基于UG的發(fā)動機(jī)葉輪數(shù)控多軸加工項(xiàng)目教學(xué)開發(fā)實(shí)踐的研究

劉東宇++隋永志++張歡

【摘要】UG是當(dāng)今最流行的CAD/CAM/CAE系列參數(shù)化軟件之一。它經(jīng)歷了一系列版本的升級與更新，其豐富的模塊、強(qiáng)大的功能與友好的界面使其成為當(dāng)今世界運(yùn)用最普遍的參數(shù)化軟件，被廣泛用于汽車、船舶、機(jī)械、航天、IT、家電以及玩具等行業(yè)。本文理論與實(shí)踐的結(jié)合，以工作過程為導(dǎo)向，以發(fā)動機(jī)葉輪的加工為載體，以UG建模，并仿真虛擬加工作為輔助手段，將多軸加工基礎(chǔ)知識與建模、加工、仿真技術(shù)相結(jié)合，在教學(xué)中引入項(xiàng)目教學(xué)法，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，突出課堂上學(xué)生的主題地位，有效發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，模擬工作實(shí)際環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、探究意識和創(chuàng)新能力，從而全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，幫助學(xué)生取得扎實(shí)的知識技能。

【關(guān)鍵詞】UG 發(fā)動機(jī)葉輪 項(xiàng)目教學(xué) 加工仿真

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）21-0168-02

全新一代的UG NX將CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）和CMM（三坐標(biāo)測量機(jī)）功能集成在一起進(jìn)一步重新定義了零部件制造的效率。它引入了兩種新的應(yīng)用程序，將用戶置于具體的編程任務(wù)環(huán)境中，大大縮短了葉輪類復(fù)雜形狀零件的編程時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)測量機(jī)數(shù)控測量編程效率最大化。屬于目前世界上零部件制造最尖端的軟件解決方案之一。

項(xiàng)目教學(xué)法是以實(shí)踐為導(dǎo)向，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)方法，是從職業(yè)的實(shí)際出發(fā)選擇具有典型性的事例作為教學(xué)的內(nèi)容，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，按照問題的要求搜集、選擇信息資料，通過小組的共同研究，努力創(chuàng)造性的去解決問題，得出結(jié)論或完成任務(wù)。

一、項(xiàng)目教學(xué)法的內(nèi)涵

在項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)活動中，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法中教師為主體的局面，變學(xué)生的被動學(xué)習(xí)為主動的探究性學(xué)習(xí)。學(xué)生劃分成若干個項(xiàng)目小組，按照項(xiàng)目任務(wù)的要求，通過小組的分工協(xié)作，學(xué)生獨(dú)立制定計(jì)劃并實(shí)施計(jì)劃，完成項(xiàng)目任務(wù)。教師在整個教學(xué)活動中僅僅起一個指導(dǎo)和輔助的作用。項(xiàng)目教學(xué)法能最大程度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、參與性，使其獨(dú)立學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，團(tuán)結(jié)協(xié)作，發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，有效地鍛煉和提高學(xué)生的社會能力、方法能力和綜合職業(yè)能力。

二、UG數(shù)控多軸加工課程的特點(diǎn)

1.課程意義。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)擴(kuò)大，數(shù)控加工技術(shù)對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（航空、汽車、醫(yī)療、IT）的發(fā)展起著越來越重要的作用。特別是我國在中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要中研制大型飛機(jī)重大科技專項(xiàng)的確立，由此帶動的精密航空零部件的制造業(yè)，如成立的中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司等，對應(yīng)用型技術(shù)人才和高素質(zhì)勞動者的需求發(fā)生了重大的變化，提出了新的要求。一是人才技能的高標(biāo)準(zhǔn)，除了要求學(xué)生具有良好的思想品德素質(zhì)、文化基礎(chǔ)素質(zhì)外，還要求學(xué)生掌握現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)，尤其是多軸加工、五軸聯(lián)動加工等。他們作為企業(yè)里設(shè)備的直接操作者，要求具有較高的理論知識和較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力；二是人才綜合能力的高要求，隨著科技的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的不斷革新，新設(shè)備、新型號的投入使用周期更短，這就要求學(xué)生不僅要掌握基礎(chǔ)知識，還要有一定的自學(xué)能力和動手解決實(shí)際問題的能力。

