CAD/CAM软件在数控一体化教学中的应用分析

刘闻宇

摘要：本文从阐述一体化教学的含义入手，指出中职院校传统教授《数控加工》和《CAD/CAM》这2门课程存在的一些现状，认识到机械加工专业核心课程《数控加工》采用一体化教学势在必行。为了提高教学质量，因此，将CAD/CAM软件和《数控加工》结合起来，采用一体化教学模式，更能解决学生理论知识和实践技能的脱节问题，从而达到更好地学习效果。

关键词：一体化；CAD/CAM；数控加工

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.106

随着我国职业技工院校教育教学改革的不断深入，对数控技术的教学要求也越来越高，CAD/CAM软件在数控一体化教学中，把数控的编程与加工整合起来，起承上启下的重要作用，既对教师课堂教学有所帮助，提高了教师教学水平，又对学生更好地学习数控技术有促进作用，有助于学校对数控技术的教学革新。

1一体化教学的兴起

为更好地办好职业教育，2009年起，国家人社部在广州、北京等地的191所院校进行一体化教学改革试点。试点得出，一体化的教学模式能更好地促进学生的全面发展，培养的学生得到了家长、企业的一致认可。是促进学生的自主学习能力、表达能力、动手能力的提高，加快推进学院的产教融合的务实举措。

2一体化教学的含义

一体化教学是以企业工作方式为依据，在分析职业技工院校学生的特征后，以培养和提高学生综合职业能力为目标，制定合理有效的一体化课程标准，应用如学习通、鹿客等高新教学手段，充分利用一体化教学资源与教学场地，以企业生产任务为学习任务，引导学生自主学习的教学模式。

3《数控加工》实践课的教学现状

《数控加工》是中职院校机械加工专业的核心实践课。在讲授《数控加工》课程时，教师不仅仅需要在课堂上为学生传授与数控有关的理论知识，同时还需要让学生上机床实际操作，锻炼实际操作能力。以此通过理论和实践相结合的方式使学生对数控编程与加工有更深入的了解。但由于理论编程太过于抽象，学生在编程时，无法直观的感受编程的对与错，学生编辑完程序后，输入程序较慢、也容易出错，从而影响了教学的进度与效果，长时间的学习让学生容易产生疲倦感，反而打消学生的学习激情。同时，一般职业学校会采用单独开设《CAD和CAM应用》课程，让学生在课堂上绘图，生成刀具加工轨迹并根据操作系统生成数控加工程序，但无法把加工程序应用到实际加工中，没有实践应用。由于理论学习与实践教学环节连接不够理想，往往表现为学生对自己编辑出来的程序，脑袋中没有形成车刀运行的刀路轨迹，对加工时车刀运行的位置不知道是否正确。甚至有些学生一直到走入实习岗位，也只会加工不会编程，最终学生毕业后无法获得良好的就业岗位。基于以上问题，《数控加工》采用一体化教学模式势在必行，而将《CAD/CAM应用》教学融入《数控加工》一体化教学中，更能有效提升整体的教学质量。

4《CAD/CAM数控技术》一体化的意义与作用

制造业是立国之本，是兴国之器，是强国之基。机械制造的蓬勃发展，带动了相关软件的飞速进步，基于制造加工的辅助设计加工软件CAD/CAM技术也在日趋成熟，手工编程已经无法满足车加工中心、五轴加工等复杂的编程要求，应用CAD/CAM软件生成加工程序代码代替传统的手工编程已成为一种必然趋势。从近几年的加工制造发展来看，高、精、尖已经成为机械加工的一种基本要求，把CAD/CAM软件教学融入數控一体化教学中，在教育教学中充分发挥作用，已是大势所趋。

4.1提高数控技术的编程能力

在数控一体化教学时应用CAD/CAM软件，可以把学生编辑的加工程序生成刀具轨迹，学生学习编程更加直观，从而大幅度提高学生编程的正确性。学生可以对零件进行绘图，根据自己的加工工艺生成加工程序，由计算机编程代替手工编程，提高学生整体的编程速度和正确率。学生还可以把编辑的数控加工程序在CAD/CAM软件上进行模拟加工零件，观察整个零件的加工过程，进而在检查整个零件的加工工艺是否合理，随时修改不合理的加工参数。特别是对于学校学生而言，学校有FANUC、广数，华中等多种数控操作系统，对刚刚学编程的学生而言，系统不同指令有些许不同，特别容易混淆，而CAD/CAM软件可以根据不同的数控操作系统，生成相对应得加工程序。对于教师来说，因为可以直观的观察学生的刀具加工轨迹，所以大大提升了教师检查学生程序的速度，以往必须在课后一点一点检查的程序，能在课堂上就全部检查完毕，并有针对的进行教学。

