关于机械制造工程学课程中开设CAPP实验的方法研究

刘新华 李凌

摘要：在分析机械制造工程学课程教学中存在问题的基础上，结合课堂教学、实验教学和教师科研实践经验，研究了机械制造工程学课程中开设CAPP实验课程的教学方法，提出课堂教学、实验教学和科研实践相结合的教学模式，探索了在机械制造工程学课程开设CAPP实验的实施方案。

关键词：机械制造工程学；CAPP；课堂教学；实验教学；科研实践

0 引言

机械制造工程学是机械工程专业的专业主干课程，主要以机械制造工艺为主线，较全面地介绍零件机械加工过程中所涉及的原理、方法、装备、工艺等基本知识[1-2]。通过本课程的学习，使学生掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法，具有分析和解决机械制造工程问题的基本能力，了解机械制造领域的先进技术和发展趋势，为后续相关专业选修课程的学习、到制造企业生产实习、毕业设计打下良好的基础。

工艺规划是产品设计与制造之间的纽带，其基本任务是根据零件的结构形状及技术要求，编制出加工该零件的各个步骤，即选择合理的加工方法、加工设备和加工参数，使能从原始的毛坯形状转变为图纸上规定的零件最终形状及精度，生产出合格的产品。其特点如下：

（1）工艺设计受到诸如企业的生产环境、产品类型、制造资源、生产批量、工艺习惯、工艺方法、工艺师经验水平等因素的影响，甚至受到生产组织与管理方式的制约。上述因素中的任何变化，都将导致工艺设计方案的改变，因此说工艺在各个方面都充满着“个性”。

（2）工艺设计处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息。既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、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关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。工艺因素错综复杂，因此说工艺是一个典型的复杂问题。

（3）工艺设计产生大量的工艺数据，这些工艺数据是指导企业物资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等的重要依据，因此说工艺设计是企业的一项关键性工作。

传统的工艺规划主要是利用工艺设计人员的经验进行手工设计，存在诸多问题。因此，急需一种快速的设计工具来帮助设计人员完成工艺规划，计算机辅助工艺规划系统（Computer Aided Process Planning，CAPP）应用而生[3]。

1 CAPP系统

计算机辅助工艺过程设计/规划（Computer Aided Process Planning，CAPP）是利用计算机技术辅助工艺人员设计零件从毛坯到成品的制造方法，是将企业产品设计数据转换为产品制造数据的一种技术[4]。具体地说，CAPP就是利用计算机的信息处理和信息管理优势，采用先进的信息处理技术和智能技术，帮助工艺设计人员完成工艺设计中的各项任务，如选择定位基准、拟定零件加工工艺路线、确定各工序的加工余量、计算工艺尺寸和公差、选择加工设备和工艺装置、确定切削用量、确定重要工序的质量检测项目和检测方法、计算工时定额、编写各类工艺文件等，最后生成产品生产所需的各种工艺文件（如生产工艺流程图、加工工艺过程卡、加工工艺卡或加工工序卡、工艺管理文档等）和数控加工编程、生产计划制定和作业计划制定所需的相关数据信息，作为数控加工程序的编制、生产管理与运行控制系统执行的基础信息。

2 CAPP实验

学校购买了武汉开目信息技术有限责任公司的CAPP系统，下面就以该开目CAPP系统为例详细描述CAPP实验课程内容。

2.1 实验目的

（1）了解机械加工工艺规程的制定方法，熟悉编制加工工艺的一般流程。

（2）掌握开目CAPP系统编制工艺过程卡、工序卡、绘制零件加工工序图的方法。

（3）通過实例的学习，能够熟练使用开目CAPP系统进行零件的工艺规程设计，上交实验报告及零件的工艺规程设计文件各一份。

2.2 实验内容

（1）使用开目CAPP软件编制车床拨叉的工艺过程卡。

（2）使用开目CAPP软件编制车床拨叉的工序卡。

2.3 实验准备

（1）复习教材中有关机械加工工艺规程制定方法及编制加工工艺一般流程等内容。

（2）根据CA6140车床拨叉的CAD零件图，设计其工艺规程，参考有关手册，计算相关数据并编制工艺路线。零件材料、零件尺寸、工艺设备、工步内容及切削用量等数据可参考典型零件库。

