【摘要】針對(duì)普通高校數(shù)控實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)間短、內(nèi)容多，學(xué)生訓(xùn)練不充分的問(wèn)題，作為具有整機(jī)設(shè)計(jì)制造綜合應(yīng)用能力的中間環(huán)節(jié)，新增開(kāi)設(shè)了教改課程“CAD/CAM實(shí)習(xí)”，介紹了課程設(shè)置的意義、方案、特點(diǎn)以及實(shí)施方法，給出了設(shè)計(jì)和加工實(shí)例，最后對(duì)實(shí)習(xí)進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】實(shí)踐教學(xué)；實(shí)習(xí)；CAD/CAM；創(chuàng)新

【中圖分類號(hào)】G642.44【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1005-1074(2009)05-0232-02

實(shí)踐教學(xué)是鞏固所學(xué)理論知識(shí)和加深理解的重要手段，是將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)越來(lái)越受到重視，已然成為人們的共識(shí)，各個(gè)教學(xué)單位都在著力改進(jìn)和加強(qiáng)這一環(huán)節(jié)，探索在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中取得更大成效的方法。與職業(yè)院校相比，由于普通高校培養(yǎng)目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)不同，理論課程相對(duì)較多，其實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)仍然是弱項(xiàng)，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)偏少的現(xiàn)狀沒(méi)有從根本上改變，實(shí)踐教學(xué)仍需要提高。其中的數(shù)控類實(shí)踐教學(xué)對(duì)硬件條件（計(jì)算機(jī)、機(jī)床、通訊等）和軟件條件（指導(dǎo)人員水平、素質(zhì)等）的要求較高，受其制約，實(shí)施起來(lái)困難相對(duì)更大一些。

針對(duì)存在的問(wèn)題，為了更好地將理論和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神；循序漸進(jìn)，保證每一階段學(xué)習(xí)的效果；同時(shí)避免因?qū)W生考研、找工作及參加競(jìng)賽等事情的影響，造成時(shí)間分散的問(wèn)題。天津大學(xué)實(shí)踐教學(xué)中心在示范中心建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的資助下，實(shí)施教學(xué)改革與創(chuàng)新，合理規(guī)劃教學(xué)方案和內(nèi)容，對(duì)機(jī)械制造專業(yè)學(xué)生新增開(kāi)設(shè)了“CAD/CAM實(shí)習(xí)”課程。

1CAD/CAM實(shí)習(xí)方案

CAD/CAM實(shí)習(xí)課程性質(zhì)為集中實(shí)踐，實(shí)習(xí)時(shí)間為2周，設(shè)定為2學(xué)分。

1.1實(shí)習(xí)目的通過(guò)實(shí)習(xí)，鞏固“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造”及相關(guān)課程所學(xué)的知識(shí)，將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力，同時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力訓(xùn)練，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，使學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中掌握更多的知識(shí)，能夠用CAD/CAM技術(shù)解決工程實(shí)際問(wèn)題。為后續(xù)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)、制造起到橋梁和銜接的作用。

2.2實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容及要求①要求每個(gè)學(xué)生自己構(gòu)思、獨(dú)立設(shè)計(jì)完成一個(gè)零件從設(shè)計(jì)到制造出合格產(chǎn)品的全過(guò)程；②對(duì)設(shè)計(jì)的零件實(shí)體模型要求掌握并使用兩種方法獲得，即根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品，通過(guò)逆向（反求）工程的方法獲取計(jì)算機(jī)模型和應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)的方法獲得；③設(shè)計(jì)時(shí)要考慮采用的加工設(shè)備、加工的可行性及工藝流程；④根據(jù)所設(shè)計(jì)模型的不同，產(chǎn)品的制造可以采用快速原型技術(shù)，也可以采用數(shù)控車或銑、數(shù)控電火花等方法加工。

