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CAD/CAM技术是具有代表性的先进制造技术,模具是CAD/CAM技术应用最为广泛和典型的领域。模具CAD/CAM制造技术水平正在成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一。提高模具CAD/CAM制造水平不但要有先进的制造设备,更重要的是要有具备掌握先进制造技术的人才。模具CAD/CAM技能人才是指掌握着先进的CAD/CAM软件应用技能和运用CAD/CAM软件进行模具设计和模具制造加工的综合型人才。高职院校的模具设计与制造专业的宗旨就是培养掌握先进制造技术的综合型人才。而目前的模具CAD/CAM课程教学模式仍然沿用轻技能、重理论的传统教学模式,教学内容偏重于介绍CAD/CAM硬件与软件系统、计算机数据处理与分析理论、计算机图形处理基础,而实际的CAD/CAM软件应用能力、具体的模具设计和制造方法的教学内容比重偏小,与技能型人才的需求不相适应。因此,改革传统的模具CAD/CAM教学模式已是高职模具专业的当务之急。
一、模具CAD/CAM教学课程体系的设计
符合市场需求的模具CAD/CAM技能人才的知识、技能分模具CAD和模具CAM两大技术。模具CAD技术由基于CAD/CAM软件的产品零件三维造型设计和以产品模型为核心的模具结构设计,根据产品制造工艺可以开发冲压模具CAD、注塑模具CAD、压铸模具CAD。模具CAM技术是模具零件加工工艺制订和基于模具CAD/CAM软件的模具零件数控编程与操作。
根据CAD/CAM技能人才所需知识和技能,可以设计出CAD/CAM教学课程结构。CAD/CAM课程由CAD/CAM基础理论、CAD/CAM应用软件基础、基于应用软件的注塑模具设计、基于应用软件的冲压模具设计、基于应用软件模具加工工艺、基于应用软件的数控加工编程与操作。上述课程在具体实施过程中理论教学与实践教学各占50%并进行一体化教学,以便学生能从实际出发真正得到该技能的锻炼。
二、以CAD/CAM软件使用技能为先导
从模具CAD/CAM知识技能结构可以看出,模具CAD/CAM的教学改革首先应该从模具CAD/CAM应用软件的使用着手。
随着计算机技术的进步,机械行业的设计与制造技术也得到了空前的发展,各种以计算机,特别是以PC为运行平台的三维设计与制造软件应运而生,以CAD/CAM软件技术为核心的现代集成制造系统(CIMS,Compute Integrated Manufacture Systems)代替了传统设计与制造方法。在模具设计与制造领域中以美国PTC公司的Pro/ENGINEER、麦道公司的UG、CNC Software公司的Mastercam软件形成的系统目前在先进制造企业有着举足轻重的地位。
本课程可以选一CAD/CAM应用软件为教学基础,将软件教学与模具设计与制造知识融合在一起。例如以PTC公司的Pro/ENGINEER作为教学软件,Pro/Moldesign是Pro/E的可选模块,提供了模具设计常用功能。该模块可以完成如下任务:产品模型的输入与数据诊断、对产品模型进行拔模检测与厚度检测、设置模型的收缩率、创建各种分型面、自动分割成型零件、型腔布局、浇注系统和冷却水道的创建、标准模架的加载、充模和开模仿真。EMX和PDX是Pro/ENGINEER程序中的一个扩展模块,EMX是专门提供注塑模具各种标准模架零件及各种机构的设计,PDX模块用于冲压级进模和单工序模具设计。由此我们可以看出,指导学生学习模具CAD/CAM软件的使用方法也就成了模具CAD/CAM技能教学的第一步,在此基础上进一步与注塑模具设计和冲压模具设计、模具制造工艺理论课程结合,便可以使学生快速掌握相关实用知识技能。
三、将模具理论知识讲授和CAD/CAM软件教学融合,形成一体化教学
学生在单纯的模具理论与结构学习时,由于许多知识都比较抽象,往往不易接受。因为有了CAD/CAM软件的三维造型,使教学过程非常形象逼真。例如:学生在注塑模具理论的学习过程中,短时间内就可以通过实体造型模拟学习到大量实用的模具结构知识,理解诸如拔模斜度、浇注系统、成型零件等模具基本概念。