（3）对于零件若使用数控机床来加工，其基本工艺路线大致不变，但需要注意：①夹具的合理组合使用；②刀具的正确选择；③适当的工序集中。

2.4 实验步骤

（1）调入需要设计工艺规程的零件图及过程卡：进入开目CAPP运行模块，进入开目CAPP运行界面。单击<文件>→<打开>，按文件类型及存放的路径找到该零件图，双击该图文件名后，弹出对话框。例：D：＼开目CAPP应用实例目录下双击“CA6140车床拨叉.dwg”文件；在对话框中选择：工艺规程设计，单击“确认”按钮；在对话框中双击“机加工工艺”，调出“机械加工工艺过程卡片”。

AutoCAD图形经转换后得到的图和原图不可能完全一样，会出现某些尺寸标注无法识别的现象，需要用户在开目CAPP中进行手动修改。比如在Auto-CAD中标注的形位公差，用户必须利用开目CAPP中的形位公差工具进行重标注。

（2）编写工艺过程卡片：确定了工艺路线后，我们就可以进行工艺过程卡片的编辑（以加工CA6140车床拨叉为例说明）。如果零件图是直接利用开目CAPP提供的绘图模块绘制，表格也是利用开目表格定义模块所定义的，那么所绘零件的有关信息如产品名称、型号，零件名称等已进入过程卡片，但如果是直接导人*.dwg文件，那么信息不会自动与过程卡片相关联，须手动添加。

1）填写表头区。进入过程卡片编辑界面，将光标放在表头区需填写的格内，单击左键，左边库文件栏出现对应的库内容，双击所需项，该内容自动填入过程卡片，无对应库的自行输入内容。

2）填写表中区。单击<过程卡片>→<表中区>，光标自动进入第一列的第一格，顺序向右填写，对应的左边库文件自动打开，可在其中选择所需项，双击即可自动添加数据。

3）申请工序卡。将光标放在需做工序卡片的工序行内，单击<工序操作>→<申请工序>，该行的首格变红，表示已为该道工序申请到一张工序卡。工艺过程设计完毕时，还可单击<编辑>对已完成的内容进行插入、删除等操作。全部完成后单击<文件>→<保存>，在对话框中输入文件名，再单击<返回>。

（3）编写工序卡（以粗铣、半精铣90×32面为例说明）：单击工具栏中按钮，切换至工序片的“0”页，即需编制工艺的零件图。

1）绘制工序图

进入绘图界面，可用画、尺、组、剖四类工具绘制工序草图，再从<图库>→<夹具符号库>调取夹具符号。工序草图也可在AUTOCAD软件中绘制完成后直接复制到工序卡绘图区。

2）填写工序卡内容

单击“T”切换到表格填写界面，方法与过程卡表中区的填写相同。进入工序编辑界面，将光标放在需填写的格内，单击左键，左边库文件栏出现对应的库内容，双击所需项，该内容自动填入过程卡，无对应库的自行输入内容。通过按钮，可以在对话框中选取表面粗糙度、形位公差基准、形位公差等特殊符号。也可以通过按钮，在对话框中选取特殊字符、标准符号等。还可以通过按钮可查询工艺参数表。

3）浏览工艺文件

完成了整个工艺流程设计后，可以利用开目CAPP系统提供的工艺文件浏览器浏览整体效果。

4）输出工艺文件

在开目CAPP里直接集成了工艺文件的打印输出功能。能够对工艺表格预览，能够以各种比例在各种幅面的打印机或绘图仪上输出，可以有选择地输出工艺卡片或拼图。在操作系统的支持下，能够使用各种Windows兼容的打印机和绘图仪。

按照以上步骤重复进行，可以把零件的后续工序同理做成，以及整個工艺路线的规划都可以用开目CAPP做出。

3 结束语

本文在分析机械制造工程学课程内容的基础上，总结了手工工艺设计的特点，提出了课堂教学、实验教学和科研实践相结合的教学模式，并给出了CAPP实验课程的详细实施方案，为新工科环境下制造专业的人才培养提供了思路。

参考文献：

[1]谭豫之， 李伟. 机械制造工程学[M]. 北京：机械工业出版社， 2016.

[2]黄宗南， 洪跃. 先进制造技术[M]. 上海： 上海交通大学出版社， 2010.

[3]居志兰， 龚晓燕， 花国然. CAPP-计算机辅助工艺设计课程教学改革探讨[J]. 文化与教育技术， 2010， 9： 249-250

[4]杜官将. CAPP课程教学研究刍议[J]. 科技信息， 2010， 33： 427-428.

基金项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目，中国矿业大学课程建设与教学改革资助项目（No. 2016YB10）。

作者简介：刘新华（1981-），男，博士，中国矿业大学机电工程学院副教授。