基于Ｃｉｍａｔｒｏｎ Ｅ平臺的模具專業課程的改革

摘 要： 文章介紹了Cimatron E軟件的優點，分析了模具專業的課程設置情況，介紹了該軟件與模具專業課程相結合進行教學的方式，教改結果證明該方法有助于培養出借助計算機進行造型、設計及加工的模具人才。

關鍵詞： Cimatron E軟件 模具專業 教學和課程設計

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、嵌件以及導向、冷卻道等詳細的模具零件，使得設計、造型和繪圖在實體－曲面－線框的統一環境下高度關聯、統一。Cimatron E是一套易學易用的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強調提高效率，在模具行業中具有領先的優勢。

二、當前模具專業課程的特點和教學安排與不足

模具專業培養的目標是培養面向生產第一線，從事模具設計及制造工作的應用型人才。模具專業的課程體系基本分為三大類：公共課、專業基礎課、專業課?！端芰夏＞咴O計》、《沖壓模具設計》、《模具制造工藝學》和《模具CAD/CAM》是高校模具專業的主干專業課程。這些課程的開展離不開專業基礎課，如機械制圖， 數控編程，機械原理等?，F代模具工程師不僅要會設計模具、繪制模具圖，還要掌握模具的制造工藝及數控加工知識。

一般的應用型本科高校模具專業的培養安排如下：在大一，學生學習機械制圖，掌握手工繪圖的基本功；在大二，學生學習計算機繪圖（AutoCAD）；在大三、大四，學生進入專業基礎課和專業課的學習。但是，近年來用人單位和教師都反映現在的學生雖然學了較多的專業知識，但是往往不能在有限的時間內設計并加工一副簡單的模具，甚至有的學生不能畫出一套完整的模具圖紙。具體的原因不是學生沒有學好模具專業課，也不是沒學好機械制圖，主要是由于教學安排存在不足，缺乏有效的實踐環節，學生無法綜合運用已經學習過的知識來解決問題。為了提高學生的綜合能力，我們把Cimatron E軟件的相關模塊融進入教學和課程設計中，從而使學生能容易地接受知識，更容易學會獨立分析、綜合運用多門課程知識按照企業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中，我們運用Cimatron E工程圖模塊幫助學生學習機械制圖課中“國標圖幅或標題欄”等，用曲面創建功能來輔助三維投影面的教學，用實體造型輔助點、線、面的投影規律教學，用part（實體）模塊和drawing（工程圖）模塊輔助三視圖投影教學和根據投影想象實體的訓練，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和組合體視圖教學等。在制圖教學中遇到的最大問題是學生的空間想象力不夠，不能完全理解教學內容。我們將Cimatron E引入制圖教學，利用Cimatron E 的強大造型功能幫助學生提高空間想象能力，使學生能用三維圖來表示任意物體，也能根據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在機械制圖課程設計中的應用

機械制圖課程設計是幫助學生提高與鞏固繪制機械圖能力的一個重要環節。在課程設計中我們可以借助Cimatron E軟件，從兩個方面開展機械制圖課程設計。第一個方面，給出零件實物繪制三維立體裝配圖。在設計過程中，學生測出零件的尺寸，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換投影得到二維的裝配圖紙。這個過程不僅訓練了學生的制圖能力，還鍛煉了學生實體建模和裝配模型的能力。第二個方面，學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確，根據這些二維圖紙建立起來的模型在裝配成一個組件時，零件之間也許會發生干涉。學生可利用Cimatron E 的分析功能，找出干涉的地方，并對零件進行修改設計，繪制出正確的裝配圖，從而培養學生快速解決設計問題的能力，融入Cimatron E后的課程設計使學生更快地掌握復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計及制造技術在模具方面的應用。把Cimatron E系統作為應用平臺，介紹計算圖形學的基本知識與建模原理，以Cimatron E設計模具的流程來講解模具CAD系統的工作原理，介紹模具中的數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控加工的特點。比如模具的表面質量要求很高，模具加工的生產周期很短，Cimatron E采用基于毛坯殘留技術的高速加工策略，并通過對零件的形狀進行有效的斜率分析，在一個加工過程內部可以實現對垂直區域的等高線加工和對平坦區域實現沿表面光刀的加工，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量，也減少了模具加工的時間。模具的線切割加工，也需要數控編程，根據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，實現一鍵化編程，從而保證程序的質量并節省時間。

《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系起來。

Cimatron E 與該課程的融合，可以極大地激發學生的學習興趣，同時使學生加深對CAD/CAM理論的理解。

六、Cimatron E與《模具制造工藝學》課程的融合

模具制造工藝學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，然后自動套用相應的孔加工工藝，自動選好刀具確定號切削參數，并自動產生加工的數控程序。在講授電極的設計及制造工藝時，可以先介紹設計電極的基本原理，然后介紹在Cimatron E 環境下如何快速設計電極，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，使理論知識與生產實際得到很好的結合，優化學習的效果。

七、Cimatron E 與模具設計類課程的融合

模具專業畢業的學生最終要從事模具設計，所以學生必須經歷模具設計的實踐環節，把所學的知識進行綜合運用，訓練設計的速度。Cimatron E具有專門的沖壓模具設計模塊（DieDesign）和塑料模具設計模塊(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，能快速建立優化的冷卻和流道系統 ，自動生成全套的模具圖紙。這樣要比手工設計節約很多的時間，而且很準確；對沖裁件，我們可以借助Cimatron E在1小時內生成報價報告，并可對制件進行厚度和安全性的分析，設計排樣圖，模具元件的組裝，生成帶BOM表的完整工程圖。這樣能大大提高設計的速度和準確性，而且可以通過軟件的CAM部分直接模擬加工過程，直接生成數控程序代碼，直接送到數控加工中心進行加工，實現無紙化作業。

對于Cimatron E的模具模塊的應用，目前是一種發展趨勢。學生在基于該軟件的平臺上把所學的模具知識做一個綜合的運用，能保證學生的知識和技能與企業的需求無縫對接，為就業做好準備。

八、結語

Cimatron E在模具專業的教學領域具有舉足輕重的作用。通過它可以提高學生對很多課程內容的理解和掌握，鍛煉學生解決實際問題的能力，從而調動學生學習專業課的積極性和創造性，對學生創新能力的培養有積極的促進作用。

江蘇省高校自然科學基礎研究項目（編號：08KJB460007）