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摘 要： 文章介绍了Cimatron E软件的优点，分析了模具专业的课程设置情况，介绍了该软件与模具专业课程相结合进行教学的方式，教改结果证明该方法有助于培养出借助计算机进行造型、设计及加工的模具人才。
关键词： Cimatron E软件 模具专业 教学和课程设计
一、Cimatron E软件的基本功能介绍
Cimatron E是以色列Cimatron E公司为工模具制造者提供的CAD/CAM解决方案，它为工模具工厂带来了新的效率和灵活性。该软件无缝集成了快速分模，工程变更，生成电极、嵌件以及导向、冷却道等详细的模具零件，使得设计、造型和绘图在实体－曲面－线框的统一环境下高度关联、统一。Cimatron E是一套易学易用的3D工具，具有强大的功能。在制造过程中，非常容易实现2.5—5轴的刀路轨迹编程，在编程过程中充分利用高速加工，基于毛坯残留知识的加工，模板加工等强大的功能和优秀的策略，可以大大减少编程时间和实际加工时间。Cimatron E强调提高效率，在模具行业中具有领先的优势。
二、当前模具专业课程的特点和教学安排与不足
模具专业培养的目标是培养面向生产第一线，从事模具设计及制造工作的应用型人才。模具专业的课程体系基本分为三大类：公共课、专业基础课、专业课。《塑料模具设计》、《冲压模具设计》、《模具制造工艺学》和《模具CAD/CAM》是高校模具专业的主干专业课程。这些课程的开展离不开专业基础课，如机械制图， 数控编程，机械原理等。现代模具工程师不仅要会设计模具、绘制模具图，还要掌握模具的制造工艺及数控加工知识。
一般的应用型本科高校模具专业的培养安排如下：在大一，学生学习机械制图，掌握手工绘图的基本功；在大二，学生学习计算机绘图（AutoCAD）；在大三、大四，学生进入专业基础课和专业课的学习。但是，近年来用人单位和教师都反映现在的学生虽然学了较多的专业知识，但是往往不能在有限的时间内设计并加工一副简单的模具，甚至有的学生不能画出一套完整的模具图纸。具体的原因不是学生没有学好模具专业课，也不是没学好机械制图，主要是由于教学安排存在不足，缺乏有效的实践环节，学生无法综合运用已经学习过的知识来解决问题。为了提高学生的综合能力，我们把Cimatron E软件的相关模块融进入教学和课程设计中，从而使学生能容易地接受知识，更容易学会独立分析、综合运用多门课程知识按照企业的工作模式来解决实际问题的能力。
三、Cimatron E与《机械制图》课程的融合
在机械制图课程教学中，我们运用Cimatron E工程图模块帮助学生学习机械制图课中“国标图幅或标题栏”等，用曲面创建功能来辅助三维投影面的教学，用实体造型辅助点、线、面的投影规律教学，用part（实体）模块和drawing（工程图）模块辅助三视图投影教学和根据投影想象实体的训练，用工程图模块来高效地讲解轴测投影，装配模块来进行装配与拆卸，用工程图模块和装配模块来辅助进行装配图教学和组合体视图教学等。在制图教学中遇到的最大问题是学生的空间想象力不够，不能完全理解教学内容。我们将Cimatron E引入制图教学，利用Cimatron E 的强大造型功能帮助学生提高空间想象能力，使学生能用三维图来表示任意物体，也能根据任意的三维物体画出二维工程图。图形之间的相交、相贯的形成原理可以按照实体建模的顺序利用实体图来演示。
四、Cimatron E在机械制图课程设计中的应用
机械制图课程设计是帮助学生提高与巩固绘制机械图能力的一个重要环节。在课程设计中我们可以借助Cimatron E软件，从两个方面开展机械制图课程设计。第一个方面，给出零件实物绘制三维立体装配图。在设计过程中，学生测出零件的尺寸，利用Cimatron E的工程图模块绘制二维图形，根据二维图形再建立零件的三维模型。利用装配模块装配每个零件的实体模型，再使用工程图模块把装配模型进行转换投影得到二维的装配图纸。这个过程不仅训练了学生的制图能力，还锻炼了学生实体建模和装配模型的能力。第二个方面，学生测绘得到各个零件的二维图，但是这些二维图可能不太准确，根据这些二维图纸建立起来的模型在装配成一个组件时，零件之间也许会发生干涉。学生可利用Cimatron E 的分析功能，找出干涉的地方，并对零件进行修改设计，绘制出正确的装配图，从而培养学生快速解决设计问题的能力，融入Cimatron E后的课程设计使学生更快地掌握复杂图形的画法以及检查图纸的方法。
