路可以設(shè)置為五個流程：一是零件圖樣分析，二是三維造型，三是工藝分析，四是自動編程及仿真加工，五是DNC 在線加工。對教學內(nèi)容進行設(shè)置的過程中，教師可對一條主線加以設(shè)置，通過完成項目的形式，使數(shù)控技術(shù)相關(guān)課程內(nèi)容聯(lián)系起來，在該過程中除了需對機械制圖與機械制造基礎(chǔ)知識進行教學外，還需對機械制造技術(shù)以及數(shù)控加工技術(shù)等知識進行教學，使這些知識通過 CAD/CAM 一體化的應用串聯(lián)形成知識體系，并依托 CAD/CAM 一體化的應用圍繞教學主線對相關(guān)課程進行展開，確保學生在學習目標上更有目的性，使數(shù)控技術(shù)教學中多門課程內(nèi)容緊密聯(lián)系起來，改變以往各門課程教學的獨立性，對學生進入社會崗位所需的綜合能力進行培養(yǎng)[8]。

在具體教學過程中，教師可以零件為主線，對實際生產(chǎn)中一些具有代表性的典型零件加以選擇，根據(jù)零件加工流程，讓學生以分組形式和分階段形式對一個零件的加工加以完成。進行 CAD/CAM 一體化教學前，對于需要完成的項目，教師可通過書面形式進行分配，對于項目中涉及的具體要求與需要掌握的課程內(nèi)容，也需要教師進行詳細說明，讓學生可以于學習之初就能夠樹立明確的學習目標。應用 CAD 機械制圖軟件進行教學時，教師可在教學中設(shè)計指導學生對指定零件的三維模型進行建立[9]。對機械制造技術(shù)課程進行設(shè)計過程中，教師可指導學生展開零件加工工藝方面的分析，對詳細工藝規(guī)程進行擬定和提交。對于數(shù)控車編程與加工教學以及數(shù)控銑編程與加工教學，教師可指導學生在結(jié)合工藝設(shè)計擬定的加工方案基礎(chǔ)上進行手工編程，同時應用CAD/CAM 一體化軟件，基于前期建立的三維模型對零件數(shù)控加工工藝的制定進行自動或交互地完成，通過CAM 軟件實現(xiàn)在刀具軌跡上的自動生成，對數(shù)控機床使用源程序進行輸出，對零件的自動編程和仿真加工進行完成。展開數(shù)控實訓教學過程中，教師可引導學生根據(jù) CAD/CAM 一體化軟件應用經(jīng)驗，采用數(shù)控機床展開實際加工，同時注意加工中出現(xiàn)的各類問題，針對這些問題進行分析。

基于典型零件這一主線，對相關(guān)課程內(nèi)容進行串聯(lián)，結(jié)合 CAD/CAM 軟件教學，可以讓學生真切地了解零件數(shù)控加工過程，為學生今后的崗位工作打下基礎(chǔ)；與此同時，通過 CAD/CAM 軟件的應用開展數(shù)控技術(shù)教學，帶有較強實踐性，可以通過模擬實踐來對理論知識加以檢驗，提高數(shù)控技術(shù)教學中學生的理解能力，轉(zhuǎn)變數(shù)控技術(shù)教學缺乏實踐性的現(xiàn)狀。

（2）CAD/CAM 一體化在數(shù)控技術(shù)教學中具體應用。以手柄的加工教學為例，這里主要對有難度的曲線部分的加工進行介紹，加工臺階部分不再贅述。手柄零件圖見圖 1 所示。

在教學中，教師可應用 CAD 軟件，指導學生在 CAD 軟件中對零件圖進行導入，將其修改為能夠加工的圖樣。應用 CAD 設(shè)置具體的加工參數(shù)，明確切削用量、刀具參數(shù)，對粗加工軌跡進行生成。

然后指導學生將加工程序?qū)?CAM 系統(tǒng)中，讓學生自主完成仿真加工。CAM 系統(tǒng)中加工完成后如圖 2 所示。

4 結(jié)語

在數(shù)控技術(shù)快速發(fā)展的今天，社會對數(shù)控人才的需求不斷加大的同時，對其要求也不斷提升。在數(shù)控技術(shù)教學中，對 CAD/CAM 一體化進行有效應用，可以對數(shù)控技術(shù)實訓教學進行改進，有效改善數(shù)控技術(shù)教學質(zhì)量，培養(yǎng)出社會所需的具有實踐能力的技能型人才。