在学习分模的过程中,又可以顺理成章地推出模具分型面的理论知识使学生快速地掌握型腔模具分型面的含义,继而熟练地进行分模操作。同时,单纯的CAD/CAM软件操作教学如果没有相应的模具知识作为枝叶也会变得枯燥无味,学生兴趣减弱,难以掌握其操作方法。
又如在传授数控加工程序的编程教学应该以讲解切削理论公式计算和被实践证明的工艺方法和工艺参数进行比较传授,使学生既懂得原由又容易接受并快速熟练的掌握。在传授CAM数控编程的参数设置方法时,可适时地引入切削原理的内容。
四、一体化教学模式开发
模具CAD/CAM教学在实践过程中可按模具CAD/CAM职业能力,针对某一项能力素质,将能力必须具备的知识点与技能结合起来,融合在理论与实践的教学内容中,采用一体化教学与综合实训相结合的教学模式开发教学模块。如在培养模具CAD/CAM职业能力之一的注塑模具设计与制造能力时,首先对设计与制造注塑模具时必须具备的基本能力进行剖析分解,把该能力需具备的理论知识点和技能通过开发典型注塑模具设计实例(实例的开发可由简单到复杂),具体操作可根据注塑模具设计流程把注塑模具设计的理论基础知识和软件应用知识结合讲解。模具设计顺序和插入讲解的知识为:①设计产品参照模型可插入讲解CAD/CAM软件基础知识,讲解并练习三维建模操作方法;②注塑件工艺分析插入讲解塑料材料成型特性、成型理论,讲解并练习使用软件进行拔模斜度设置并进行塑件厚度,拔模检测等模具分析的操作方法;③成型零件设计插入讲解模具结构理论(型腔数目确定及布置、分型面确定的理论和方法),讲解并练习分型面设计方法、拆模操作方法;④浇注、冷却系统设计插入讲解浇注和冷却系统理论(浇口形式、位置),讲解并练习浇注和冷却系统设计操作方法;⑤模架设计插入模架结构设计理论,模具模架设计软件操作;⑥模具零件制造工艺确定插入加工工序确定、毛坯的选择方法;⑦制造设置插入加工机床的选择、切削刀具选择、装夹方法的确定、加工零点的确定、退刀平面的确定、制造参数的选择(主轴转速、背吃刀量、进给速度等)和操作方法;⑧创建NC序列数控加工仿真插入讲解NC序列的创建、刀具轨迹的仿真、切削仿真NC序列的验证并运用软件实现。
同理根据冲压模具CAD/CAM技能可进行冲压模具CAD/CAM教学模块的开发。
五、结束语
模具CAD/CAM的一体化教学方法在传授了CAD/CAM软件应用方法的基础上,融合了模具理论知识和相关加工工艺,强化了模具设计与制造的技能训练,一举三得,使教学过程生动逼真,在教学实践中收到了良好效果,学生的综合技能得以迅速提高。因此,这种融入一体化教学方法应该成为模具CAD/CAM技能教学的发展模式。
(作者单位:无锡科技职业学院)
一、模具CAD/CAM教学课程体系的设计
符合市场需求的模具CAD/CAM技能人才的知识、技能分模具CAD和模具CAM两大技术。模具CAD技术由基于CAD/CAM软件的产品零件三维造型设计和以产品模型为核心的模具结构设计,根据产品制造工艺可以开发冲压模具CAD、注塑模具CAD、压铸模具CAD。模具CAM技术是模具零件加工工艺制订和基于模具CAD/CAM软件的模具零件数控编程与操作。
根据CAD/CAM技能人才所需知识和技能,可以设计出CAD/CAM教学课程结构。CAD/CAM课程由CAD/CAM基础理论、CAD/CAM应用软件基础、基于应用软件的注塑模具设计、基于应用软件的冲压模具设计、基于应用软件模具加工工艺、基于应用软件的数控加工编程与操作。上述课程在具体实施过程中理论教学与实践教学各占50%并进行一体化教学,以便学生能从实际出发真正得到该技能的锻炼。
二、以CAD/CAM软件使用技能为先导
从模具CAD/CAM知识技能结构可以看出,模具CAD/CAM的教学改革首先应该从模具CAD/CAM应用软件的使用着手。
随着计算机技术的进步,机械行业的设计与制造技术也得到了空前的发展,各种以计算机,特别是以PC为运行平台的三维设计与制造软件应运而生,以CAD/CAM软件技术为核心的现代集成制造系统(CIMS,Compute Integrated Manufacture Systems)代替了传统设计与制造方法。在模具设计与制造领域中以美国PTC公司的Pro/ENGINEER、麦道公司的UG、CNC Software公司的Mastercam软件形成的系统目前在先进制造企业有着举足轻重的地位。
