基于Ｃｉｍａｔｒｏｎ Ｅ平臺的模具專業(yè)課程的改革

摘 要： 文章介紹了Cimatron E軟件的優(yōu)點，分析了模具專業(yè)的課程設(shè)置情況，介紹了該軟件與模具專業(yè)課程相結(jié)合進行教學(xué)的方式，教改結(jié)果證明該方法有助于培養(yǎng)出借助計算機進行造型、設(shè)計及加工的模具人才。

關(guān)鍵詞： Cimatron E軟件 模具專業(yè) 教學(xué)和課程設(shè)計

一、Cimatron E軟件的基本功能介紹

Cimatron E是以色列Cimatron E公司為工模具制造者提供的CAD/CAM解決方案，它為工模具工廠帶來了新的效率和靈活性。該軟件無縫集成了快速分模，工程變更，生成電極、嵌件以及導(dǎo)向、冷卻道等詳細(xì)的模具零件，使得設(shè)計、造型和繪圖在實體－曲面－線框的統(tǒng)一環(huán)境下高度關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一。Cimatron E是一套易學(xué)易用的3D工具，具有強大的功能。在制造過程中，非常容易實現(xiàn)2.5—5軸的刀路軌跡編程，在編程過程中充分利用高速加工，基于毛坯殘留知識的加工，模板加工等強大的功能和優(yōu)秀的策略，可以大大減少編程時間和實際加工時間。Cimatron E強調(diào)提高效率，在模具行業(yè)中具有領(lǐng)先的優(yōu)勢。

二、當(dāng)前模具專業(yè)課程的特點和教學(xué)安排與不足

模具專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)面向生產(chǎn)第一線，從事模具設(shè)計及制造工作的應(yīng)用型人才。模具專業(yè)的課程體系基本分為三大類：公共課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課。《塑料模具設(shè)計》、《沖壓模具設(shè)計》、《模具制造工藝學(xué)》和《模具CAD/CAM》是高校模具專業(yè)的主干專業(yè)課程。這些課程的開展離不開專業(yè)基礎(chǔ)課，如機械制圖， 數(shù)控編程，機械原理等。現(xiàn)代模具工程師不僅要會設(shè)計模具、繪制模具圖，還要掌握模具的制造工藝及數(shù)控加工知識。

一般的應(yīng)用型本科高校模具專業(yè)的培養(yǎng)安排如下：在大一，學(xué)生學(xué)習(xí)機械制圖，掌握手工繪圖的基本功；在大二，學(xué)生學(xué)習(xí)計算機繪圖（AutoCAD）；在大三、大四，學(xué)生進入專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)。但是，近年來用人單位和教師都反映現(xiàn)在的學(xué)生雖然學(xué)了較多的專業(yè)知識，但是往往不能在有限的時間內(nèi)設(shè)計并加工一副簡單的模具，甚至有的學(xué)生不能畫出一套完整的模具圖紙。具體的原因不是學(xué)生沒有學(xué)好模具專業(yè)課，也不是沒學(xué)好機械制圖，主要是由于教學(xué)安排存在不足，缺乏有效的實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生無法綜合運用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識來解決問題。為了提高學(xué)生的綜合能力，我們把Cimatron E軟件的相關(guān)模塊融進入教學(xué)和課程設(shè)計中，從而使學(xué)生能容易地接受知識，更容易學(xué)會獨立分析、綜合運用多門課程知識按照企業(yè)的工作模式來解決實際問題的能力。

三、Cimatron E與《機械制圖》課程的融合

在機械制圖課程教學(xué)中，我們運用Cimatron E工程圖模塊幫助學(xué)生學(xué)習(xí)機械制圖課中“國標(biāo)圖幅或標(biāo)題欄”等，用曲面創(chuàng)建功能來輔助三維投影面的教學(xué)，用實體造型輔助點、線、面的投影規(guī)律教學(xué)，用part（實體）模塊和drawing（工程圖）模塊輔助三視圖投影教學(xué)和根據(jù)投影想象實體的訓(xùn)練，用工程圖模塊來高效地講解軸測投影，裝配模塊來進行裝配與拆卸，用工程圖模塊和裝配模塊來輔助進行裝配圖教學(xué)和組合體視圖教學(xué)等。在制圖教學(xué)中遇到的最大問題是學(xué)生的空間想象力不夠，不能完全理解教學(xué)內(nèi)容。我們將Cimatron E引入制圖教學(xué)，利用Cimatron E 的強大造型功能幫助學(xué)生提高空間想象能力，使學(xué)生能用三維圖來表示任意物體，也能根據(jù)任意的三維物體畫出二維工程圖。圖形之間的相交、相貫的形成原理可以按照實體建模的順序利用實體圖來演示。

四、Cimatron E在機械制圖課程設(shè)計中的應(yīng)用

機械制圖課程設(shè)計是幫助學(xué)生提高與鞏固繪制機械圖能力的一個重要環(huán)節(jié)。在課程設(shè)計中我們可以借助Cimatron E軟件，從兩個方面開展機械制圖課程設(shè)計。第一個方面，給出零件實物繪制三維立體裝配圖。在設(shè)計過程中，學(xué)生測出零件的尺寸，利用Cimatron E的工程圖模塊繪制二維圖形，根據(jù)二維圖形再建立零件的三維模型。利用裝配模塊裝配每個零件的實體模型，再使用工程圖模塊把裝配模型進行轉(zhuǎn)換投影得到二維的裝配圖紙。這個過程不僅訓(xùn)練了學(xué)生的制圖能力，還鍛煉了學(xué)生實體建模和裝配模型的能力。第二個方面，學(xué)生測繪得到各個零件的二維圖，但是這些二維圖可能不太準(zhǔn)確，根據(jù)這些二維圖紙建立起來的模型在裝配成一個組件時，零件之間也許會發(fā)生干涉。學(xué)生可利用Cimatron E 的分析功能，找出干涉的地方，并對零件進行修改設(shè)計，繪制出正確的裝配圖，從而培養(yǎng)學(xué)生快速解決設(shè)計問題的能力，融入Cimatron E后的課程設(shè)計使學(xué)生更快地掌握復(fù)雜圖形的畫法以及檢查圖紙的方法。

