五年制高職院校模具CAD游戲教學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究

李培豐 劉明

摘 要：文章分析了模具 CAD綜合實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，如綜合性強(qiáng)、智能化程度高、知識(shí)密集，針對(duì)現(xiàn)有模具 CAD實(shí)驗(yàn)課程運(yùn)行中存在的突出問題，介紹了該課程的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，內(nèi)容和方法。構(gòu)建了 CAD模具綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該系統(tǒng)加強(qiáng)了CAD與教學(xué)游戲之間的知識(shí)聯(lián)系，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了實(shí)驗(yàn)效率，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的設(shè)計(jì)，全面和創(chuàng)新，在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：模具;高職;CAD;教學(xué);實(shí)驗(yàn)研究

模具CAD（模具和模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）（CAD），計(jì)算機(jī)輔助分析（CAE），計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）是應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)改造傳統(tǒng)芯片技術(shù)的重要關(guān)鍵技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造業(yè)高度集成的產(chǎn)物，也是智能材料成形的重要內(nèi)容。該技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了模具或材料成型件的高效率，高精度和高質(zhì)量，極大地促進(jìn)了模具行業(yè)的發(fā)展。在“中國(guó)制造2025”計(jì)劃的背景下，中國(guó)制造業(yè)迫切需要能夠掌握 CAD模具技術(shù)的人才。為適應(yīng)制造業(yè)對(duì)這類人才的需求，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)順應(yīng)這一趨勢(shì)，注重培養(yǎng)具有學(xué)習(xí)能力，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的相關(guān)技術(shù)人才。

1.模具 CAD綜合實(shí)驗(yàn)課程體系的構(gòu)建

課程特色模具CAD的綜合實(shí)驗(yàn)課程是針對(duì)材料的，建立了實(shí)驗(yàn)班的優(yōu)秀課程和本科的材料成型與控制工程課程。該課程具有以下特點(diǎn)：

（1）它是材料成形的基本理論與模具設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐的結(jié)合。

（2）是傳統(tǒng)材料加工技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)的結(jié)合。

（3）是材料加工的基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)和先進(jìn)的智能制造技術(shù)的結(jié)合。

（4）教學(xué)內(nèi)容全面，知識(shí)密集。它涵蓋了許多領(lǐng)域和跨學(xué)科知識(shí)，包括機(jī)械工程，材料加工工程，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，自動(dòng)控制工程，測(cè)試技術(shù)，快速成型技術(shù)，模擬技術(shù)等。

鑒于以上特點(diǎn)，可以安排模具 CAD綜合實(shí)驗(yàn)課程，供學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)和專業(yè)基礎(chǔ)課程理論，基礎(chǔ)專業(yè)實(shí)踐和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，并在畢業(yè)設(shè)計(jì)前，例如，在高職二年級(jí)的第一學(xué)期。實(shí)驗(yàn)課程可以高度全面，設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。表1是模具 CAD綜合實(shí)驗(yàn)的課程計(jì)劃。

1.2當(dāng)前教學(xué)情況

由于 CAD模具綜合實(shí)驗(yàn)課程是一門跨學(xué)科，綜合性，知識(shí)密集型的應(yīng)用課程，在課程體系，教學(xué)方法，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)手段和教學(xué)環(huán)境等方面都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前，我國(guó)許多高校都對(duì)本課程的教學(xué)進(jìn)行了大量的探索和研究。由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間的障礙，模具CAD、CAE和模具CAM的原始實(shí)驗(yàn)相互隔離，并沒有很強(qiáng)的相關(guān)性。結(jié)果，一些實(shí)驗(yàn)被“支離破碎”，“孤立”或“多余”。難以滿足綜合性，研究性和創(chuàng)新性的要求，極大地影響了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中的積極性和創(chuàng)造性。因此，從系統(tǒng)、內(nèi)容和手段等方面改革和創(chuàng)新現(xiàn)有的模具 CAD實(shí)驗(yàn)課程尤為重要和迫切。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

針對(duì)現(xiàn)有模具 CAD實(shí)驗(yàn)課程運(yùn)行中存在的突出問題，深入研究了模具 CAD綜合實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，內(nèi)容和方法。通過科學(xué)合理的規(guī)劃，探索和研究完整的系統(tǒng)和實(shí)質(zhì)內(nèi)容。

