技工院校CAD/CAM實驗課程開發(fā)及應用

楊麗君

(南充市技工學校 信息化教研室，四川 南充 637000)

0 引言

當前，在全球信息化、經濟化的推動作用下，制造業(yè)正朝著數(shù)字化、自動化、智能化、精密化等方向發(fā)展.［1］為了適應行業(yè)發(fā)展需求，提高市場競爭力，企業(yè)對技能人才的要求不再局限于傳統(tǒng)的某一項技術能力的掌握，而是集精湛技術與數(shù)字化信息技能于一體的復合型技術人才.［2］CAD/CAM是實現(xiàn)數(shù)字化、信息化制造技術的基礎，是數(shù)控、模具、機電一體化等工科專業(yè)和必不可少的技術.［3］因此，在新技術應用能力的需求下，各個大、中專院校均開設了CAD/CAM實訓課程.然而，由于學生學習能力的差異以及就業(yè)定位的不同，技工類院校應結合自身特點，［4］打破盲目跟風本科院校CAD/CAM課程的設計模式，建立培養(yǎng)動手能力與實操能力為教學目標的CAD/CAM一體化實訓課程體系，既能在教學層面上真正帶動學生學習積極性和主動性，更能實現(xiàn)技工院?！皩W完即可上崗”的教學培養(yǎng)目標.

1 CAD/CAM實訓課程特點

目前各個學校CAD/CAM的實驗設計一般是根據側重專業(yè)的課程(如機械CAD/CAM、模具CAD/CAM等)，將該課程的實驗分成多個實驗項目，每次實驗都是按照實訓計劃要求，分別完成一個或多個知識點的實驗.［5］通常情況下，其教學計劃的執(zhí)行都是按照統(tǒng)一教材編寫安排學生動手操作，這種實驗方案在訓練學生單個知識點方面的效果是非常明顯的.［6］但是，CAD/CAM 技術是一個加工輔助集成系統(tǒng)，以模具CAD/CAM課程為例，一個模具零件從毛坯到最終加工出成品首先需利用CAD進行產品設計，然后用CAM進行數(shù)控加工設計，最后再拿到機床上去進行零件的實際加工和校檢.若僅根據教材設計進行教學，該課程就被孤立的分割成單獨的CAD、CAM的學習了，學生只能被動的接受單節(jié)課程設計的實驗知識，對CAD/CAM課程在模具設計與加工的工程作用和具體操作步驟很難體會與掌握，這樣就無法真正體現(xiàn)出該課程的實際教學意義.

因此，針對上述問題分析，筆者認為技工類院校應挖掘自身辦學特點，將CAD/CAM課程開發(fā)為一個基于工程實例應用的綜合性實驗教學系統(tǒng)，引入案例教學法，將實踐教學貫穿于課程之中，不僅可激發(fā)學生在整個過程中的學習興趣，還能在課程結束后看到技能效果，同時學生也能真實體驗到學習成就感.

2 CAD/CAM實驗教學系統(tǒng)的建立

在“模具CAD/CAM”課程之前學生已經完成了機械制圖、(沖壓、塑料)模具設計、模具加工工藝等專業(yè)基礎知識的學習，初步具備模具設計與加工的基礎知識.在此基礎上，可以將“模具CAD/CAM”實驗教學系統(tǒng)分為4個大實驗模塊:產品造型設計;模具CAD設計;模具CAM數(shù)控加工;數(shù)控機床模擬加工.這4個模塊的教學設計都是基于工程實例并按照其工作流程進行開發(fā)，且實驗平臺采用當前企業(yè)常用CAD/CAM一體化設計軟件UGNX和數(shù)控加工模擬軟件，實訓地點均可在計算機實訓中心進行，以構成“教—學—做”一體化實訓教學體系.圖1即CAD/CAM實驗教學系統(tǒng)架構圖.

圖1 CAD/CAM實驗教學系統(tǒng)架構

3 CAD/CAM實驗教學系統(tǒng)的實施及實驗內容

實驗教學系統(tǒng)以產品的模具設計與加工為工作任務，以生產實例中典型沖件(塑件)模具為載體，驅動各實驗教學模塊進行項目任務分解并執(zhí)行.下面以模具CAD/CAM技能大賽某參賽項目為例，具體說明該實驗系統(tǒng)的實施流程及內容.

