探讨CAD/CAM一体化在数控技术教学中的有效应用

在职业教育改革日益深化的今天，对数控加工技术的教学要求也不断提升，数控一体化教学成为重要趋势。在数控技术教学中，CAD/CAM 一体化具有重要衔接作用，不仅有助于教师教学课堂，能够促进数控教学水平的提升，还有助于数控技术教学改革，具有突出应用优势。在明确认识 CAD/CAM 一体化在数控技术教学中的优势基础上，对 CAD/CAM 一体化在数控技术教学中的有效应用进行了探讨。

1  引言

在现代国家综合国力的衡量指标中，机械制造业的先进程度为其中重要指标，推动机械制造业的发展是世界各国关注的重点问题。随着现代制造业的不断发展，CAD/CAM 技术的应用给机械制造业带来了巨大推动作用。基于 CAD/CAM 技术，促使图形交互的自动编程方法不断成熟，通过 CAD/CAM系统的应用所形成的 NC 程序代码对传统手工编程加以取代，借助 CAD/CAM 对复杂零件加以设计和进行加工制造，能够促使有助于企业产品设计与研发时间的缩短，在减少试验成本与提高劳动生产率方面具有显著作用[1]。从当前现代制造业的发展来看，数控机床占有率不断提高，面对这一形势职业教育也需积极适应现代化制造技术要求，对更多数控技术专业人才进行培养。CAD/CAM 技术作为一种对复杂零件编程更为便捷的工具，也逐渐被引入数控技术教学中，表现出突出的教学优势[2]。基于此，在数控技术教学中，应做到对 CAD/CAM 一体化的有效应用，充分发挥其对数控技术教学的作用。

2  CAD/CAM 一体化数控技术的教学优势

CAD/CAM 技术主要指计算机辅助设计、制造技术，其中 CAD 为计算机辅助设计的简称，CAM为计算机辅助制造的简称[3]。CAD 主要对图形进行绘制，不仅包括二位图形绘制，还包括三位图形建模，基于其做好的图形或模型可展开科学计算。CAM 主要对数控加工过程加以模拟仿真，如刀路轨迹的生成和加工路径的仿真等。在数控技术教学中，CAD/CAM 一体化的应用具有突出优势。

（1）丰富数控技术教学课堂。基于 CAD/CAM软件的应用，在数控技术教学中，关于刀具的运动轨迹可以直观地呈现到学生面前，极大地丰富了数控技术教学课堂内容。学生能够结合零件图进行造型、编程、加工，从而促进学生编程速度的快速提升。且 CAD/CAM 软件的应用，可以将整个加工过程动态地显示出来，让刀具路径进一步清晰明了，针对不合理的参数也能够随时进行修改，在直观的视图下便于学生发现不合理的加工工艺[4]。与此同时，CAD/CAM 软件的应用，可根据不同的数控系统，对与数控机床相适应的加工程序进行编制。教师可基于学生所编程序展开课堂评分，了解学生掌握情况，再实施针对性教学。

（2）促进数控技术教学水平的提升。数控技术课程具有很强的实践性，缺乏实践教学就谈不上教学质量，实践教学是数控技术教学水平的根本保障。在数控技术教学中，想要实现理想的教学水平与实践效果，仅通过课堂教学并不够，同时需要为学生提供良好的实践教学环境。对 CAD/CAM 软件加以应用，学生可基于教师指导，借助计算机对三维造型设计（CAD）加以完成，然后可展开手工与自动数控编程（CAM-NC）训练，对加工方式与刀具规格以及切削用量等各种具体的加工工艺参数进行确定，于计算机中对相应的加工刀具轨迹迅速进行生成，同时可根据加工轨迹展开直观的加工仿真检验；学生也可以对生成的加工轨迹实施再编辑，在确定生成的加工轨迹能够对 G 代码进行自动生成；学生还可以基于手工编写的 G 代码，对其进行反读，生成刀具轨迹，继而实施仿真检验；对于教师来说，则可直观地对学生编写的 G 代码加以检查，使检查更加方便[5]。当 G 代码被确认无误后，就可以基于数控机床及其所使用的数控操作系统实施机床后置处理及代码传输，最终学生可以依托自己的能力操作机床，完成自己的实践加工。在这一教学过程中，能够有效地提升数控技术教学水平。

（3）促进数控技术教学改革。在数控技术教学中，对 CAD/CAM 软件加以应用，可以实现对传统课堂教学的改造，让学生在课堂教学中也能有效地掌握计算机建模与工艺设计以及自动编程和模拟加工等，这些现代先进制造的全过程学生都可以依托 CAD/CAM 软件来实现，对计算机辅助制造性能形成更加深入的认识，实现在数控编程与数控加工方面的课堂内的实训，促进了对传统数控技术课堂教学的改革[6]。在这种教学模式中，教师能够转变传统的理论性板书式教学，学生也能够转变传统的记录式学习和教师操作、学生观看的学习方式，CAD/CAM 软件的应用，使数控技术教学更切合现代教学要求。

