周峥嵘

(贵州大学 工程实训中心，贵阳 550003)

工程训练教学中的CAD/CAM及CNC技术应用研究

周峥嵘

(贵州大学 工程实训中心，贵阳 550003)

工程训练教学是高校各专业非常重要的实践与创新教学环节。CAD/CAM及CNC技术作为现代机械工业中最具活力的一部分，通过合理的教学设计(教学流程、教学过程、教学案例)，巧妙地将其所包含的计算机辅助设计、计算机辅助制造及数控加工技术进行一体化训练，不仅让学生跟企业“接地气”，还充分发掘了学生的创新和实战能力。在工程训练教学中引入CAD/CAM及CNC技术训练项目，有效提升学校实践和创新环节的教学质量。

高校；工程训练教学；CAD/CAM及CNC技术；教学设计；应用；

随着高等教育改革的不断深入，对工程训练教学也提出了更高的要求。CAD/CAM及CNC技术正作为一门课程应用在高校的工程训练教学中[1-4]。通过本课程不仅可以让学生了解当前制造业的发展现状，还可以通过设计、加工一体的实训过程做出自己的创意产品，使学生的创新欲望得到激发，企业的生产过程得到体验，最终，提高了学生的工程素质，实践教学质量得以改善。

1 CAD/CAM及CNC技术

计算机辅助设计(computer aided design,CAD) 是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作的软件 。CAD软件系统能设计制作出既满足设计要求又适合计算机辅助制造(computer aided manufacturing，CAM)加工的零件模型[5]。优秀的CAD系统是高效的设计工具，应具有参数化设计功能，三维实体模型与二维工程图形应能相互转化并关联。CAM的核心是计算机数值控制(computer numerical control,CNC),简称“数控”，是将计算机应用于制造生产过程的系统。 CAM功能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，包括加交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块等。CNC是一种由程序控制的自动化机床[6]。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，通过计算机将其译码，从而使机床执行规定的动作，通过刀具切削将毛坯料加工成成品或半成品零件。CAD/CAM系统和CNC系统的工作方式是：CAM系统以直接或间接的方式从CAD系统获取产品的几何数据模型，CAM系统以CAD几何模型中的点、线、面或实体为驱动对象，生成加工刀具轨迹，并以刀具定位文件的形式经后置处理，以NC代码的形式提供给CNC机床。

2 CAD/CAM及CNC技术的教学应用

2.1 教学流程

教学的目的是促进学生的学习，教学活动程序应根据具体的教学目标和内容等进行合理选择。良好的教学组织是保证教学质量的前提，是培养学生严谨的学习习惯的基础，也是培养学生掌握知识和技能的关键。图1为CAD/CAM及CNC技术教学流程图[7]。

图1 CAD/CAM及CNC技术教学流程图

2.2 教学过程

以“三大模块”进行教学设计。“三模块”即CAD、CAM和CNC。模块一(CAD)，学习CAD/CAM软件的二维或三维造型设计和实体造型设计的方法，通过典型实体的绘制实训，熟练掌握CAD/CAM软件的造型功能，并根据自己的喜好创造性地设计出作品。模块二(CAM)，对自己设计出来的3D作品进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求，设计加工工序，确定零件的装夹定位方法，选择合理的加工方式，设置相应的切削参数，生成相应的刀具路径，并进行模拟仿真，最后，设置后置处理并生成CNC程序代码。模块三(CNC)，掌握数控机床(数控车床、加工中心)的基本操作，输入自己作品的CNC程序，完成零件加工。

2.3 教学案例

有一个35名学生的班级到工程训练中心进行工程训练，根据大纲要求，此班级需进行为期1周的CAD/CAM及CNC技术训练。

1)任务

给定直径100 mm、厚30 mm的铝合金棒料为毛坯，以此毛坯制作一个烟灰缸；烟灰缸外形、内腔形状不限。

2)教学组织

(1)创意设计。学生根据任务充分发挥各自的创造潜能，构思自己心目中的理想“烟灰缸”，时间为2个学时。

(2)产品造型。在机房学习三维造型软件(AutoCAD,Pro/E,UG,MasterCAM任选其一)的基本。

(3)建模。把自己的设计作品进行三维建模，时间为14学时。

(4)加工工艺。在机房根据自己的作品拟定数控加工工艺(加工零点选择、加工内容、刀具选择、加工方式、切削参数确定等)，时间为4学时。

(5)数控编程。在机房根据数控加工工艺，利用CAM软件对作品模型进行NC程序编制，并根据机床的数控系统配置情况进行程序头、程序尾匹配，满足机床加工程序要求，时间为4学时。

(6)程序传输。将作品模型程序传输进数控机床，传输方法一般有USB方式、CF卡方式和DNC(distributed numerical control，分布式数控)方式；几种方法均介绍给学生，并让学生选择其一进行自己的程序传输，时间为2学时。

(7)零件加工。学习数控机床的安全操作规范及基本操作，尤其需熟悉面板，会装夹工件，会对刀，会修改相关加工参数等，学时为14学时。

通过以上步骤学习、练习后便可以利用数控机床(加工中心)加工出自己设计的烟灰缸作品[8]，图2为某学生的实训作品。

图2 学生CAD/CAM及CNC技术训练作品

3 结束语

如何建设工程训练中心，如何开展工程训练教学，使其更有助于2l世纪人才培养，已成为高等工程教育研究的热点问题之一。将CAD/CAM及CNC技术纳入工程训练教学，将理论知识学习与实践操作技能培养有效融合到整个教学活动，让学生“边学、边做”，真正做到“教、学、做”一体[9]，既传授了知识，又突出了实践技能的培养，提高了学生应用知识和解决问题的能力[10]。

[1]傅水根，严绍华，李双寿，等.创建国内领先的工程训练教学示范中心[J].实验技术与管理,2006,30(4):1-3.

[2]梁延德.我国高校工程训练中心的建设与发展[J].实验技术与管理，2013,30(6)：6-8.

[3]朱瑞富, 孙康宁, 贺业建，等. 综合性大学工程训练中心发展模式设计与实践[J].实验室研究与探索，2011，30(4):85-89.

[4]万金贵，张飞，李蓓华，等. 数控加工综合与创新实践项目分析与研究[J].上海第二工业大学学报，2012，29(2)：121-125.

[5]王其兵,文西芹,王智明，等.CAD /CAM工程实践教学研究[J].实验室研究与探索，2009，28(4):146-148.

[6]冷承业．以就业为导向的CAD /CAM 教学模式探究[J].镇江高专学报，2010，23(4) : 89-91．

[7]张云斌，舒大文.CAD/CAM及NC加工技术理实一体化教学研讨[J].新技术新工艺，2012(4):7-9.

[8]杨进德,周峥嵘. 金工实训[M].成都：西南交通大学出版社，2012:103-158.

[9]冯艳茹，高清冉，冯高峰，等．“教学做合一”教学模式在《AutoCAD》教学中的应用[J]．河北能源职业技术学院学报，2010(2): 83 - 87．

[10]潘国军.以实训为主线，能力培养为重点的教学实践——《CAD/CAM软件应用》课程教学模式创新实践[J]．南昌教育学院学报，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

贵州大学教学改革工程基金资助项目。

周峥嵘(1974-)，男，学士，高级实验师，主要从事工程训练教学、CAD/CAM技术应用与研究工作。

TH126；G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.017