技工院校CAD/CAM实验课程开发及应用

杨丽君

(南充市技工学校 信息化教研室，四川 南充 637000)

0 引言

当前，在全球信息化、经济化的推动作用下，制造业正朝着数字化、自动化、智能化、精密化等方向发展.［1］为了适应行业发展需求，提高市场竞争力，企业对技能人才的要求不再局限于传统的某一项技术能力的掌握，而是集精湛技术与数字化信息技能于一体的复合型技术人才.［2］CAD/CAM是实现数字化、信息化制造技术的基础，是数控、模具、机电一体化等工科专业和必不可少的技术.［3］因此，在新技术应用能力的需求下，各个大、中专院校均开设了CAD/CAM实训课程.然而，由于学生学习能力的差异以及就业定位的不同，技工类院校应结合自身特点，［4］打破盲目跟风本科院校CAD/CAM课程的设计模式，建立培养动手能力与实操能力为教学目标的CAD/CAM一体化实训课程体系，既能在教学层面上真正带动学生学习积极性和主动性，更能实现技工院校“学完即可上岗”的教学培养目标.

1 CAD/CAM实训课程特点

目前各个学校CAD/CAM的实验设计一般是根据侧重专业的课程(如机械CAD/CAM、模具CAD/CAM等)，将该课程的实验分成多个实验项目，每次实验都是按照实训计划要求，分别完成一个或多个知识点的实验.［5］通常情况下，其教学计划的执行都是按照统一教材编写安排学生动手操作，这种实验方案在训练学生单个知识点方面的效果是非常明显的.［6］但是，CAD/CAM 技术是一个加工辅助集成系统，以模具CAD/CAM课程为例，一个模具零件从毛坯到最终加工出成品首先需利用CAD进行产品设计，然后用CAM进行数控加工设计，最后再拿到机床上去进行零件的实际加工和校检.若仅根据教材设计进行教学，该课程就被孤立的分割成单独的CAD、CAM的学习了，学生只能被动的接受单节课程设计的实验知识，对CAD/CAM课程在模具设计与加工的工程作用和具体操作步骤很难体会与掌握，这样就无法真正体现出该课程的实际教学意义.

因此，针对上述问题分析，笔者认为技工类院校应挖掘自身办学特点，将CAD/CAM课程开发为一个基于工程实例应用的综合性实验教学系统，引入案例教学法，将实践教学贯穿于课程之中，不仅可激发学生在整个过程中的学习兴趣，还能在课程结束后看到技能效果，同时学生也能真实体验到学习成就感.

2 CAD/CAM实验教学系统的建立

在“模具CAD/CAM”课程之前学生已经完成了机械制图、(冲压、塑料)模具设计、模具加工工艺等专业基础知识的学习，初步具备模具设计与加工的基础知识.在此基础上，可以将“模具CAD/CAM”实验教学系统分为4个大实验模块:产品造型设计;模具CAD设计;模具CAM数控加工;数控机床模拟加工.这4个模块的教学设计都是基于工程实例并按照其工作流程进行开发，且实验平台采用当前企业常用CAD/CAM一体化设计软件UGNX和数控加工模拟软件，实训地点均可在计算机实训中心进行，以构成“教—学—做”一体化实训教学体系.图1即CAD/CAM实验教学系统架构图.

图1 CAD/CAM实验教学系统架构

3 CAD/CAM实验教学系统的实施及实验内容

实验教学系统以产品的模具设计与加工为工作任务，以生产实例中典型冲件(塑件)模具为载体，驱动各实验教学模块进行项目任务分解并执行.下面以模具CAD/CAM技能大赛某参赛项目为例，具体说明该实验系统的实施流程及内容.

3.1 产品造型设计

本实例为一套弯曲冲模的CAD/CAM设计项目.在前期相关专业课程的学习基础上，已完成了该工件的模具工作方案设计及二维工程草图设计，当下的首要任务是要求检查并读懂该项目的二维工程图，并能创建产品三维模型，如图2所示.

图2 产品三维图

3.2 模具3D设计

通过对工件的冲压成形方案分析，依次对模具各工艺及辅助结构进行设计.并利用UG CAD模块分别对各零件进行3D实体造型与装配，还能由三维模型生成符合要求的零件二维工程图，以便编制零件加工工艺.通过这一模块的教学，培养学生对模具CAD结构设计能力.如本案例项目所示，生成弯曲凸模的结构如图3所示.最后完成模架选用与合模机构的设计，模具整装图如图4所示.

图3 弯曲凸模

图4 模具总装图

3.3 模具CAM设计

设计好的模具需要加工出来，才能用于生产零件.为了提高生产效率，保证零件加工精度，当前多数模具零件采用数控加工.进行数控加工之前重要的准备工作为数控加工工艺的设计和数控程序的编制.这两部分的工作均可在UG CAM模块完成.以凹模板为例，在完成这部分实验内容时，学生应严格按照以下一个顺序来进行:对零件图进行数控加工的工艺分析;数控加工的工艺设计;将零件CAD图档以IGES等标准数据交换格式导入到CAM软件进行工艺设计，生成NC代码;程序模拟运行;试切削加工.

3.4 模具数控仿真加工

模具CAM完成后，原则上可上数控机床进行零件实际加工.但为了校检CAM设计的正确性和熟悉数控机床的操作流程，采用数控加工仿真软件(如宇龙数控仿真系统)进行加工仿真模拟是初学者最好的一种实习模式.在该模拟系统里可真实模拟数控机床的操作过程(如装夹工件、对刀、程序输入或导入、运行程序、检测零件等)，若出现操作错误或加工失误，在教师指导下及时进行修改，最终得到虚拟加工零件，这样，学生可更清楚地掌握其加工技能，避免直接进行实际机床操作不当带来的材料浪费甚至加工危险，为后续的实体机床操作实训打下扎实的技能基础.图5即为凹模板数控仿真加工面板图.

图5 凹模板数控仿真加工

4 结论

CAD/CAM一体化教学实训系统在我校模具、数控等专业已经实施了两年，实践表明，本文设计的CAD/CAM一体化教学实验，充分考虑到学生的自主性，让学生在综合性、创新性及工程实践性等方面都得到了较好的锻炼.教师在教学过程中以工程案例为载体，以工作任务为导向，紧密结合真实情境设计工作过程的各个任务模块，不仅激发了学生的学习兴趣与积极性，更培养了学生的实际知识应用能力和技能分析能力，同时加深了对CAD/CAM软件在生产实际中地位与作用的理解，对其它专业的计算机实训课程建设也有着良好的借鉴作用.

［1］王秀彦，费仁元，安国平.21世纪制造业的发展趋势［J］.北京工业大学学报，2002(3):53-56.

［2］宋天虎.先进制造技术的发展与未来［J］.中国机械工程，1998(4):2-6.

［3］马金英.数字化CAD/CAM技术的应用及发展趋势展望［J］.机床与液压，2009(4):159-160.

［4］罗丰华，丁 灿，丁 艺.高校实验室管理体制改革与学生的创新实验教育［J］.湖南工业职业技术学院学报，2006(3):18-22.

［5］谢友宝.大型综合性创新实验设计研究［J］.实验室研究与探索，2005(12):16-19.

［6］龙文元.模具CAD/CAE/CAM技术教学改革的研究［J］.中国科教创新导刊，2007(21):57-58.