4.2提高数控技术的实际加工能力

数控技术仅仅是一门理论课还是一门实践课，没有实践加工一切都是纸上谈兵，学生只有通过数控的实践加工才能真真正正地掌握这门学科。在数控一体化教学中，不仅要求学生学会编程还要学生学会零件加工。在课堂上在确定了零件的加工步骤、刀具的规格以及加工时切削参数等具体信息，确定一个零件的完整加工过工艺后，应用CAD/CAM软件学生能快速地在计算机中生成刀具轨迹，并在软件中仿真加工一遍，在确认无误后，根据所使用的机床生成相对应的G代码程序。通过软件把G代码程序直接传输入机床中，学生完成对刀操作建立工件坐标系，完成零件的加工。整个教学过程中，学生不需要手动输入程序，把输入程序的时间节省下来，锻炼自身的零件加工能力，同时也减少了应学生输入程序失误，导致的机床安全事故。

4.3推进数控技术一体化教学改革

在数控技术一体化教学中，教师以企业实际加工任务为载体，采用一体化教学六步灵活教学，如第一步，学生获取加工任务。第二步，学生分析零件图纸，在CAD软件中绘制图形。第三步，把图形在CAM中进行分析，在老师的引导下确定加工工艺。第四部，利用CAM软件完成程序的编制。第五步，完成零件的首件加工，优化加工参数，并加工出合格的产品。第六步，检查与评价，总结所思所得。依托CAD/CAM软件，既摆脱了教师上面写学生下面记那种枯燥无味的理论课堂，又摆脱了传统的一群学生围着机床看教师操作的学习方式。利用CAD/CAM软件，学生按企业生产加工模式，完成零件的加工生产，强化学生的自主学习能力和动手能力，学校的实训室朝着实训工厂迈进，学校与企业零距离对接，实现学生毕业即就业。

5《CAD/CAM数控技术》一体化的有效应用

对于如何有效地把CAD/CAM应用到数控技术一体化教学中，从人才培养方案上来说，首先学生应该能利用CAD/CAM软件对零件进行建模，在掌握手工编程的基础上，使用CAD/CAM软件生成数控加工程序，完成加工项目。如学校制定的人才培养方案，分别将《机械制图》《CAD制图》放在第一学期和第二学期学习，就是为第三学期学生能在数控加工学习中熟悉的运用CAD/CAM软件打基础。在对教学内容的选择上，根据企业调研，以企业的实际加工任务为加工项目，以培养学生的职业综合能力出发点，制定一体化教材，让学生在学校有限的时间里对数控加工的各个技能和知识点进行掌握。在教学方法上，常采用“翻转课堂”，教师通过微课等教学手段，使学生在课前就通过电脑或手机模拟仿真，完成程序或工艺的编写，课中，学生讨论问题并展示结论，师生合作探究解决问题，提高了学生的自主学习能力与沟通协作能力。

接下来，笔者将以数控车一体化中项目二销轴加工为例，对整个教学过程进行介绍。学生基础情况：具备基本的识图绘图能力，具有一年的车工操作经验，完成了数控车项目一台阶轴的加工，对于G71、G01指令有一定的运用能力。结合以上学情，整个加工项目按照企业零件加工流程：获取任务及分析、任务计划、任务实施、验收评价设计共8个教学任务，每次任务以课前、课中、课后为主线，合理确定教学活动，流程如图所示。其中获取任务、任务分析、检测与评价不包含CAD/CAM内容，这里不做具体介绍。

第一步：分析图纸环节。学生通过小组讨论提取销轴零件图上的尺寸要求、技术要求等相关信息，并提出所遇难题，教师对各个技术环节和学生进行探讨，得出结果。然后教师布置绘图要求，讲解绘图指令、方法，学生通过CAD软件绘制销轴零件图。学生通过企业的典型性加工零件的绘制与教师对项目涉及的教学内容与技术要求进行说明，让学生在零件加工之前就有一个大概的认识。本节课主要的目的是学生掌握CAD软件对零件进行二维工程图纸的绘制。

第二步：编制工艺环节。课前教师通过学习通平台自学任务：根据销轴的零件图编制加工工艺路线。学生根据上节课在CAD软件绘制的零件图，试写出加工工艺路线，并在CAD软件上模拟绘制刀路，检查加工路线与装夹位置是否合理，如图1所示。课中，两组学生汇报课前制定的加工工艺路线，教师参与学生讨论，引导学生确定工件的加工工艺。通过小组讨论，小组汇报形式，学生确定工具卡与刀具卡。在课堂上利用CAD软件模拟错误刀路进行示范，让学生清楚地知道自己为什么错，不断强化知识，使他们形成正确思维模式。利用CAD/CAM软件，学生可以直接绘制加工刀路并进行工艺分析，学生通过讨论与教师引导，可以制定合理的工艺规程。既提高了学生的沟通表达能力又提高了学生自主学习能力，为今后学习打下基础。