五、Cimatron E与《模具CAD/CAM》课程的融合
模具CAD/CAM主要是介绍计算机辅助设计及制造技术在模具方面的应用。把Cimatron E系统作为应用平台，介绍计算图形学的基本知识与建模原理，以Cimatron E设计模具的流程来讲解模具CAD系统的工作原理，介绍模具中的数控加工要求及方法后，以Cimatron E中的NC模块为支撑，以实例来展示模具的数控加工的特点。比如模具的表面质量要求很高，模具加工的生产周期很短，Cimatron E采用基于毛坯残留技术的高速加工策略，并通过对零件的形状进行有效的斜率分析，在一个加工过程内部可以实现对垂直区域的等高线加工和对平坦区域实现沿表面光刀的加工，使加工时刀具的路径最短，减少空走刀的时间，提高加工质量。微铣削减少了放电加工的时间，多种精加工策略可以得到减少抛光的表面质量，也减少了模具加工的时间。模具的线切割加工，也需要数控编程，根据程序来控制钼丝的走动轨迹，可以用Cimatron E的WireEDM模块来灵活快速地编写程序，而且可以把以前任意相似零件的程序保存为模板，实现一键化编程，从而保证程序的质量并节省时间。
《模具CAD/CAM》的上机实验课程全部基于CIMATRON E 平台，实验项目主要有：实体造型，装配，工程图，数控切削及线切割编程。通过一个具体的模具来作为主线把这些实验项目联系起来。
Cimatron E 与该课程的融合，可以极大地激发学生的学习兴趣，同时使学生加深对CAD/CAM理论的理解。
六、Cimatron E与《模具制造工艺学》课程的融合
模具制造工艺学是介绍模具表面各种加工的方法，以及典型零件的加工工艺 ，在讲授孔及孔系的加工方法时，可先介绍基本加工方法，然后用用实例来演示Cimatron E的强大的自动加工复杂孔的功能。Cimmatron E 能把零件中所有孔编为很多组，然后自动套用相应的孔加工工艺，自动选好刀具确定号切削参数，并自动产生加工的数控程序。在讲授电极的设计及制造工艺时，可以先介绍设计电极的基本原理，然后介绍在Cimatron E 环境下如何快速设计电极，如何自动确定多个电极的加工顺序和电加工的位置报告。可以通过实例演示电极装配的自动生成，自动生成电加工位置报告，并对电极底座进行运动仿真避免碰撞。
通过这样的改革，学生既能掌握模具零件的各种加工方法，又能掌握各种加工技能，使理论知识与生产实际得到很好的结合，优化学习的效果。
七、Cimatron E 与模具设计类课程的融合
模具专业毕业的学生最终要从事模具设计，所以学生必须经历模具设计的实践环节，把所学的知识进行综合运用，训练设计的速度。Cimatron E具有专门的冲压模具设计模块（DieDesign）和塑料模具设计模块(MoldDesign)。只需要有塑料制件的3D模型，然后利用强大的分模功能就可以得到凸、凹模零件三维模型，Cimatron E用有非常丰富的模架库，能快速建立优化的冷却和流道系统 ，自动生成全套的模具图纸。这样要比手工设计节约很多的时间，而且很准确；对冲裁件，我们可以借助Cimatron E在1小时内生成报价报告，并可对制件进行厚度和安全性的分析，设计排样图，模具元件的组装，生成带BOM表的完整工程图。这样能大大提高设计的速度和准确性，而且可以通过软件的CAM部分直接模拟加工过程，直接生成数控程序代码，直接送到数控加工中心进行加工，实现无纸化作业。
对于Cimatron E的模具模块的应用，目前是一种发展趋势。学生在基于该软件的平台上把所学的模具知识做一个综合的运用，能保证学生的知识和技能与企业的需求无缝对接，为就业做好准备。
八、结语
Cimatron E在模具专业的教学领域具有举足轻重的作用。通过它可以提高学生对很多课程内容的理解和掌握，锻炼学生解决实际问题的能力，从而调动学生学习专业课的积极性和创造性，对学生创新能力的培养有积极的促进作用。
