模具CADCAM 课程改革与教学实践

1、模具CAD/CAM教育教学实践张玉新，张瑞珠，李 勇，冯在强（1.华北水利水电学院机械学院，河南郑州，450045）摘要：模具CAD/CAM课程为专业的发展而进行了课程改革，结合专业的特点将教学大纲、教学内容和教学模式进行了相应调整。以杯子的注塑模设计与制造为案例进行了技能融合理论知识的教学实践。初步实践充分证明了课程改革对人才的培养和专业的发展具有积极意义。关键词：模具CAD/CAM；课程改革；教学实践；模具设计Course Reformation and Teaching Practice ofDie & Mould CAD/CAMZHANG Yu-xin, ZHANG Rui-z

2、hu,LI Yong, FENG Zai-qiang （Department of Mechanical Engineering，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou，450045）Abstract: The course reformation of Die & Mould CAD/CAM was carried on for the specialized development, the program of instruction and course conte

3、nt and educational model was adjusted with the specialized characteristic. This paper took the design and manufacturing of injection die of cup as the case and carried on teaching practice of the skill and theoretical knowledge together. The preliminary practice proved fully that the course reformat

4、ion has the positive sense for talented person's raise and the specialized development.Keywords: Die & Mould CAD/CAM; Course reformation; Teaching practice; Die designs1课程改革的背景与体现学院于2001年设立了材料成形及控制工程专业（以下简称“材控专业”），结合国内院校材控专业的发展经验，以单一的模具方向为建设重点。随着专业日益的发展与经验的沉淀，综合模具行业的逐渐成熟、社会用工和模具专业的学生就业形式的严峻性

5、，材控专业增设了焊接方向，两个方向的学生共同学习的材控专业的课程包括基础课（如物理化学、材料科学基础、金属学热处理、材料成型原理、工程材料及成型技术和材料力学性能等）和少数专业限选课（如塑性成型工艺及模具设计和钎焊等，但模具CAD/CAM除外），其它课程作为专业任选课供学生选学。实践和时间证明，专业学生的总体就业情况明显好转，表现为学生就业快且就业率高（就业和考研综合高达97%）。但模具方向的就业情况一直以来不容乐观，致使超过1/2学生选择了备考研究生，少数学生选择了从事焊接工作，模具方向的课程教学实施与发展遇到了瓶颈。虽然专业方向的增设使得学生的就业压力小了，但新的问题随之显现，一则我校材控

6、专业在国内基本无知名度，以及社会对从事模具相关工作经验的要求过高等原因，导致社会用人单位的漠视；二则由于方向课程的系统性欠佳，我们培养的学生无论读研深造还是就业从事模具或焊接或相关专业工作时出现专业不专等现象，教学改革迫在眉睫。本专业2010年上半年度进行了有针对的课程体系改革，使专业课程更加系统、完整和合理，而受改革影响较大的课程当属模具CAD/CAM，即由原来的方向限选课变更为专业任选课。 缘于此，课程以课题“RE（逆向工程）技术在模具设计中的应用研究”为平台，对课程改革在教学内容和模式以及人才的培养等方面进行了教学实践。2课程改革的实施传统的模具CAD/CAM教学模式以厚重的理论教学为基

7、础，以培养具有深厚理论基础的技术型人才及研究人才为目的1。但随着近年来高校本科招生的扩招、越来越多的学校增设模具专业以及国家大力支持职业教育的发展实施，迫使毕业生即掌握技术又有技能，对传统的模具CAD/CAM教育模式改革成为必然。为了使这一课程改革顺利过渡和实施，并能与计算机及模具行业的快速发展、技能型人才的发展需求相适应。从2010-2011学年第一学期开始，针对模具CAD/CAM的教学改革进行了教学准备、教学内容、教学方式等方面一系列的实施措施。模具CAD/CAM课程性质的变更，要求教学大纲和内容需要进行彻底的调整。因为专业任选课意味着模具和焊接方向的学生都可凭自己的兴趣进行选学，在有利于

8、学生增加知识面学习的同时，对教学内容和教学的实施都提出了更高要求。表1授课计划的调整对照原授课内容调整后授课内容理论u 模具CAD/CA M系统组成u 数据的处理方法u 图形变换u 几何造型的形体表达模式与数据结构u 数控加工原理与程序编制u 冲模与挤压模CAD/CAMl 模具CAD/CAM系统组成l 图形变换技术l 模具CAD技术l 逆向技术的运用l 快速原型技术l 铸造模/注塑CAEl 模具CAM的数控加工仿真实验u 二维数表程序化u 二维图形变换u 三维图形变换u 热挤压模CAD系统开发l 产品的数据采集实验l 产品的RE模型重构实验l 铸模/注塑模CAD实验l 铸模/注塑模CAE分析l