2.課程目標(biāo)。本課程構(gòu)建于《機(jī)械制圖與CAD》、《公差配合與技術(shù)測量》、《UG CAD/CAM》等課程基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為目標(biāo)，以UG三維軟件輔助編程制造與五軸加工中心應(yīng)用操作為主要內(nèi)容，采用基于工作過程的課程方案設(shè)計(jì)，以行動導(dǎo)向組織教學(xué)過程，使學(xué)生能夠利用先進(jìn)的三維建模仿真軟件進(jìn)行航空零部件的設(shè)計(jì)與程序仿真，能夠?qū)庸み^程中產(chǎn)生的錯誤代碼進(jìn)行更正，具備對后處理生成的程序進(jìn)行改編已適用加工設(shè)備的能力，并應(yīng)用在五軸加工中心上，進(jìn)行零部件的制造。同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及主動探究學(xué)習(xí)的能力。

3.課程特點(diǎn)。本課程具有相對獨(dú)立的工作任務(wù)，即具體零件的加工，能夠通過軟件的學(xué)習(xí)，生成具體的加工程序，進(jìn)而加工出實(shí)際產(chǎn)品，在企業(yè)生產(chǎn)及各級技能比賽中都具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，能夠吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；每一個任務(wù)都要求完成零件幾何造型、刀具選擇、軌跡生成、機(jī)床設(shè)置、后置處理、G代碼生成等一系列完整的工作過程，同時(shí)滲透著數(shù)控加工的工藝知識及軟件的應(yīng)用知識等，能夠?qū)崿F(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合；通過簡單項(xiàng)目的教師示范、學(xué)生模仿，學(xué)生能夠了解整個工作過程，逐步進(jìn)行獨(dú)立的工藝分析和任務(wù)的實(shí)施；教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)易于形成一定的難度梯度，讓學(xué)生逐漸掌握并應(yīng)用已知的知識和技能，又能在一定范圍內(nèi)主動探究和學(xué)習(xí)新的知識和技能。

三、項(xiàng)目教學(xué)法在UG發(fā)動機(jī)葉輪加工中的實(shí)施過程

課程整體設(shè)計(jì)為通過發(fā)動機(jī)葉片加工項(xiàng)目的實(shí)施，使學(xué)生掌握軟件的使用方法。根據(jù)項(xiàng)目零件的特點(diǎn)，將加工步驟分為葉輪銑削加工、多葉片粗加工、精銑輪轂、精銑葉片。再根據(jù)各組毛坯尺寸，利用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，選擇合適的刀具加工，生成后置處理程序并進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后實(shí)施真正的加工等幾個項(xiàng)目的綜合應(yīng)用，來提高學(xué)生對三維軟件、加工設(shè)備和課程知識點(diǎn)的熟練掌握程度。

在實(shí)際應(yīng)用中，特別應(yīng)注意上好“第一堂課”，讓學(xué)生對項(xiàng)目課程的整體任務(wù)有個鮮明的第一印象，對項(xiàng)目課程的進(jìn)行充滿興趣和期待。在簡單交代項(xiàng)目課程內(nèi)容、特點(diǎn)之后，立刻介紹項(xiàng)目課程的階段任務(wù)，進(jìn)人內(nèi)容正題，用鮮明的案例、實(shí)例、問題和操作引起學(xué)生的強(qiáng)烈興趣。具體實(shí)施過程如下：

1.引出問題。根據(jù)給定的發(fā)動機(jī)葉輪零件及毛坯尺寸提出問題，該工件在加工中心上如何加工、工步如何劃分？ 引發(fā)學(xué)生積極思考問題。