第三步：编制程序环节。课前教师上传手机模拟仿真（CAM）：G71/G94加工销轴左端30°锥度和外圆加工微课视频，学生预习G71/G94加工锥度的指令格式，如图2所示。学生观看微课视频，了解G71/G94格式和含义。课中，教师抽签选择两组对G71/G94加工锥度的学习所得进行汇报，学生通过CAM软件，汇报手工编程时出现的问题，以及模拟加工时出现的问题，直观展示零件的整个加工过程。学生小组讨论汇报小组G71/G94仿真存在的问题，学生派代表对汇报中出现的问题难题，进行点评与提问，教师在旁引导，解答疑难问题，学生教师的帮助下加工程序编辑，并在CAM中演示。通过CAD/CAM软件，实现刀具轨迹的自动生成以及零件的模拟加工，可以在实际加工前，发现零件加工时可能出现的一些潜在问题，针对这些问题教师可以提前和学生进行讲解、分析，让错误解决在萌芽阶段，减少实际加工时的安全事故。

第四步：首件加工环节。课前教师通过微课讲解一夹一顶装夹与调试的操作方法，课中学生通过微课与教师的现场讲解，校正尾座，在电脑CAD/CAM软件中输入已编好的加工程序，观察刀具轨迹，校验程序输入是否正确，再上传至数控装置中，试完成加工零件的加工，并送教师检查。在数控技术教学中，对于越复杂的零件，编辑的数控加工程序也越多，导致学生在把程序输入数控機床时，不仅输入效率低，而且输入时常常出错，如经常有学生在输入指令时忘记输入负号或者数值多输、少输0的情况，使得学生的零件加工错误或在加工时发生撞到现象。而使用CAD/CAM软件，不仅可有效提高学生输入程序的速度，还能检查输入的程序的正确性，减少、杜绝因程序输入错误而导致的加工问题。

第五步：参数调整环节。课前学生观看微课，回答切削用量与加工效率的关系并微信群进行讨论交流，总结首件加工时的问题。课中，学生派代表发言，切削参数与加工效率的关系，教师进行点评总结。在确定切削参数与零件的加工质量与加工时间都有关系后，学生通过查表与上机操作反复调试，给出最优的加工参数，并使用CAD/CAM软件生成程序，完成第二次零件的加工。同样的加工零件，同样的加工轨迹，因加工参数的不同，学生加工产品的时间与加工质量也不同。加工参数（切削速度、背吃刀量、进给量）每改动其中任何一个，学生都需要对编辑的程序进行调整，并在数控操作面板上进行修改后进行试加工。对于一个完整零件最起码10以上的加工参数来说，这样的参数调整效率太低，无法满足教学需要，而利用CAD/CAM软件，可以随机修改切削参数，并上传至数控装置中进行试加工，与前者相比能极大地提高教学效果和学生的加工效率。

第六步：批量生产环节。课前教师发布企业生产轴类零件视频，学生讨论与自己单件生成的不同。课中教师引入批量生产加工工艺——工序分散加工原则，学生按企业生产要求重新制定加工工艺。明确本次批量生产采用软爪加工，观看“实配法”车制软爪视频，掌握软爪的制作方法。学生模拟企业生产加工模式，完成首件加工并送检。为更好地服务我省“三高四新”战略，按照校企合作的办学模式，对接企业生产加工案例，模拟企业工作过程，利用CAD/CAM软件完成零件的加工。

数控一体化不仅包含数控加工的相关知识进行讲解，还穿插了机械制图、机械基础、机床夹具等相关知识，并依托于CAD/CAM软件进行授课，“以学生为主体，教师为主导”的教育教学原则，提高了学生的学习效率，提高教师教学效果。为学生日后考取车工四级等级证奠定了基础，并提升学生了适应企业岗位的能力。

6总结

世界技能大赛是职业教育的风向标，从最近几届的大赛来看，能够使用CAD/CAM软件建模和自动编程已经是对数控加工技术人员最基本的要求。职业技工院校应紧跟时代的步伐，完成本校的一体化教育教学改革，提高数控技术的教学质量与学生的个人素质，为社会培养一批又一批能快速适应企业的人才。

参考文献

［1］刘岩松，董林福，信红波，等.CAD软件与CAE软件图形数据接口问题研究[J].沈阳化工大学学报，2011，（4）.

[2]徐庆川.三维CAD软件在机械设计与制造中的应用[J].化学工程与装备，2013，（12）.

[3]杨兆军，郝庆波，陈菲，等.基于区间分析的数控机床可靠性模糊综合分配方法[J].北京工业大学学报，2011，（3）.

[4]赵燕，王琨.Cad/cam软件在独立院校机械类课程教学中的应用[J].机械工程师2022，（7）.

[5]单岩，王卫兵.CAM数控编程基本实现过程[J].CAD/CAM与制造业信息化，2003，（9）.