關(guān)于機(jī)械制造工程學(xué)課程中開設(shè)CAPP實(shí)驗(yàn)的方法研究

劉新華 李凌

摘要：在分析機(jī)械制造工程學(xué)課程教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教師科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究了機(jī)械制造工程學(xué)課程中開設(shè)CAPP實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法，提出課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，探索了在機(jī)械制造工程學(xué)課程開設(shè)CAPP實(shí)驗(yàn)的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造工程學(xué)；CAPP；課堂教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科研實(shí)踐

0 引言

機(jī)械制造工程學(xué)是機(jī)械工程專業(yè)的專業(yè)主干課程，主要以機(jī)械制造工藝為主線，較全面地介紹零件機(jī)械加工過程中所涉及的原理、方法、裝備、工藝等基本知識(shí)[1-2]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本方法，具有分析和解決機(jī)械制造工程問題的基本能力，了解機(jī)械制造領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，為后續(xù)相關(guān)專業(yè)選修課程的學(xué)習(xí)、到制造企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

工藝規(guī)劃是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造之間的紐帶，其基本任務(wù)是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀及技術(shù)要求，編制出加工該零件的各個(gè)步驟，即選擇合理的加工方法、加工設(shè)備和加工參數(shù)，使能從原始的毛坯形狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳D紙上規(guī)定的零件最終形狀及精度，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。其特點(diǎn)如下：

（1）工藝設(shè)計(jì)受到諸如企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)品類型、制造資源、生產(chǎn)批量、工藝習(xí)慣、工藝方法、工藝師經(jīng)驗(yàn)水平等因素的影響，甚至受到生產(chǎn)組織與管理方式的制約。上述因素中的任何變化，都將導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)方案的改變，因此說工藝在各個(gè)方面都充滿著“個(gè)性”。

（2）工藝設(shè)計(jì)處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的接口處，必須分析和處理大量信息。既要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣上有關(guān)零件結(jié)構(gòu)形狀、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有關(guān)加工方法、加工設(shè)備、生產(chǎn)條件、加工成本及工時(shí)定額，甚至傳統(tǒng)習(xí)慣等方面的信息。工藝因素錯(cuò)綜復(fù)雜，因此說工藝是一個(gè)典型的復(fù)雜問題。

（3）工藝設(shè)計(jì)產(chǎn)生大量的工藝數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)是指導(dǎo)企業(yè)物資采購(gòu)、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、組織生產(chǎn)、資源平衡、成本核算等的重要依據(jù)，因此說工藝設(shè)計(jì)是企業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵性工作。

傳統(tǒng)的工藝規(guī)劃主要是利用工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手工設(shè)計(jì)，存在諸多問題。因此，急需一種快速的設(shè)計(jì)工具來幫助設(shè)計(jì)人員完成工藝規(guī)劃，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃系統(tǒng)（Computer Aided Process Planning，CAPP）應(yīng)用而生[3]。

1 CAPP系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)/規(guī)劃（Computer Aided Process Planning，CAPP）是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝人員設(shè)計(jì)零件從毛坯到成品的制造方法，是將企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的一種技術(shù)[4]。具體地說，CAPP就是利用計(jì)算機(jī)的信息處理和信息管理優(yōu)勢(shì)，采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)和智能技術(shù)，幫助工藝設(shè)計(jì)人員完成工藝設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)任務(wù)，如選擇定位基準(zhǔn)、擬定零件加工工藝路線、確定各工序的加工余量、計(jì)算工藝尺寸和公差、選擇加工設(shè)備和工藝裝置、確定切削用量、確定重要工序的質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法、計(jì)算工時(shí)定額、編寫各類工藝文件等，最后生成產(chǎn)品生產(chǎn)所需的各種工藝文件（如生產(chǎn)工藝流程圖、加工工藝過程卡、加工工藝卡或加工工序卡、工藝管理文檔等）和數(shù)控加工編程、生產(chǎn)計(jì)劃制定和作業(yè)計(jì)劃制定所需的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，作為數(shù)控加工程序的編制、生產(chǎn)管理與運(yùn)行控制系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)信息。

2 CAPP實(shí)驗(yàn)

學(xué)校購(gòu)買了武漢開目信息技術(shù)有限責(zé)任公司的CAPP系統(tǒng)，下面就以該開目CAPP系統(tǒng)為例詳細(xì)描述CAPP實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）了解機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定方法，熟悉編制加工工藝的一般流程。

（2）掌握開目CAPP系統(tǒng)編制工藝過程卡、工序卡、繪制零件加工工序圖的方法。

（3）通過實(shí)例的學(xué)習(xí)，能夠熟練使用開目CAPP系統(tǒng)進(jìn)行零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告及零件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)文件各一份。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）使用開目CAPP軟件編制車床撥叉的工藝過程卡。

（2）使用開目CAPP軟件編制車床撥叉的工序卡。

2.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）復(fù)習(xí)教材中有關(guān)機(jī)械加工工藝規(guī)程制定方法及編制加工工藝一般流程等內(nèi)容。

（2）根據(jù)CA6140車床撥叉的CAD零件圖，設(shè)計(jì)其工藝規(guī)程，參考有關(guān)手冊(cè)，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)并編制工藝路線。零件材料、零件尺寸、工藝設(shè)備、工步內(nèi)容及切削用量等數(shù)據(jù)可參考典型零件庫。

（3）對(duì)于零件若使用數(shù)控機(jī)床來加工，其基本工藝路線大致不變，但需要注意：①夾具的合理組合使用；②刀具的正確選擇；③適當(dāng)?shù)墓ば蚣小?/p>