江苏省高校自然科学基础研究项目（编号：08KJB460007）
关键词： Cimatron E软件 模具专业 教学和课程设计
一、Cimatron E软件的基本功能介绍
Cimatron E是以色列Cimatron E公司为工模具制造者提供的CAD/CAM解决方案，它为工模具工厂带来了新的效率和灵活性。该软件无缝集成了快速分模，工程变更，生成电极、嵌件以及导向、冷却道等详细的模具零件，使得设计、造型和绘图在实体－曲面－线框的统一环境下高度关联、统一。Cimatron E是一套易学易用的3D工具，具有强大的功能。在制造过程中，非常容易实现2.5—5轴的刀路轨迹编程，在编程过程中充分利用高速加工，基于毛坯残留知识的加工，模板加工等强大的功能和优秀的策略，可以大大减少编程时间和实际加工时间。Cimatron E强调提高效率，在模具行业中具有领先的优势。
二、当前模具专业课程的特点和教学安排与不足
模具专业培养的目标是培养面向生产第一线，从事模具设计及制造工作的应用型人才。模具专业的课程体系基本分为三大类：公共课、专业基础课、专业课。《塑料模具设计》、《冲压模具设计》、《模具制造工艺学》和《模具CAD/CAM》是高校模具专业的主干专业课程。这些课程的开展离不开专业基础课，如机械制图， 数控编程，机械原理等。现代模具工程师不仅要会设计模具、绘制模具图，还要掌握模具的制造工艺及数控加工知识。
一般的应用型本科高校模具专业的培养安排如下：在大一，学生学习机械制图，掌握手工绘图的基本功；在大二，学生学习计算机绘图（AutoCAD）；在大三、大四，学生进入专业基础课和专业课的学习。但是，近年来用人单位和教师都反映现在的学生虽然学了较多的专业知识，但是往往不能在有限的时间内设计并加工一副简单的模具，甚至有的学生不能画出一套完整的模具图纸。具体的原因不是学生没有学好模具专业课，也不是没学好机械制图，主要是由于教学安排存在不足，缺乏有效的实践环节，学生无法综合运用已经学习过的知识来解决问题。为了提高学生的综合能力，我们把Cimatron E软件的相关模块融进入教学和课程设计中，从而使学生能容易地接受知识，更容易学会独立分析、综合运用多门课程知识按照企业的工作模式来解决实际问题的能力。
三、Cimatron E与《机械制图》课程的融合
在机械制图课程教学中，我们运用Cimatron E工程图模块帮助学生学习机械制图课中“国标图幅或标题栏”等，用曲面创建功能来辅助三维投影面的教学，用实体造型辅助点、线、面的投影规律教学，用part（实体）模块和drawing（工程图）模块辅助三视图投影教学和根据投影想象实体的训练，用工程图模块来高效地讲解轴测投影，装配模块来进行装配与拆卸，用工程图模块和装配模块来辅助进行装配图教学和组合体视图教学等。在制图教学中遇到的最大问题是学生的空间想象力不够，不能完全理解教学内容。我们将Cimatron E引入制图教学，利用Cimatron E 的强大造型功能帮助学生提高空间想象能力，使学生能用三维图来表示任意物体，也能根据任意的三维物体画出二维工程图。图形之间的相交、相贯的形成原理可以按照实体建模的顺序利用实体图来演示。
四、Cimatron E在机械制图课程设计中的应用
机械制图课程设计是帮助学生提高与巩固绘制机械图能力的一个重要环节。在课程设计中我们可以借助Cimatron E软件，从两个方面开展机械制图课程设计。第一个方面，给出零件实物绘制三维立体装配图。在设计过程中，学生测出零件的尺寸，利用Cimatron E的工程图模块绘制二维图形，根据二维图形再建立零件的三维模型。利用装配模块装配每个零件的实体模型，再使用工程图模块把装配模型进行转换投影得到二维的装配图纸。这个过程不仅训练了学生的制图能力，还锻炼了学生实体建模和装配模型的能力。第二个方面，学生测绘得到各个零件的二维图，但是这些二维图可能不太准确，根据这些二维图纸建立起来的模型在装配成一个组件时，零件之间也许会发生干涉。学生可利用Cimatron E 的分析功能，找出干涉的地方，并对零件进行修改设计，绘制出正确的装配图，从而培养学生快速解决设计问题的能力，融入Cimatron E后的课程设计使学生更快地掌握复杂图形的画法以及检查图纸的方法。