3  CAD/CAM 一体化数控技术的有效应用

基于 CAD/CAM 一体化在数控技术教学中的突出优势，在数控技术教学中，应将其有效地应用到教学过程中。

（1）对 CAD/CAM 一体化教学体系进行构建。从数控技术专业的人才培养目标来看，其主要需要学生能够对 CAD/CAM 软件熟练加以应用，进行产品的简单设计，掌握较复杂零件的手工编程，并学会应用 CAD/CAM 软件自动编程，形成一定数控机床操作能力。对教学内容进行制定时，需要根据企业与社会在人才方面的需求为基点，根据企业调研对教学内容进行优化，对知识的应用性与先进性提高重视，让学生能够于有限的学习时间内对必要职业所需技能进行掌握[7]。在教学内容方面，可通过对典型数控系统的学习，将手工编程和自动编程均纳入其中，让学生通过教学对数控编程的一般方法进行掌握，并对数控机床的操作方法加以掌握。

为了实现对 CAD/CAM 一体化的有效应用，学校需配备充足的专用机房和电脑，为 CAD/CAM 一体化的应用提供载体，确保能够有效展开数控技术网络化教学，与此同时还应配备一定的数控车床、加工中心以及三维激光扫描仪、线切割机床与钻床、磨床等。

基于已有的硬件设施，数控技术教学科将典型零件作为主线，对 CAD/CAM 一体化教学体系进行构建，将职业工作过程中所涉及的所有要素，如对象、方式、内容以及方法和组织等，均有机地投入到数控技术教学课程体系与教学内容中，保证工作过程结构的完整性能够体现在 CAD/CAM 一体化应用教学中，对基于知识应用的课程体系进行创建。

在 CAD/CAM 一体化应用教学中，其基本思路可以设置为五个流程：一是零件图样分析，二是三维造型，三是工艺分析，四是自动编程及仿真加工，五是DNC 在线加工。对教学内容进行设置的过程中，教师可对一条主线加以设置，通过完成项目的形式，使数控技术相关课程内容联系起来，在该过程中除了需对机械制图与机械制造基础知识进行教学外，还需对机械制造技术以及数控加工技术等知识进行教学，使这些知识通过 CAD/CAM 一体化的应用串联形成知识体系，并依托 CAD/CAM 一体化的应用围绕教学主线对相关课程进行展开，确保学生在学习目标上更有目的性，使数控技术教学中多门课程内容紧密联系起来，改变以往各门课程教学的独立性，对学生进入社会岗位所需的综合能力进行培养[8]。

在具体教学过程中，教师可以零件为主线，对实际生产中一些具有代表性的典型零件加以选择，根据零件加工流程，让学生以分组形式和分阶段形式对一个零件的加工加以完成。进行 CAD/CAM 一体化教学前，对于需要完成的项目，教师可通过书面形式进行分配，对于项目中涉及的具体要求与需要掌握的课程内容，也需要教师进行详细说明，让学生可以于学习之初就能够树立明确的学习目标。应用 CAD 机械制图软件进行教学时，教师可在教学中设计指导学生对指定零件的三维模型进行建立[9]。对机械制造技术课程进行设计过程中，教师可指导学生展开零件加工工艺方面的分析，对详细工艺规程进行拟定和提交。对于数控车编程与加工教学以及数控铣编程与加工教学，教师可指导学生在结合工艺设计拟定的加工方案基础上进行手工编程，同时应用CAD/CAM 一体化软件，基于前期建立的三维模型对零件数控加工工艺的制定进行自动或交互地完成，通过CAM 软件实现在刀具轨迹上的自动生成，对数控机床使用源程序进行输出，对零件的自动编程和仿真加工进行完成。展开数控实训教学过程中，教师可引导学生根据 CAD/CAM 一体化软件应用经验，采用数控机床展开实际加工，同时注意加工中出现的各类问题，针对这些问题进行分析。

基于典型零件这一主线，对相关课程内容进行串联，结合 CAD/CAM 软件教学，可以让学生真切地了解零件数控加工过程，为学生今后的岗位工作打下基础；与此同时，通过 CAD/CAM 软件的应用开展数控技术教学，带有较强实践性，可以通过模拟实践来对理论知识加以检验，提高数控技术教学中学生的理解能力，转变数控技术教学缺乏实践性的现状。

（2）CAD/CAM 一体化在数控技术教学中具体应用。以手柄的加工教学为例，这里主要对有难度的曲线部分的加工进行介绍，加工台阶部分不再赘述。手柄零件图见图 1 所示。

在教学中，教师可应用 CAD 软件，指导学生在 CAD 软件中对零件图进行导入，将其修改为能够加工的图样。应用 CAD 设置具体的加工参数，明确切削用量、刀具参数，对粗加工轨迹进行生成。

然后指导学生将加工程序导入 CAM 系统中，让学生自主完成仿真加工。CAM 系统中加工完成后如图 2 所示。

4  结语

在数控技术快速发展的今天，社会对数控人才的需求不断加大的同时，对其要求也不断提升。在数控技术教学中，对 CAD/CAM 一体化进行有效应用，可以对数控技术实训教学进行改进，有效改善数控技术教学质量，培养出社会所需的具有实践能力的技能型人才。