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）調(diào)入需要設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的零件圖及過程卡：進(jìn)入開目CAPP運(yùn)行模塊，進(jìn)入開目CAPP運(yùn)行界面。單擊<文件>→<打開>，按文件類型及存放的路徑找到該零件圖，雙擊該圖文件名后，彈出對(duì)話框。例：D：＼開目CAPP應(yīng)用實(shí)例目錄下雙擊“CA6140車床撥叉.dwg”文件；在對(duì)話框中選擇：工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，單擊“確認(rèn)”按鈕；在對(duì)話框中雙擊“機(jī)加工工藝”，調(diào)出“機(jī)械加工工藝過程卡片”。

AutoCAD圖形經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到的圖和原圖不可能完全一樣，會(huì)出現(xiàn)某些尺寸標(biāo)注無法識(shí)別的現(xiàn)象，需要用戶在開目CAPP中進(jìn)行手動(dòng)修改。比如在Auto-CAD中標(biāo)注的形位公差，用戶必須利用開目CAPP中的形位公差工具進(jìn)行重標(biāo)注。

（2）編寫工藝過程卡片：確定了工藝路線后，我們就可以進(jìn)行工藝過程卡片的編輯（以加工CA6140車床撥叉為例說明）。如果零件圖是直接利用開目CAPP提供的繪圖模塊繪制，表格也是利用開目表格定義模塊所定義的，那么所繪零件的有關(guān)信息如產(chǎn)品名稱、型號(hào)，零件名稱等已進(jìn)入過程卡片，但如果是直接導(dǎo)人*.dwg文件，那么信息不會(huì)自動(dòng)與過程卡片相關(guān)聯(lián)，須手動(dòng)添加。

1）填寫表頭區(qū)。進(jìn)入過程卡片編輯界面，將光標(biāo)放在表頭區(qū)需填寫的格內(nèi)，單擊左鍵，左邊庫文件欄出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的庫內(nèi)容，雙擊所需項(xiàng)，該內(nèi)容自動(dòng)填入過程卡片，無對(duì)應(yīng)庫的自行輸入內(nèi)容。

2）填寫表中區(qū)。單擊<過程卡片>→<表中區(qū)>，光標(biāo)自動(dòng)進(jìn)入第一列的第一格，順序向右填寫，對(duì)應(yīng)的左邊庫文件自動(dòng)打開，可在其中選擇所需項(xiàng)，雙擊即可自動(dòng)添加數(shù)據(jù)。

3）申請(qǐng)工序卡。將光標(biāo)放在需做工序卡片的工序行內(nèi)，單擊<工序操作>→<申請(qǐng)工序>，該行的首格變紅，表示已為該道工序申請(qǐng)到一張工序卡。工藝過程設(shè)計(jì)完畢時(shí)，還可單擊<編輯>對(duì)已完成的內(nèi)容進(jìn)行插入、刪除等操作。全部完成后單擊<文件>→<保存>，在對(duì)話框中輸入文件名，再單擊<返回>。

（3）編寫工序卡（以粗銑、半精銑90×32面為例說明）：?jiǎn)螕艄ぞ邫谥邪粹o，切換至工序片的“0”頁，即需編制工藝的零件圖。

1）繪制工序圖

進(jìn)入繪圖界面，可用畫、尺、組、剖四類工具繪制工序草圖，再?gòu)?lt;圖庫>→<夾具符號(hào)庫>調(diào)取夾具符號(hào)。工序草圖也可在AUTOCAD軟件中繪制完成后直接復(fù)制到工序卡繪圖區(qū)。

2）填寫工序卡內(nèi)容

單擊“T”切換到表格填寫界面，方法與過程卡表中區(qū)的填寫相同。進(jìn)入工序編輯界面，將光標(biāo)放在需填寫的格內(nèi)，單擊左鍵，左邊庫文件欄出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的庫內(nèi)容，雙擊所需項(xiàng)，該內(nèi)容自動(dòng)填入過程卡，無對(duì)應(yīng)庫的自行輸入內(nèi)容。通過按鈕，可以在對(duì)話框中選取表面粗糙度、形位公差基準(zhǔn)、形位公差等特殊符號(hào)。也可以通過按鈕，在對(duì)話框中選取特殊字符、標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)等。還可以通過按鈕可查詢工藝參數(shù)表。

3）瀏覽工藝文件

完成了整個(gè)工藝流程設(shè)計(jì)后，可以利用開目CAPP系統(tǒng)提供的工藝文件瀏覽器瀏覽整體效果。

4）輸出工藝文件

在開目CAPP里直接集成了工藝文件的打印輸出功能。能夠?qū)に嚤砀耦A(yù)覽，能夠以各種比例在各種幅面的打印機(jī)或繪圖儀上輸出，可以有選擇地輸出工藝卡片或拼圖。在操作系統(tǒng)的支持下，能夠使用各種Windows兼容的打印機(jī)和繪圖儀。

按照以上步驟重復(fù)進(jìn)行，可以把零件的后續(xù)工序同理做成，以及整個(gè)工藝路線的規(guī)劃都可以用開目CAPP做出。

3 結(jié)束語

本文在分析機(jī)械制造工程學(xué)課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，總結(jié)了手工工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出了課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，并給出了CAPP實(shí)驗(yàn)課程的詳細(xì)實(shí)施方案，為新工科環(huán)境下制造專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了思路。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革資助項(xiàng)目（No. 2016YB10）。

作者簡(jiǎn)介：劉新華（1981-），男，博士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授。