9、 模具CAM仿真实验首先，体现在对学生掌握知识的要求方面。任选课对学生所掌握知识的要求较低，尤其安排在第七学期（一般安排在后半学期），学生多以备考研究生和找工作为主，请假和逃课现象严重。如果以理论为主，学生需要系统地按部就班并花费大量时间预习、听课、消化和吸收，实践证明效果很差。因此，课程不得不对学生掌握的理论知识降低要求，增强教学模块之间衔接相对不很密切的实践性教学内容和环节。其次，体现在教材的选取上，适合本科教学的模具CAD/CAM教材版本较多，或以理论为主，或以软件的应用为主，而案例多以塑料件注塑模为主。只有模具方向学生学习过塑料模具知识，焊接方向学生无任何基础，要求内容须兼备金属与塑料

10、模具设计，以供学生选学。最后，任选课要求教学内容必须与专业方向课程的连接不能过于紧密衔接。由原来的以理论为主线、技能为辅更改为重点学习技能、理论要求了解为特色的应用实践课程。依托教学大纲与教学内容，授课计划的调整如表1所示。保持32个总学时（其中实验10学时）不变， 并根据学校近年来增添的可共享的教学与科研实验设备情况，开设今后模具行业较为常用的RE技术和快速原型技术课堂与实验环节。实践说明，这种辅以课堂演示与理论讲解、实验操作与辅导结合的任选课课程内容的调整与实施，不但加深了学生对模具设计与制造的理解，更提高了学生的专业知识综合运用能力。3教学实践与案例模具CAD/CAM是一门实践性很强的课

11、程，在应用型人才的培养过程中具有重要的地位2、3。改革后的知识技能结构既要使学生掌握CAD/CAE/CAM软件的操作技能，又要理解产品数据管理与数据交换标准，并了解如何进行图形分析和用正确的数据结构来表达。这就要求教学过程中合理设计教学内容，技能操作辅以理论渗透，达到技能与技术的集合。实现这一教学目标，较为有利的条件有三。其一，本专业在第七学期开设了专业任选课Pro/E三维造型技术，课程应用的Pro/E（Pro/ENGINEER，简写为“Pro/E”）集CAD/CAE/CAM功能为一体，是模具行业较为成熟的软件，为逆向技术、模具设计与模拟以及制造仿真教学的开展提供了教具。材控专业设置该课至今，

12、无论是三个还是四个专业班级，选课人数稳定在80或110以上，选学学生接近满员，学生具备了软件的运用基础；其二，我校已下发大型仪器设备的共享文件，钢结构研究所的3D CaMega 便携激光扫描仪和快速原型机为教学实验以及科研项目的实施带来了便利；其三，专业已有大型注塑机可为教学与科研的有机结合服务，更能以科研促进教学。基于以上软硬件条件，将教学模块进行了设计安排，现以注塑产品塑料杯为设计原型对教学进行了案例法教学实践探析，课堂和实验教学过程如图1所示，流程中模具设计环节的实现得益于RE技术在课杯子的数据采集数据处理曲面构建模型检测实体模型杯子的注塑成型模具的NC仿真杯子的注塑CAE杯子的模具设计

13、杯子模型重构技术快速原型技术杯子的母模图1 杯子的实例教学流程 图2影像逆向处理程中的教学运用。RE技术是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有杯子零件的实物模型，利用各种数字化技术及CAD技术重新构造原形CAD模型的过程。通过三维扫描仪可直接获取零件的高精度三维数据，通过软件构造曲面或实体使之成为所需的三维数据模型；还可以运用影像逆向，通过照相机或者其它摄影仪器对原实物进行拍照，然后需将照片在Pro/E中进行模型重构，如图2所示，这为教学提供了更为丰富的教学方式。为了更好贯彻表1中更新的教学内容，对设计与制造杯子注塑模具时必须具备的基本能力进行剖析分解，将理论知

14、识点和技能通过开发典型注塑模具设计实例，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CAD/CAM课程教学演示与讲解的知识点为：（1）RE技术相关知识在课程中的开展是按照工作流程对RE技术数字化测量系统和方法、点云数据预处理、三维模型重构、RE技术系统以及快速原型技术和快速模具制造技术等进行全面的讲解，在影像逆向设计杯子参照模型时融入讲解CAD/CAM软件基础知识。要求学生对技能会操作、知识点了解；（2）模具设计模块作为重点知识点，技术与技能结合实现教学目标。即在杯子的模具零件设计融入讲解型腔数目确定与布局、分型线与分型面的设计、动定模尺寸确定、浇口形

15、式与位置、流道设计、冷却系统设计、模架结构设计等模具结构知识的理论与方法。要求学生对技能会操作、知识点掌握；（3）注塑CAE知识点的教学即杯子的注塑件工艺分析时融入实际应用的塑料材料成型特性、工艺参数的优化、注塑CAE结果的分析等理论与方法。要求学生对技能会操作、知识点掌握；（4）模具CAM环节演示机床、加工方式和刀具的选择、加工零点与退刀平面的确定、主轴转速等制造参数的设置、NC序列数控加工仿真的操作。要求学生对技能会操作、知识点了解。4结语模具CAD/CAM课程由专业限选更改为任选课的教学改革促使教学大纲、教学内容和教学方式等从理论为主向技能+理论转变。通过课堂操作与讲解、实验演示与指导使学生得到较实际的实践锻炼并学会理论在实践中的运用。教学中取得了很好的教学效果，可供其它课程借鉴。为本科课堂教学、课程设计和毕业设计提供了更先进的模具设计