2.3實(shí)習(xí)時(shí)間及人員安排因?yàn)镃AD/CAM實(shí)習(xí)需要有相應(yīng)的軟件和金工實(shí)習(xí)作為基礎(chǔ)，實(shí)習(xí)時(shí)間不宜太早，故安排在三年級(jí)的第二學(xué)期。鑒于對(duì)每位學(xué)生的要求相同，不存在任務(wù)和內(nèi)容的分工問(wèn)題，采用集中實(shí)習(xí)較好，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度為2周。兩周的實(shí)習(xí)大致分為三個(gè)時(shí)間段：第一階段，零件反求和設(shè)計(jì)約4天，包括查資料、看書(shū)（因涉及到軟件和設(shè)備的使用）。第二階段，快速原型支撐設(shè)計(jì)或加工工藝設(shè)計(jì)約2天。第三階段，零件快速原型制作或數(shù)控加工約4天。機(jī)制專業(yè)5個(gè)班學(xué)生，每個(gè)班配備2名指導(dǎo)教師，全程跟班輔導(dǎo)。

2.4使用設(shè)備、軟件及材料根據(jù)實(shí)習(xí)的要求，實(shí)踐教學(xué)中心提供的資源有：①設(shè)備:數(shù)控車床、數(shù)控銑床或加工中心、電火花機(jī)床、快速原型機(jī)床及掃描儀等。②數(shù)控系統(tǒng):FANUC、SIEMENS、大連大森、華中數(shù)控等。③軟件:CAD/CAM軟件Pro/E、Solidworks、Solidcam等，拼接軟件Polyworks，修補(bǔ)軟件Geomagic studio。④材料:選用易于加工且加工的危險(xiǎn)性較小的材料，如合金鋁、工程塑料等，由學(xué)生自己聯(lián)系購(gòu)買，中心報(bào)銷。

3實(shí)施方法

在實(shí)習(xí)中始終貫徹“學(xué)生為學(xué)習(xí)的主體”的現(xiàn)代教育理念，積極培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，給學(xué)生發(fā)揮聰明才智的機(jī)會(huì)。由于CAD/CAM實(shí)習(xí)的要求和特點(diǎn)，尤其是需要進(jìn)行操作機(jī)床和加工零件，決定了該項(xiàng)實(shí)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練，即訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用CAD/CAM技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此實(shí)習(xí)時(shí)不再是以講解為主，而是將講解、引導(dǎo)、啟發(fā)和討論相結(jié)合，尊重學(xué)生的設(shè)計(jì)思路和方案，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)。

3.1準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

3.1.1查找和收集資料必備資料包括相關(guān)課程的教材，掃描儀使用說(shuō)明書(shū)、所要應(yīng)用的機(jī)床使用手冊(cè)和編程手冊(cè)。

3.1.2閱讀資料需要閱讀的資料是指這次實(shí)習(xí)所要用到的知識(shí)內(nèi)容，分為復(fù)習(xí)和新知識(shí)兩方面。對(duì)于已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)是復(fù)習(xí)，而有些知識(shí)則是需要在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中隨用隨學(xué)，例如軟件在使用時(shí)會(huì)用到以前未用過(guò)的內(nèi)容、機(jī)床操作方面某些未用過(guò)的功能。另外由于有些軟件或使用說(shuō)明書(shū)是英文版的，這些軟件的學(xué)習(xí)既是學(xué)習(xí)軟件本身的新知識(shí)也是學(xué)習(xí)英語(yǔ)的新知識(shí)，同時(shí)也是對(duì)英語(yǔ)的閱讀能力的一個(gè)檢驗(yàn)，由此說(shuō)實(shí)習(xí)的過(guò)程也是提高的過(guò)程。