五、Cimatron E与《模具CAD/CAM》课程的融合
模具CAD/CAM主要是介绍计算机辅助设计及制造技术在模具方面的应用。把Cimatron E系统作为应用平台，介绍计算图形学的基本知识与建模原理，以Cimatron E设计模具的流程来讲解模具CAD系统的工作原理，介绍模具中的数控加工要求及方法后，以Cimatron E中的NC模块为支撑，以实例来展示模具的数控加工的特点。比如模具的表面质量要求很高，模具加工的生产周期很短，Cimatron E采用基于毛坯残留技术的高速加工策略，并通过对零件的形状进行有效的斜率分析，在一个加工过程内部可以实现对垂直区域的等高线加工和对平坦区域实现沿表面光刀的加工，使加工时刀具的路径最短，减少空走刀的时间，提高加工质量。微铣削减少了放电加工的时间，多种精加工策略可以得到减少抛光的表面质量，也减少了模具加工的时间。模具的线切割加工，也需要数控编程，根据程序来控制钼丝的走动轨迹，可以用Cimatron E的WireEDM模块来灵活快速地编写程序，而且可以把以前任意相似零件的程序保存为模板，实现一键化编程，从而保证程序的质量并节省时间。
《模具CAD/CAM》的上机实验课程全部基于CIMATRON E 平台，实验项目主要有：实体造型，装配，工程图，数控切削及线切割编程。通过一个具体的模具来作为主线把这些实验项目联系起来。
Cimatron E 与该课程的融合，可以极大地激发学生的学习兴趣，同时使学生加深对CAD/CAM理论的理解。
六、Cimatron E与《模具制造工艺学》课程的融合
模具制造工艺学是介绍模具表面各种加工的方法，以及典型零件的加工工艺 ，在讲授孔及孔系的加工方法时，可先介绍基本加工方法，然后用用实例来演示Cimatron E的强大的自动加工复杂孔的功能。Cimmatron E 能把零件中所有孔编为很多组，然后自动套用相应的孔加工工艺，自动选好刀具确定号切削参数，并自动产生加工的数控程序。在讲授电极的设计及制造工艺时，可以先介绍设计电极的基本原理，然后介绍在Cimatron E 环境下如何快速设计电极，如何自动确定多个电极的加工顺序和电加工的位置报告。可以通过实例演示电极装配的自动生成，自动生成电加工位置报告，并对电极底座进行运动仿真避免碰撞。
通过这样的改革，学生既能掌握模具零件的各种加工方法，又能掌握各种加工技能，使理论知识与生产实际得到很好的结合，优化学习的效果。
七、Cimatron E 与模具设计类课程的融合
模具专业毕业的学生最终要从事模具设计，所以学生必须经历模具设计的实践环节，把所学的知识进行综合运用，训练设计的速度。Cimatron E具有专门的冲压模具设计模块（DieDesign）和塑料模具设计模块(MoldDesign)。只需要有塑料制件的3D模型，然后利用强大的分模功能就可以得到凸、凹模零件三维模型，Cimatron E用有非常丰富的模架库，能快速建立优化的冷却和流道系统 ，自动生成全套的模具图纸。这样要比手工设计节约很多的时间，而且很准确；对冲裁件，我们可以借助Cimatron E在1小时内生成报价报告，并可对制件进行厚度和安全性的分析，设计排样图，模具元件的组装，生成带BOM表的完整工程图。这样能大大提高设计的速度和准确性，而且可以通过软件的CAM部分直接模拟加工过程，直接生成数控程序代码，直接送到数控加工中心进行加工，实现无纸化作业。
对于Cimatron E的模具模块的应用，目前是一种发展趋势。学生在基于该软件的平台上把所学的模具知识做一个综合的运用，能保证学生的知识和技能与企业的需求无缝对接，为就业做好准备。
八、结语
Cimatron E在模具专业的教学领域具有举足轻重的作用。通过它可以提高学生对很多课程内容的理解和掌握，锻炼学生解决实际问题的能力，从而调动学生学习专业课的积极性和创造性，对学生创新能力的培养有积极的促进作用。
江苏省高校自然科学基础研究项目（编号：08KJB460007）