五、Cimatron E與《模具CAD/CAM》課程的融合

模具CAD/CAM主要是介紹計算機輔助設(shè)計及制造技術(shù)在模具方面的應(yīng)用。把Cimatron E系統(tǒng)作為應(yīng)用平臺，介紹計算圖形學(xué)的基本知識與建模原理，以Cimatron E設(shè)計模具的流程來講解模具CAD系統(tǒng)的工作原理，介紹模具中的數(shù)控加工要求及方法后，以Cimatron E中的NC模塊為支撐，以實例來展示模具的數(shù)控加工的特點。比如模具的表面質(zhì)量要求很高，模具加工的生產(chǎn)周期很短，Cimatron E采用基于毛坯殘留技術(shù)的高速加工策略，并通過對零件的形狀進行有效的斜率分析，在一個加工過程內(nèi)部可以實現(xiàn)對垂直區(qū)域的等高線加工和對平坦區(qū)域?qū)崿F(xiàn)沿表面光刀的加工，使加工時刀具的路徑最短，減少空走刀的時間，提高加工質(zhì)量。微銑削減少了放電加工的時間，多種精加工策略可以得到減少拋光的表面質(zhì)量，也減少了模具加工的時間。模具的線切割加工，也需要數(shù)控編程，根據(jù)程序來控制鉬絲的走動軌跡，可以用Cimatron E的WireEDM模塊來靈活快速地編寫程序，而且可以把以前任意相似零件的程序保存為模板，實現(xiàn)一鍵化編程，從而保證程序的質(zhì)量并節(jié)省時間。

《模具CAD/CAM》的上機實驗課程全部基于CIMATRON E 平臺，實驗項目主要有：實體造型，裝配，工程圖，數(shù)控切削及線切割編程。通過一個具體的模具來作為主線把這些實驗項目聯(lián)系起來。

Cimatron E 與該課程的融合，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時使學(xué)生加深對CAD/CAM理論的理解。

六、Cimatron E與《模具制造工藝學(xué)》課程的融合

模具制造工藝學(xué)是介紹模具表面各種加工的方法，以及典型零件的加工工藝 ，在講授孔及孔系的加工方法時，可先介紹基本加工方法，然后用用實例來演示Cimatron E的強大的自動加工復(fù)雜孔的功能。Cimmatron E 能把零件中所有孔編為很多組，然后自動套用相應(yīng)的孔加工工藝，自動選好刀具確定號切削參數(shù)，并自動產(chǎn)生加工的數(shù)控程序。在講授電極的設(shè)計及制造工藝時，可以先介紹設(shè)計電極的基本原理，然后介紹在Cimatron E 環(huán)境下如何快速設(shè)計電極，如何自動確定多個電極的加工順序和電加工的位置報告。可以通過實例演示電極裝配的自動生成，自動生成電加工位置報告，并對電極底座進行運動仿真避免碰撞。

通過這樣的改革，學(xué)生既能掌握模具零件的各種加工方法，又能掌握各種加工技能，使理論知識與生產(chǎn)實際得到很好的結(jié)合，優(yōu)化學(xué)習(xí)的效果。

七、Cimatron E 與模具設(shè)計類課程的融合

模具專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生最終要從事模具設(shè)計，所以學(xué)生必須經(jīng)歷模具設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)，把所學(xué)的知識進行綜合運用，訓(xùn)練設(shè)計的速度。Cimatron E具有專門的沖壓模具設(shè)計模塊（DieDesign）和塑料模具設(shè)計模塊(MoldDesign)。只需要有塑料制件的3D模型，然后利用強大的分模功能就可以得到凸、凹模零件三維模型，Cimatron E用有非常豐富的模架庫，能快速建立優(yōu)化的冷卻和流道系統(tǒng) ，自動生成全套的模具圖紙。這樣要比手工設(shè)計節(jié)約很多的時間，而且很準(zhǔn)確；對沖裁件，我們可以借助Cimatron E在1小時內(nèi)生成報價報告，并可對制件進行厚度和安全性的分析，設(shè)計排樣圖，模具元件的組裝，生成帶BOM表的完整工程圖。這樣能大大提高設(shè)計的速度和準(zhǔn)確性，而且可以通過軟件的CAM部分直接模擬加工過程，直接生成數(shù)控程序代碼，直接送到數(shù)控加工中心進行加工，實現(xiàn)無紙化作業(yè)。

對于Cimatron E的模具模塊的應(yīng)用，目前是一種發(fā)展趨勢。學(xué)生在基于該軟件的平臺上把所學(xué)的模具知識做一個綜合的運用，能保證學(xué)生的知識和技能與企業(yè)的需求無縫對接，為就業(yè)做好準(zhǔn)備。

八、結(jié)語

Cimatron E在模具專業(yè)的教學(xué)領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。通過它可以提高學(xué)生對很多課程內(nèi)容的理解和掌握，鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的積極性和創(chuàng)造性，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有積極的促進作用。

江蘇省高校自然科學(xué)基礎(chǔ)研究項目（編號：08KJB460007）