3.1.3硬件條件的準(zhǔn)備由于同時(shí)實(shí)習(xí)的學(xué)生較多，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備足夠數(shù)量的計(jì)算機(jī)。這次實(shí)習(xí)中要用到相應(yīng)的CAD/CAM軟件，首次使用時(shí)需要檢查所使用軟件的配置情況，看所使用的軟件是否安裝以及安裝是否完全。對(duì)于機(jī)床設(shè)備，在實(shí)習(xí)之前也要檢查機(jī)床工裝夾具、刀具的準(zhǔn)備情況、確定所準(zhǔn)備材料的規(guī)格。

3.2中間環(huán)節(jié)①在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有的學(xué)生對(duì)軟件的使用不熟悉，要鼓勵(lì)學(xué)生互相之間進(jìn)行交流，但要避免等、靠現(xiàn)象，嚴(yán)格執(zhí)行獨(dú)立完成的要求，制止請(qǐng)別的同學(xué)代勞的現(xiàn)象發(fā)生；兩位指導(dǎo)教師原則上一位在機(jī)房，一位在加工車間輔導(dǎo)，負(fù)起責(zé)任，包括記錄考勤在內(nèi)，隨時(shí)督促學(xué)生按照要求完成實(shí)習(xí)任務(wù)；②由于有

的機(jī)床、設(shè)備數(shù)量少，學(xué)生不能同時(shí)使用，需錯(cuò)開(kāi)內(nèi)容，穿插進(jìn)行，一些學(xué)生使用時(shí)，其他的學(xué)生則看資料或進(jìn)行設(shè)計(jì)；③在生成加工代碼（程序）之前，要建立坐標(biāo)系，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，機(jī)床坐標(biāo)系、參考點(diǎn)及工件坐標(biāo)系之間的關(guān)系是個(gè)難點(diǎn)，容易混淆，需要指導(dǎo)教師著重講解；要指導(dǎo)學(xué)生建立編程簡(jiǎn)單、尺寸換算少、引起的加工誤差小的工件坐標(biāo)系；④對(duì)于實(shí)際加工，要合理確定刀具的角度，避免出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象；合理選擇切削參數(shù)，保證加工質(zhì)量和效率；⑤選擇與所用機(jī)床系統(tǒng)相匹配的NC模版，生成程序；⑥一定要進(jìn)行加工仿真演示和NC檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并將刀具軌跡圖寫(xiě)入實(shí)習(xí)報(bào)告；⑦加工制造時(shí)，由于機(jī)床和指導(dǎo)教師人數(shù)少，另外，一位指導(dǎo)教師不可能同時(shí)指導(dǎo)和照看多臺(tái)機(jī)床的學(xué)生操作，則可采用“傳幫帶”的辦法，首先指導(dǎo)進(jìn)度快且已到加工階段的學(xué)生進(jìn)行加工，待其完成后，讓其變換角色，行使指導(dǎo)教師的職能，指導(dǎo)同樣使用該型號(hào)機(jī)床的后續(xù)的學(xué)生加工，這樣可以使學(xué)生加深理解和鞏固機(jī)床操作技能；⑧為提高效率，在計(jì)算機(jī)與機(jī)床之間采用通訊方式傳遞數(shù)據(jù)，讓學(xué)生掌握現(xiàn)代加工通訊手段。

3.3總結(jié)及答辯環(huán)節(jié)首先應(yīng)當(dāng)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到總結(jié)的重要性，總結(jié)自己的實(shí)習(xí)情況，取得的收獲以及存在的問(wèn)題，其中實(shí)習(xí)報(bào)告就是一種很好的方式。要求學(xué)生完成CAD/CAM后撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告，學(xué)生通過(guò)撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告也在一定程度上進(jìn)行了寫(xiě)作的規(guī)范訓(xùn)練，鍛煉了論文寫(xiě)作的能力。實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫(xiě)質(zhì)量將作為考核和成績(jī)?cè)u(píng)定的重要依據(jù)。

通過(guò)撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告可以使學(xué)生理清思路，在答辯自述時(shí)取得較好的效果。答辯的自述情況是對(duì)語(yǔ)言表達(dá)能力的一種檢驗(yàn)，答辯過(guò)程也是對(duì)語(yǔ)言表達(dá)能力的一種訓(xùn)練。

