鐘相強(qiáng)，朱協(xié)彬，梁利東

（安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院先進(jìn)數(shù)控和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241000）

0 引 言

安徽工程大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”專業(yè)為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)，同時(shí)為卓越工程師培養(yǎng)試點(diǎn)專業(yè)，本科專業(yè)特色定位在應(yīng)用型技術(shù)本科，主要培養(yǎng)服務(wù)于技術(shù)密集生產(chǎn)第一線的技術(shù)應(yīng)用、管理方面的綜合性人才，既區(qū)別于普通本科的學(xué)術(shù)型、研究型人才培養(yǎng)定位，又區(qū)別于高職高專學(xué)生側(cè)重一線操作的培養(yǎng)定位，在這種形式下如何加強(qiáng)機(jī)械類專業(yè)人才的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力是急需解決的問(wèn)題。

結(jié)合我校和我院實(shí)際，培養(yǎng)體系構(gòu)建從相關(guān)理論課程和實(shí)踐課程入手，對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)涉及到的相關(guān)課程進(jìn)行優(yōu)化整合，形成一套面向數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的系統(tǒng)體系方案。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)體系構(gòu)建

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)體系

圖1為數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)體系圖。從圖中可看出，培養(yǎng)體系以機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)制造過(guò)程為導(dǎo)向，課程教學(xué)內(nèi)容改革為重點(diǎn)，分學(xué)期展開進(jìn)行。從大一到大四整個(gè)過(guò)程中，與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造相關(guān)的軟件學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，從工程圖學(xué)能力培養(yǎng)、機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和機(jī)械加工工藝及夾具能力培養(yǎng)，到虛擬樣機(jī)及有限元分析和計(jì)算機(jī)輔助制造，每一過(guò)程都在強(qiáng)化軟件的應(yīng)用和能力的培養(yǎng)[1]。

1.1 工程圖學(xué)能力培養(yǎng)

工程圖學(xué)能力培養(yǎng)以畫法幾何和機(jī)械制圖為基礎(chǔ)，以三維建模為主線，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象、看圖、讀圖、三維建模和工程圖制作能力等，將機(jī)械制圖經(jīng)典內(nèi)容與計(jì)算機(jī)輔助繪圖相結(jié)合，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件作為輔助空間思維的有效工具，幫助學(xué)生建立由空間到平面，從平面到空間的思維能力，具體結(jié)合齒輪泵測(cè)繪進(jìn)行實(shí)施[2]。

教學(xué)中還引入三維設(shè)計(jì)軟件，如Pro/E，重點(diǎn)進(jìn)行三維零件創(chuàng)建和裝配設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能夠看得見(jiàn)自己的設(shè)計(jì)。在裝配設(shè)計(jì)中具體還可結(jié)合自底向上和自頂向下兩種設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)的虛擬樣機(jī)及計(jì)算機(jī)輔助制造教學(xué)奠定基礎(chǔ)，不斷培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虉D制作習(xí)慣，能夠繪制出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工程技術(shù)圖樣。

1.2 基于三維的機(jī)械設(shè)計(jì)綜合能力培養(yǎng)

基于三維的機(jī)械設(shè)計(jì)綜合能力培養(yǎng)，主要以減速器設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，在第七學(xué)期還會(huì)結(jié)合一個(gè)機(jī)械制造裝備的課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)題目下達(dá)以后，進(jìn)行方案構(gòu)思、設(shè)計(jì)計(jì)算，初步建模直至最后完成設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，從零件建模、部件裝配到整機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，均以數(shù)字化、可視化的形式，更直觀和形象[3]。

另外，三維設(shè)計(jì)軟件可以直接轉(zhuǎn)換生成二維的零件圖和裝配圖，并在AutoCAD、CAXA中進(jìn)行適當(dāng)修改后，就是完成課程設(shè)計(jì)所要求的圖紙。這樣，學(xué)生對(duì)三維設(shè)計(jì)與二維工程圖之間關(guān)系的理解會(huì)得到進(jìn)一步的加深。

1.3 基于三維的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)

基于三維的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)包括兩個(gè)方面：一是零件的工藝過(guò)程卡和工序卡制作，二是某道工序的夾具設(shè)計(jì)。卡片的制作要求學(xué)生利用CAXA工藝圖表進(jìn)行生成，便于修改和進(jìn)一步完善；夾具的設(shè)計(jì)一般只設(shè)計(jì)某一道工序即可，一般為鉆夾具或者銑夾具，對(duì)于鉆夾具要設(shè)計(jì)鉆模板，對(duì)于銑夾具要有對(duì)刀裝置和定位裝置。

