机械制造自动化与CAPP 技术的应用浅析

0 引言

在机械设计制造及自动化专业的课程设置中将与机械制造自动化关联度较大的相关课程， 如机械制造技术、机械制造装备、计算机辅助设计与制造、单片机原理及应用及数控技术等课程内容进行整合和重组，进行机械制造自动化课程群项目建设，减少相关内容上的重复和脱漏， 加强知识的系统性，收到了较好的整改效果。

1 CAPP 技术的内涵与外延

CAPP 技术在现代制造技术中的地位。在机械制造过程中，工艺过程设计是连接产品设计与车间生产制造的中间桥梁， 是安排生产计划和生产管理的重要依据， 同时也是企业工艺过程的一个法规。工艺过程设计是经验性很强且影响因素很多的决策过程。传统的工艺设计已不能适应目前的机械产品市场以多品种、小批量生产起主导作用的发展和需要。现代制造技术的发展和市场发展的需要， CAD/CAM 系统的集成化、智能化方向成为大势所致， 而 CAPP 在其中起着不可替代的作用。

CAPP 技术的内涵。随着计算机在机械行业中的广泛应用，将相互独立的计算机辅助设计 和计算机辅助制造 之间进行连接成为发展之必然，而充当 CAD 与 CAM之间纽带的计算机辅助工艺过程设计 便应运而生。

CAPP 即计算机辅助工艺过程设计， 其应具有的基本功能为: ①输入设计信息；②选择工艺路线、决定工序内容及所使用的机床、刀具、夹具等；③决定切削用量；④估算工时与成本； ⑤输出工艺文件等。

由此可知，其相关知识点应包括金属切削基本知识与理论、机械加工工艺规程设计、典型零件加工与表面质量、成组技术、金♥属切削机床、刀具、夹具、计算机绘图、计算机数据处理技术、计算机图形处理技术、工程数据库、几何建模与特征建模、CAD、CAM等内容。

CAPP 技术的外延。CAPP不仅彻底改变了手工编制工艺文件的方式，且大大提高了编制工效，缩短了生产周期，保证工艺文件的一致性和工艺规程的精确性，避免不必要的差错， 为实现工艺过程优化、集成制造创造条件。

计算机集成น制造系统 的关键是系统集成，而集成化的 CAD/CAM 则是 CIMS 的核心单元技术和基础。在集成系统中，CAPP 能直接从CAD 模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等， 以代替人机交互的零件信息输入， CAPP 的输出是 CAM所需的各种信息， 这就要求产品设计和产品制造两者之间在信息提取、交换、共享和处理上实现集成。

随着 CIMS的深入研究与推广应 用 ， CAPP 作为CIMS 关键技术越来越受到重视。而传统的 CAD 和 CAM之间是在人为的指导和干涉下， 依靠图纸进行提取、交换和处理信息，这样就存在信息处理过程中的重复处理或处理中断，严重影响了产品设计和工艺准备的效率和质量。

自从有了完善的 CAPP系统，既解决了CAD 和CAPP、CAPP 和 CA유M的连接问题，也完成了CAD 数据库信息经 CAPP 系统而变成 CAM的加工信息， 真正实现了 CAD/CAM的集成。

在 CIMS 中， 各分系统如 CAM、FMS、MRP- Ⅱ等都依靠 CAPP 提供必要信息和数据，从而做出相应的决策。CAPP 的成功开发和应用是制造企业实施 CIMS 的先决条件，是保证 CIMS 中信息流畅通的关键，这些就是CAPP技术的外延。

2 整合的必要性

CAPP 技术相关的知识点较多，与机械制造及自动化课程群中的机械制造技术、机械制造装备、CAD/CAM、数控技术等课程均有较密切的联系， 作为一门现代制造技术， 在原有的教学体系中， 上述各课程都有讲述或提及， 故不可避免地会产生重复， 且从不同角度来解读， 易产生概念上的混淆或模糊， 由此可见， CAPP技术在课程群建设中的整合很有必要。

3 整合的思路、措施与实践

鉴于上述， 整合的思路为: 将基本知识、专业知识、相关技术的主要知识点分别划分到机械制造技术、机械制造装备、CAD/CAM、数控技术等课程中去讲述，既有分工又有合作， 即各课程分别讲述相关知识点， 又要用较少的篇幅对 CAPP 技术的全貌及各课程在讲授中的分工， 做到承上启下、前呼后应。这样做得结果是: 既可最大限度地减少 CAPP 技术在上述各课程教学中的重复， 又可有效地保持 CAPP 技术的系统性。与此同时，在各课程教学中还应特别注意， 加强实践性教学环节的教学效果和教学联系。

根据课程群整合重组的思路采取措施予以实施: 相关知识点的分工与呼应； 实践性教学环节的安排； 密切课程间的有机联系。具体体现在以下几个方面:

基本知识及实践环节。金属切削基本知识与理论、机械加工工艺规程设计、典型零件加工与表面质量、成组技术、金属切削机床、刀具、夹具等内容放在机械制造技术机械制造装备课程教学中系统讲述， 为相关课程作基础铺垫， 并安排有课程设计大作业， 进行典型零件工艺编制的专业训练， 加强实践性教学环节的管理。

专业知识及实践环节。计算机数据处理技术、计算机图形处理技术、工程数据库、几何建模与特征建模等内容放在CAD/CAM课程教学中系统讲述，加强CAD/CAM课程的上机实验课的训练力度， 分别是: 轴间圆角处理论应力集中系数 二维数表的程序编制； 数表的最小二乘法曲线拟合程序编制与图形分析； 数表的文件化处理与程序编制； 重叠测试判断遮挡的程序编制与图形分析； 零件的 CSG 法基本体素与二叉树结构分析；基于 AUTOCAD 的三维零件造型及工程图样生成。

相关技术及实践环节。CAM 即计算机辅助制造，是指计算机在制造领域有关应用的统称， 它有广义CAM和狭义 CAM之分。广义 CAM，一般是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划☿、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。其中工艺准备包括计算机辅助工艺♡过程设计、计算机辅助工装设计与制造、NC编程、计算机辅助工时定额和材料定额的编制等内容；物流过程的运行控制包括物料的加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。

狭义 CAM 通常指数控程序的编制， 包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和 NC 代码生成等。

广义 CAM技术放在CAD/CAM课程中通过多样化的设计制造方法及工程实例启发学生的创新思维， 培养学生分析和解决工程实际问题的能力， 提高从事技术研究和工程应用的创造性思维能力。

促进教学资源优化配置效果明显。课程群整合与改革过程中， 十分注重促进教学与实验资源的充分利用和优化配置， 注重统一规划、整体运行、协调管理，整合与改革收到了很好的效果。

在机械制造技术、机械制造装备课程教学和实验教学中使用的具有中等以上难度系数的典型零件气缸盖， 在课程设计仍使用气缸盖实物， 编制工艺流程和工序卡， 直观、立体、易于理解。

4 整合与改革的效果

经过近两年的探索和实践，证明了课程群改革方案的可行性，CAPP 技术的基本知识、专业知识与相关课程的分工明确，在课程群各课程教学中还特别注意实践性教学环节的教学效果和各课程之间教学联系，加强了CAPP技术的系统性，使学生在学习过程中对CAPP 技术的全貌有一个系统的了解，收到了较好的教学效果。