2.根據(jù)之前所學(xué)的知識，利用UG軟件，設(shè)置毛坯幾何體（圖1）、原點(diǎn)坐標(biāo)系、加工坐標(biāo)系、基準(zhǔn)平面、安全平面等程序編制前準(zhǔn)備。

3.明確編程、仿真及加工的整個過程：編程前準(zhǔn)備、創(chuàng)建刀具、創(chuàng)建工序（設(shè)置驅(qū)動方法、切削參數(shù)、非切削移動參數(shù)、進(jìn)給率和速度）、生成刀路軌跡、2D仿真加工（圖2）、后置處理生成G代碼、加工中心設(shè)置并驗(yàn)證加工。使學(xué)生對本項(xiàng)目課程所有知識點(diǎn)有個整體認(rèn)識。

4.示范講解過程：一是三維幾何造型，采用課堂演示教學(xué)法，講解時(shí)要明確下拉菜單中各條目意義作用，操作時(shí)動作要慢，盡量保證所有學(xué)生都能跟上教學(xué)進(jìn)度，這樣也為后續(xù)的分組教學(xué)打下良好基礎(chǔ)。二是設(shè)置毛坯幾何體、刀具、加工參數(shù)、生成刀路軌跡并仿真，采用課堂演示教學(xué)法，講解時(shí)要注意明確各參數(shù)含義，并將實(shí)際加工工藝知識滲透進(jìn)去，提高學(xué)生的綜合能力和實(shí)際解決問題的能力。三是后置處理、加工中心設(shè)置并驗(yàn)證加工，采用課堂演示教學(xué)法，后置處理生成的程序要進(jìn)行改編以適用加工設(shè)備，加工中心設(shè)置原點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，要提醒同學(xué)們注意加工坐標(biāo)系和原點(diǎn)坐標(biāo)系是否統(tǒng)一。

5.學(xué)生模仿練習(xí)。練習(xí)時(shí)把學(xué)生分成若干組，每組給出不同的毛坯尺寸，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。指導(dǎo)教師在現(xiàn)場跟蹤，遇到問題及時(shí)解決糾正，學(xué)生邊聽邊做，老師巡視指導(dǎo)學(xué)生，觀察了解學(xué)生掌握水平。同時(shí)要注意因材施教，由于每組學(xué)生水平不一，各組完成的快慢有差異，這時(shí)要求組員之間團(tuán)結(jié)協(xié)作互相幫助，找齊進(jìn)度，同時(shí)做的快的組可主動探究該軟件未講的功能，引導(dǎo)其主動學(xué)習(xí)。

6.總結(jié)歸納?？偨Y(jié)歸納知識要點(diǎn)，分析完成項(xiàng)目的主要步驟和關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)學(xué)生操作過程中出現(xiàn)的問題重點(diǎn)說明和強(qiáng)調(diào)。

四、教學(xué)總結(jié)

在課程中整體采用項(xiàng)目教學(xué)法的最大優(yōu)點(diǎn)是：學(xué)生獲得的是對知識的整體認(rèn)知，因?yàn)樵陧?xiàng)目完成過程中，學(xué)生的頭腦中始終圍繞完成整體任務(wù)進(jìn)行思考和認(rèn)知，比起傳統(tǒng)教學(xué)中單純的教授更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。經(jīng)過這樣一個項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)過程，學(xué)生能在較短的時(shí)間里通過完成項(xiàng)目任務(wù)來帶動思考、研究，操作實(shí)踐，進(jìn)行創(chuàng)新，從而達(dá)到學(xué)習(xí)和掌握知識、鍛煉學(xué)生分析解決問題能力的目的。教學(xué)容量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)教學(xué)在同等時(shí)間內(nèi)的知識量，充分挖掘了不同層次學(xué)生的潛力，也為后續(xù)的分層次教學(xué)做出了一定的探索。

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