4實(shí)習(xí)實(shí)例

該例學(xué)生實(shí)習(xí)完成的內(nèi)容較豐富，做了零件掃描、設(shè)計(jì)了組合式筆筒，車削了筆筒的支架。使用的軟件及設(shè)備分別為Pro/E2.0，惠普SJ8290掃描儀，PolyworksV8拼接軟件，“Geomagic studio 6.0”修補(bǔ)軟件，“CAK6136P”數(shù)控車床、大森Ⅲ系統(tǒng)。

4.1逆向工程圖像的產(chǎn)生和處理逆向工程是指由現(xiàn)有零件獲取其幾何特征，尤其適用于未知的具有復(fù)雜形狀的零件。掃描是其中的方法之一，具體步驟是首先對(duì)所要反求的物體進(jìn)行多角度掃描，以便取得立體特征；其次打開(kāi)兩個(gè)圖像，將其中一個(gè)鎖定，利用不同的兩個(gè)角度圖像之間存在的公共點(diǎn)，任選三點(diǎn)，注意其位置和方向，進(jìn)行拼接，其他圖像利用同樣方法進(jìn)行，可得到整體圖像，如圖1容劑瓶所示；然后對(duì)所得到的圖像（圖1）進(jìn)行修復(fù)，即修補(bǔ)漏洞，經(jīng)曲面化后，將圖像保存為iges格式得到圖2；最后使用Pro/E軟件對(duì)得到的圖象（圖2）進(jìn)行處理，即可得到實(shí)體，如圖3所示。

圖1 拼接圖形圖 圖2 修復(fù)后的圖形 圖3 實(shí)體圖形

4.2自主設(shè)計(jì)零件如圖4所示自行設(shè)計(jì)的零件為一個(gè)筆筒，為便于加工，筆筒主體和支架（圖5）設(shè)計(jì)成分體形式。該例在設(shè)計(jì)上比要求更進(jìn)了一步，變成了2個(gè)零件。由于這次實(shí)習(xí)是學(xué)習(xí)方法，不是為加工更多的零件，故選擇一個(gè)零件（筆筒支架）進(jìn)行編程加工。

為體現(xiàn)數(shù)控車削加工的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的零件要求至少包含圓柱面、錐面及弧面3種成分，即其刀具軌跡為直線、斜線及曲線。

4.3生成數(shù)控程序常規(guī)安裝的Pro/E中有的機(jī)器沒(méi)有安裝NC編程功能，首次使用時(shí)需要重新安裝。將Options功能中的“Mold Component Catalog”、“Pro/Plastic Advisor”、“VERICUT（R）for Pro/ENGINEER”和Interfaces中的Pro/CDT、Pro/FEMPOST重新選中進(jìn)行安裝即可。

圖6~圖7分別為加工的刀具軌跡仿真圖和NC檢測(cè)結(jié)果。

CAD/CAM實(shí)習(xí)是一門新的實(shí)踐課程。學(xué)生利用CAD/CAM軟件和數(shù)控設(shè)備進(jìn)行了零件的自主設(shè)計(jì)、制造全過(guò)程的工程實(shí)際訓(xùn)練，融會(huì)貫通了所學(xué)的相關(guān)課程知識(shí)，提高了動(dòng)手能力。通過(guò)實(shí)習(xí)學(xué)生學(xué)到了一些新知識(shí)、培養(yǎng)了創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、并進(jìn)行了一定的寫(xiě)作訓(xùn)練，為后續(xù)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，也為具有進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)、制造綜合應(yīng)用能力起到橋梁和銜接的作用。文中給出的實(shí)習(xí)方案、實(shí)施方法，提高了實(shí)踐教學(xué)的效果，可為相關(guān)課程的開(kāi)設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李佳.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造[M].天津大學(xué)出版社，2002.