關于機械制造工程學課程中開設CAPP實驗的方法研究

劉新華 李凌

摘要：在分析機械制造工程學課程教學中存在問題的基礎上，結合課堂教學、實驗教學和教師科研實踐經驗，研究了機械制造工程學課程中開設CAPP實驗課程的教學方法，提出課堂教學、實驗教學和科研實踐相結合的教學模式，探索了在機械制造工程學課程開設CAPP實驗的實施方案。

關鍵詞：機械制造工程學；CAPP；課堂教學；實驗教學；科研實踐

0 引言

機械制造工程學是機械工程專業的專業主干課程，主要以機械制造工藝為主線，較全面地介紹零件機械加工過程中所涉及的原理、方法、裝備、工藝等基本知識[1-2]。通過本課程的學習，使學生掌握機械制造技術的基礎知識、基本理論和基本方法，具有分析和解決機械制造工程問題的基本能力，了解機械制造領域的先進技術和發展趨勢，為后續相關專業選修課程的學習、到制造企業生產實習、畢業設計打下良好的基礎。

工藝規劃是產品設計與制造之間的紐帶，其基本任務是根據零件的結構形狀及技術要求，編制出加工該零件的各個步驟，即選擇合理的加工方法、加工設備和加工參數，使能從原始的毛坯形狀轉變為圖紙上規定的零件最終形狀及精度，生產出合格的產品。其特點如下：

（1）工藝設計受到諸如企業的生產環境、產品類型、制造資源、生產批量、工藝習慣、工藝方法、工藝師經驗水平等因素的影響，甚至受到生產組織與管理方式的制約。上述因素中的任何變化，都將導致工藝設計方案的改變，因此說工藝在各個方面都充滿著“個性”。

（2）工藝設計處于產品設計和加工制造的接口處，必須分析和處理大量信息。既要考慮產品設計圖樣上有關零件結構形狀、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加工方法、加工設備、生產條件、加工成本及工時定額，甚至傳統習慣等方面的信息。工藝因素錯綜復雜，因此說工藝是一個典型的復雜問題。

（3）工藝設計產生大量的工藝數據，這些工藝數據是指導企業物資采購、生產計劃調度、組織生產、資源平衡、成本核算等的重要依據，因此說工藝設計是企業的一項關鍵性工作。

傳統的工藝規劃主要是利用工藝設計人員的經驗進行手工設計，存在諸多問題。因此，急需一種快速的設計工具來幫助設計人員完成工藝規劃，計算機輔助工藝規劃系統（Computer Aided Process Planning，CAPP）應用而生[3]。

1 CAPP系統

計算機輔助工藝過程設計/規劃（Computer Aided Process Planning，CAPP）是利用計算機技術輔助工藝人員設計零件從毛坯到成品的制造方法，是將企業產品設計數據轉換為產品制造數據的一種技術[4]。具體地說，CAPP就是利用計算機的信息處理和信息管理優勢，采用先進的信息處理技術和智能技術，幫助工藝設計人員完成工藝設計中的各項任務，如選擇定位基準、擬定零件加工工藝路線、確定各工序的加工余量、計算工藝尺寸和公差、選擇加工設備和工藝裝置、確定切削用量、確定重要工序的質量檢測項目和檢測方法、計算工時定額、編寫各類工藝文件等，最后生成產品生產所需的各種工藝文件（如生產工藝流程圖、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）和數控加工編程、生產計劃制定和作業計劃制定所需的相關數據信息，作為數控加工程序的編制、生產管理與運行控制系統執行的基礎信息。

2 CAPP實驗

學校購買了武漢開目信息技術有限責任公司的CAPP系統，下面就以該開目CAPP系統為例詳細描述CAPP實驗課程內容。

2.1 實驗目的

（1）了解機械加工工藝規程的制定方法，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）通過實例的學習，能夠熟練使用開目CAPP系統進行零件的工藝規程設計，上交實驗報告及零件的工藝規程設計文件各一份。

2.2 實驗內容

（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 實驗準備

（1）復習教材中有關機械加工工藝規程制定方法及編制加工工藝一般流程等內容。

（2）根據CA6140車床撥叉的CAD零件圖，設計其工藝規程，參考有關手冊，計算相關數據并編制工藝路線。零件材料、零件尺寸、工藝設備、工步內容及切削用量等數據可參考典型零件庫。