構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本思路是：以典型的沖壓件為連桿，采用三維計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)沖壓模（覆蓋復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模），即“模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）實(shí)驗(yàn)”;在模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，材料成型工藝先進(jìn)。通過計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證了成形過程和模具設(shè)計(jì)的合理性，即“成形過程的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬（CAE）實(shí)驗(yàn)”;進(jìn)行模具主要工作部件的數(shù)控編程（材料減少制造）和快速原型制造（材料增加制造），即“模具的計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）”。最后，使用模型模具在NC沖頭上加工選定的沖壓件，即成形過程的物理模擬實(shí)驗(yàn)。

2.CAD模具綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

2.1三維建模實(shí)驗(yàn)

為學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)沖壓件二維工程圖。使用三維CAD軟件需要直接建模。直接提供物理零件需要使用逆向工程設(shè)備和逆向工程技術(shù)進(jìn)行零件反向建模。沖壓件的三維數(shù)字模型可以通過上述兩種直接建?；蚍聪蜷g接建模方法獲得，根據(jù)上述沖壓件的三維模型，PDW模塊由NX設(shè)計(jì)，并進(jìn)行模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。學(xué)生可以選擇自己的成型工藝或不同的工藝組合來設(shè)計(jì)模具。例如，也可以采用不同的處理方案，例如在繪制之前的消隱或在繪制之后的消隱。不同的模具。

2.2計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬成形過程實(shí)驗(yàn)

在不同工藝方案的模具設(shè)計(jì)和不同工藝的組合之后，利用板料成形模擬軟件，如應(yīng)力、應(yīng)變分析，成形極限圖，成形載荷分析等，對(duì)所確定的工藝進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析。也可以預(yù)測(cè)和分析零件成形過程中可能存在的缺陷，如拉伸裂紋和成形載荷。細(xì)化，彎曲回彈等，以便檢查和修改工藝和設(shè)計(jì)的模具。

2.3模具計(jì)算機(jī)輔助制造實(shí)驗(yàn)

減少材料制造。通過使用NX制造模塊生成的加工程序，在NC雕刻機(jī)上制造設(shè)計(jì)模具的主要工作部件，其他材料制造。.STL格式的數(shù)據(jù)文件源自設(shè)計(jì)模具的主要工作部件模型。在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HS系列FDM快速成型機(jī)上完成模具零件的材料添加。通過比較數(shù)控加工（材料減量制造）與快速成型（材料加工制造），學(xué)生可以掌握兩種加工方法的特點(diǎn)，原則和應(yīng)用場(chǎng)合，有利于學(xué)生對(duì)現(xiàn)代模具制造專業(yè)知識(shí)的理解。

2.4成形過程的物理模擬實(shí)驗(yàn)

通過使用示例模具在NC沖頭上制造指定的沖壓件。進(jìn)行了成形過程的物理模擬實(shí)驗(yàn)，并在計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬（CAE）預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，分析了沖壓件缺陷產(chǎn)生的原因。

3.模具CAD游戲教學(xué)

程序加載命令A(yù)P，將下載的俄羅斯方塊“ELSBOX.VLX”文件找到，點(diǎn)擊“加載”按鈕，加載到CAD軟件內(nèi);輸入俄羅斯方塊命令ELSBOX，將游戲程序在CAD軟件內(nèi)部啟動(dòng);根據(jù)左側(cè)游戲提示操作鍵進(jìn)行：鍵盤4和6為左右移動(dòng)，鍵盤8和空格鍵為翻轉(zhuǎn)，5為快速下落下，CAD俄羅斯方塊操作圖如下。

4結(jié)束語(yǔ)

通過CAD模具實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了從沖壓件數(shù)字模型到零件物理對(duì)象（PLM）整個(gè)過程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠"看到"他們得到什么"，培養(yǎng)他們的科技創(chuàng)新意識(shí)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生為中心，提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主觀能動(dòng)性。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排方面，采用"瀑布式"部分?jǐn)?shù)據(jù)流逐步推進(jìn)，層次分明，時(shí)空布置有序，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

根據(jù)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的框架，學(xué)生可以選擇不同的沖壓件和不同的沖壓工藝組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠"積極實(shí)驗(yàn)"，激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的熱情和創(chuàng)造力。該實(shí)驗(yàn)已于2018年應(yīng)用于我校180名高職專業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)工程專業(yè)，教學(xué)效果良好。該實(shí)驗(yàn)不僅可用于模具 CAD的大規(guī)模集成實(shí)驗(yàn)，還可用于學(xué)生課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)。

基金課題：本文為江蘇省職業(yè)教育教學(xué)改革研究課題（ZYB290）階段成果之一

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：江蘇省徐州技師學(xué)院）