3.1 產品造型設計

本實例為一套彎曲沖模的CAD/CAM設計項目.在前期相關專業(yè)課程的學習基礎上，已完成了該工件的模具工作方案設計及二維工程草圖設計，當下的首要任務是要求檢查并讀懂該項目的二維工程圖，并能創(chuàng)建產品三維模型，如圖2所示.

圖2 產品三維圖

3.2 模具3D設計

通過對工件的沖壓成形方案分析，依次對模具各工藝及輔助結構進行設計.并利用UG CAD模塊分別對各零件進行3D實體造型與裝配，還能由三維模型生成符合要求的零件二維工程圖，以便編制零件加工工藝.通過這一模塊的教學，培養(yǎng)學生對模具CAD結構設計能力.如本案例項目所示，生成彎曲凸模的結構如圖3所示.最后完成模架選用與合模機構的設計，模具整裝圖如圖4所示.

圖3 彎曲凸模

圖4 模具總裝圖

3.3 模具CAM設計

設計好的模具需要加工出來，才能用于生產零件.為了提高生產效率，保證零件加工精度，當前多數(shù)模具零件采用數(shù)控加工.進行數(shù)控加工之前重要的準備工作為數(shù)控加工工藝的設計和數(shù)控程序的編制.這兩部分的工作均可在UG CAM模塊完成.以凹模板為例，在完成這部分實驗內容時，學生應嚴格按照以下一個順序來進行:對零件圖進行數(shù)控加工的工藝分析;數(shù)控加工的工藝設計;將零件CAD圖檔以IGES等標準數(shù)據交換格式導入到CAM軟件進行工藝設計，生成NC代碼;程序模擬運行;試切削加工.

3.4 模具數(shù)控仿真加工

模具CAM完成后，原則上可上數(shù)控機床進行零件實際加工.但為了校檢CAM設計的正確性和熟悉數(shù)控機床的操作流程，采用數(shù)控加工仿真軟件(如宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng))進行加工仿真模擬是初學者最好的一種實習模式.在該模擬系統(tǒng)里可真實模擬數(shù)控機床的操作過程(如裝夾工件、對刀、程序輸入或導入、運行程序、檢測零件等)，若出現(xiàn)操作錯誤或加工失誤，在教師指導下及時進行修改，最終得到虛擬加工零件，這樣，學生可更清楚地掌握其加工技能，避免直接進行實際機床操作不當帶來的材料浪費甚至加工危險，為后續(xù)的實體機床操作實訓打下扎實的技能基礎.圖5即為凹模板數(shù)控仿真加工面板圖.

圖5 凹模板數(shù)控仿真加工

4 結論

CAD/CAM一體化教學實訓系統(tǒng)在我校模具、數(shù)控等專業(yè)已經實施了兩年，實踐表明，本文設計的CAD/CAM一體化教學實驗，充分考慮到學生的自主性，讓學生在綜合性、創(chuàng)新性及工程實踐性等方面都得到了較好的鍛煉.教師在教學過程中以工程案例為載體，以工作任務為導向，緊密結合真實情境設計工作過程的各個任務模塊，不僅激發(fā)了學生的學習興趣與積極性，更培養(yǎng)了學生的實際知識應用能力和技能分析能力，同時加深了對CAD/CAM軟件在生產實際中地位與作用的理解，對其它專業(yè)的計算機實訓課程建設也有著良好的借鑒作用.

［1］王秀彥，費仁元，安國平.21世紀制造業(yè)的發(fā)展趨勢［J］.北京工業(yè)大學學報，2002(3):53-56.

［2］宋天虎.先進制造技術的發(fā)展與未來［J］.中國機械工程，1998(4):2-6.

［3］馬金英.數(shù)字化CAD/CAM技術的應用及發(fā)展趨勢展望［J］.機床與液壓，2009(4):159-160.

［4］羅豐華，丁 燦，丁 藝.高校實驗室管理體制改革與學生的創(chuàng)新實驗教育［J］.湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2006(3):18-22.

［5］謝友寶.大型綜合性創(chuàng)新實驗設計研究［J］.實驗室研究與探索，2005(12):16-19.

［6］龍文元.模具CAD/CAE/CAM技術教學改革的研究［J］.中國科教創(chuàng)新導刊，2007(21):57-58.