（3）對于零件若使用數控機床來加工，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適當的工序集中。

2.4 實驗步驟

（1）調入需要設計工藝規程的零件圖及過程卡：進入開目CAPP運行模塊，進入開目CAPP運行界面。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，彈出對話框。例：D：＼開目CAPP應用實例目錄下雙擊“CA6140車床撥叉.dwg”文件；在對話框中選擇：工藝規程設計，單擊“確認”按鈕；在對話框中雙擊“機加工工藝”，調出“機械加工工藝過程卡片”。

AutoCAD圖形經轉換后得到的圖和原圖不可能完全一樣，會出現某些尺寸標注無法識別的現象，需要用戶在開目CAPP中進行手動修改。比如在Auto-CAD中標注的形位公差，用戶必須利用開目CAPP中的形位公差工具進行重標注。

（2）編寫工藝過程卡片：確定了工藝路線后，我們就可以進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信息如產品名稱、型號，零件名稱等已進入過程卡片，但如果是直接導人*.dwg文件，那么信息不會自動與過程卡片相關聯，須手動添加。

1）填寫表頭區。進入過程卡片編輯界面，將光標放在表頭區需填寫的格內，單擊左鍵，左邊庫文件欄出現對應的庫內容，雙擊所需項，該內容自動填入過程卡片，無對應庫的自行輸入內容。

2）填寫表中區。單擊<過程卡片>→<表中區>，光標自動進入第一列的第一格，順序向右填寫，對應的左邊庫文件自動打開，可在其中選擇所需項，雙擊即可自動添加數據。

3）申請工序卡。將光標放在需做工序卡片的工序行內，單擊<工序操作>→<申請工序>，該行的首格變紅，表示已為該道工序申請到一張工序卡。工藝過程設計完畢時，還可單擊<編輯>對已完成的內容進行插入、刪除等操作。全部完成后單擊<文件>→<保存>，在對話框中輸入文件名，再單擊<返回>。

（3）編寫工序卡（以粗銑、半精銑90×32面為例說明）：單擊工具欄中按鈕，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

進入繪圖界面，可用畫、尺、組、剖四類工具繪制工序草圖，再從<圖庫>→<夾具符號庫>調取夾具符號。工序草圖也可在AUTOCAD軟件中繪制完成后直接復制到工序卡繪圖區。

2）填寫工序卡內容

單擊“T”切換到表格填寫界面，方法與過程卡表中區的填寫相同。進入工序編輯界面，將光標放在需填寫的格內，單擊左鍵，左邊庫文件欄出現對應的庫內容，雙擊所需項，該內容自動填入過程卡，無對應庫的自行輸入內容。通過按鈕，可以在對話框中選取表面粗糙度、形位公差基準、形位公差等特殊符號。也可以通過按鈕，在對話框中選取特殊字符、標準符號等。還可以通過按鈕可查詢工藝參數表。

3）瀏覽工藝文件

完成了整個工藝流程設計后，可以利用開目CAPP系統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。能夠對工藝表格預覽，能夠以各種比例在各種幅面的打印機或繪圖儀上輸出，可以有選擇地輸出工藝卡片或拼圖。在操作系統的支持下，能夠使用各種Windows兼容的打印機和繪圖儀。

按照以上步驟重復進行，可以把零件的后續工序同理做成，以及整個工藝路線的規劃都可以用開目CAPP做出。

3 結束語

本文在分析機械制造工程學課程內容的基礎上，總結了手工工藝設計的特點，提出了課堂教學、實驗教學和科研實踐相結合的教學模式，并給出了CAPP實驗課程的詳細實施方案，為新工科環境下制造專業的人才培養提供了思路。

參考文獻：

[1]譚豫之， 李偉. 機械制造工程學[M]. 北京：機械工業出版社， 2016.

[2]黃宗南， 洪躍. 先進制造技術[M]. 上海： 上海交通大學出版社， 2010.

[3]居志蘭， 龔曉燕， 花國然. CAPP-計算機輔助工藝設計課程教學改革探討[J]. 文化與教育技術， 2010， 9： 249-250

[4]杜官將. CAPP課程教學研究芻議[J]. 科技信息， 2010， 33： 427-428.

基金項目：江蘇高校品牌專業建設工程資助項目，中國礦業大學課程建設與教學改革資助項目（No. 2016YB10）。

作者簡介：劉新華（1981-），男，博士，中國礦業大學機電工程學院副教授。