本课程可以选一CAD/CAM应用软件为教学基础,将软件教学与模具设计与制造知识融合在一起。例如以PTC公司的Pro/ENGINEER作为教学软件,Pro/Moldesign是Pro/E的可选模块,提供了模具设计常用功能。该模块可以完成如下任务:产品模型的输入与数据诊断、对产品模型进行拔模检测与厚度检测、设置模型的收缩率、创建各种分型面、自动分割成型零件、型腔布局、浇注系统和冷却水道的创建、标准模架的加载、充模和开模仿真。EMX和PDX是Pro/ENGINEER程序中的一个扩展模块,EMX是专门提供注塑模具各种标准模架零件及各种机构的设计,PDX模块用于冲压级进模和单工序模具设计。由此我们可以看出,指导学生学习模具CAD/CAM软件的使用方法也就成了模具CAD/CAM技能教学的第一步,在此基础上进一步与注塑模具设计和冲压模具设计、模具制造工艺理论课程结合,便可以使学生快速掌握相关实用知识技能。
三、将模具理论知识讲授和CAD/CAM软件教学融合,形成一体化教学
学生在单纯的模具理论与结构学习时,由于许多知识都比较抽象,往往不易接受。因为有了CAD/CAM软件的三维造型,使教学过程非常形象逼真。例如:学生在注塑模具理论的学习过程中,短时间内就可以通过实体造型模拟学习到大量实用的模具结构知识,理解诸如拔模斜度、浇注系统、成型零件等模具基本概念。
在学习分模的过程中,又可以顺理成章地推出模具分型面的理论知识使学生快速地掌握型腔模具分型面的含义,继而熟练地进行分模操作。同时,单纯的CAD/CAM软件操作教学如果没有相应的模具知识作为枝叶也会变得枯燥无味,学生兴趣减弱,难以掌握其操作方法。
又如在传授数控加工程序的编程教学应该以讲解切削理论公式计算和被实践证明的工艺方法和工艺参数进行比较传授,使学生既懂得原由又容易接受并快速熟练的掌握。在传授CAM数控编程的参数设置方法时,可适时地引入切削原理的内容。
四、一体化教学模式开发
模具CAD/CAM教学在实践过程中可按模具CAD/CAM职业能力,针对某一项能力素质,将能力必须具备的知识点与技能结合起来,融合在理论与实践的教学内容中,采用一体化教学与综合实训相结合的教学模式开发教学模块。如在培养模具CAD/CAM职业能力之一的注塑模具设计与制造能力时,首先对设计与制造注塑模具时必须具备的基本能力进行剖析分解,把该能力需具备的理论知识点和技能通过开发典型注塑模具设计实例(实例的开发可由简单到复杂),具体操作可根据注塑模具设计流程把注塑模具设计的理论基础知识和软件应用知识结合讲解。模具设计顺序和插入讲解的知识为:①设计产品参照模型可插入讲解CAD/CAM软件基础知识,讲解并练习三维建模操作方法;②注塑件工艺分析插入讲解塑料材料成型特性、成型理论,讲解并练习使用软件进行拔模斜度设置并进行塑件厚度,拔模检测等模具分析的操作方法;③成型零件设计插入讲解模具结构理论(型腔数目确定及布置、分型面确定的理论和方法),讲解并练习分型面设计方法、拆模操作方法;④浇注、冷却系统设计插入讲解浇注和冷却系统理论(浇口形式、位置),讲解并练习浇注和冷却系统设计操作方法;⑤模架设计插入模架结构设计理论,模具模架设计软件操作;⑥模具零件制造工艺确定插入加工工序确定、毛坯的选择方法;⑦制造设置插入加工机床的选择、切削刀具选择、装夹方法的确定、加工零点的确定、退刀平面的确定、制造参数的选择(主轴转速、背吃刀量、进给速度等)和操作方法;⑧创建NC序列数控加工仿真插入讲解NC序列的创建、刀具轨迹的仿真、切削仿真NC序列的验证并运用软件实现。
同理根据冲压模具CAD/CAM技能可进行冲压模具CAD/CAM教学模块的开发。
五、结束语
模具CAD/CAM的一体化教学方法在传授了CAD/CAM软件应用方法的基础上,融合了模具理论知识和相关加工工艺,强化了模具设计与制造的技能训练,一举三得,使教学过程生动逼真,在教学实践中收到了良好效果,学生的综合技能得以迅速提高。因此,这种融入一体化教学方法应该成为模具CAD/CAM技能教学的发展模式。
(作者单位:无锡科技职业学院)