因零件的制造工藝和夾具設(shè)計(jì)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常重要的，絕大多數(shù)課題都來(lái)自企業(yè)項(xiàng)目產(chǎn)品，從零件建模到工序夾具設(shè)計(jì)，都必須采用三維進(jìn)行表達(dá)，夾具的運(yùn)動(dòng)形式還要進(jìn)行仿真。有了三維圖之后再進(jìn)行工程圖的制作就更方便和直觀。

1.4 虛擬樣機(jī)及有限元分析技術(shù)

先期學(xué)生已進(jìn)行了齒輪泵和減速器的三維設(shè)計(jì)，但絕大部分還只局限于靜態(tài)的三維建模和裝配的階段，重點(diǎn)要通過(guò)虛擬樣機(jī)分析產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性，基于ADAMS軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，以更直觀的形式理解機(jī)構(gòu)原理等知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；基于ANSYS軟件對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行工程分析，得到重要零部件的應(yīng)力、應(yīng)變等物理量，在物理樣機(jī)制作之前進(jìn)行檢查，以便提高實(shí)際樣機(jī)制作成功的概率[4]。

1.5 計(jì)算機(jī)輔助制造

廣義計(jì)算機(jī)輔助制造是利用計(jì)算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中的直接和間接的各種生產(chǎn)活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流控制、質(zhì)量保證等。狹義計(jì)算機(jī)輔助制造是數(shù)控加工程序編制。對(duì)于復(fù)雜零件的加工，采用手工編程已經(jīng)無(wú)能為力，圖形交互式數(shù)控編程應(yīng)運(yùn)而生，此項(xiàng)技術(shù)在企業(yè)里已被廣泛應(yīng)用。從我院實(shí)際出發(fā)，二維或三維模型的構(gòu)建主要基于AutoCAD、Pro/E和UGNX，數(shù)控加工程序的生成主要基于MasterCAM[5]。

結(jié)合實(shí)際，把以前的數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)改為數(shù)控實(shí)訓(xùn)，數(shù)控實(shí)訓(xùn)中要求學(xué)生編制中等復(fù)雜程度零件的數(shù)控加工工藝過(guò)程，NC代碼的輸入采用手工編寫和自動(dòng)生成兩種方式，以宇龍仿真軟件為程序驗(yàn)證平臺(tái)，給學(xué)生提供良好的情境教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生真正感受到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工制造的過(guò)程。

2 實(shí)踐與效果

利用課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，以機(jī)械產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)和制作為切入點(diǎn)來(lái)進(jìn)行學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)。通過(guò)研究與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該培養(yǎng)體系具有較好的效果，不但使學(xué)生在圖形表達(dá)和常規(guī)工程設(shè)計(jì)制造能力得到提高，其創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力也得到培養(yǎng)和訓(xùn)練。

我校學(xué)生通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的培養(yǎng)，獲得2010年度全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（簡(jiǎn)稱3D大賽）安徽賽區(qū)特等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，全國(guó)總決賽三等獎(jiǎng)一項(xiàng)，2011年度全國(guó)3D大賽安徽賽區(qū)特等獎(jiǎng)一項(xiàng)，一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，全國(guó)總決賽二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。與此同時(shí)，學(xué)院作為國(guó)家制造業(yè)信息化三維CAD教育培訓(xùn)基地，近三年培訓(xùn)學(xué)生達(dá)一千人。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該培養(yǎng)體系能調(diào)整并優(yōu)化專業(yè)課程間的不合理、跟不上時(shí)代需求的設(shè)置，能有效地解決學(xué)生對(duì)機(jī)械類相關(guān)課程內(nèi)容的理解和掌握，改善目前學(xué)生應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)制造軟件能力差的現(xiàn)狀，有效地解決學(xué)校教學(xué)與企業(yè)需求之間的脫節(jié)現(xiàn)象，為學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型本科專業(yè)人才提供保障。

[1]范彩霞.機(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的探索—以黃河科技學(xué)院為例[J].中國(guó)電力教育,2010(19):32-34.

[2] 趙惠清,安瑛,馮連勛.機(jī)械專業(yè)本科生全程三維設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2004(3):116-119.

[3] 王全先,張玉華.機(jī)械類專業(yè)人才三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2007,24(3):114-115.

[4] 譚偉,程芳.數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造環(huán)境下課程體系設(shè)置與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊,2011(5):40-41.

[5] 王孝義,王全先.數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)教學(xué)體系建設(shè)的研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2011,28(3):97-98,100.