李玲芳,車曉毅

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面向應(yīng)用的《機械CAD/CAM》課程項目式教學(xué)

李玲芳*,車曉毅

(湖南文理學(xué)院 機械工程學(xué)院, 湖南 常德, 415000)

采用了項目教學(xué)法, 以學(xué)生熟悉的液壓齒輪泵為實踐項目, 制訂機械CAD/CAM教學(xué)內(nèi)容,包括項目的決策、規(guī)劃和實施. 項目教學(xué)完成后, 針對教學(xué)重點與教學(xué)目標, 從CAD/CAM的各個方面設(shè)計考核點, 從理論基礎(chǔ)和應(yīng)用實踐兩方面進行考核. 這種教學(xué)方式使學(xué)生不僅掌握了相關(guān)軟件, 更能掌握如何在實踐項目中合理地應(yīng)用機械CAD/CAM, 教學(xué)效果良好.

機械CAD/CAM, 項目教學(xué)法, CATIA

隨著計算機、數(shù)字化信息技術(shù)以及圖形技術(shù)的發(fā)展, 機械CAD/CAM技術(shù)也異常迅速的發(fā)展和應(yīng)用起來, 在工程設(shè)計方法和手段方面以及機械制造業(yè)取得了根本變革. 在傳統(tǒng)的《機械CAD/CAM》教學(xué)中, 如何操作軟件各項命令往往是教學(xué)主要內(nèi)容, 缺乏機械設(shè)計專業(yè)知識的融會貫通. 從目前教學(xué)情況來看, 學(xué)生的主要問題在于CAD/CAM系統(tǒng)的綜合應(yīng)用能力; 并且現(xiàn)有教學(xué)方法的主體為教師而非學(xué)生, 學(xué)生不能完全發(fā)揮其主觀能動性與創(chuàng)新性; 由于不能模擬真實的應(yīng)用場景, 缺少真情實景的錘煉, 這使CAD/CAM教學(xué)與實踐要求脫節(jié)[1]. 結(jié)合課堂教學(xué)、情景教學(xué)和職業(yè)技能認證, 針對這樣的問題, 本文提出以教師為導(dǎo)向, 學(xué)生為主體, 采用項目教學(xué)的方法, 實現(xiàn)體驗式學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí), 研究在機械專業(yè)課程中實行項目教學(xué)法的可行性.

1 建模理論聯(lián)系實踐項目

對教師而言, 在制定授課內(nèi)容時, 應(yīng)對機械設(shè)計行業(yè)有深入了解, 調(diào)查與論證在企業(yè)中如何高效協(xié)同設(shè)計, 以確定CAD/CAM人才所需的基本能力; 設(shè)置多個相聯(lián)系的實踐項目, 每個實踐項目都能貫穿于一個授課階段, 安排教學(xué)過程時要結(jié)合學(xué)生的認知規(guī)律, 這樣一個源于實踐的授課系統(tǒng)就產(chǎn)生了[2—4]. 圖1所示的齒輪泵為機械產(chǎn)品中常見的組件, 是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵. 以此為設(shè)計項目, 制定的機械CAD/CAM課程授課內(nèi)容.

圖1 齒輪泵組件結(jié)構(gòu)圖

液壓齒輪泵組件結(jié)構(gòu)比較簡單, 主要由泵體、泵蓋、主動齒輪、從動齒輪和安全閥等組成. 泵體、泵蓋和齒輪構(gòu)成的密封空間就是齒輪泵的工作室. 兩個齒輪的輪軸分別裝在兩泵蓋上的軸承孔內(nèi), 主動齒輪軸伸出泵體, 由電動機帶動旋轉(zhuǎn), 其多數(shù)部件均在數(shù)控機床上銑削或車削而成, 所以它能非常好地體現(xiàn)本課程的主要內(nèi)容. 通過對組件裝配樹的分析, 可以使學(xué)生們理解機械CAD/CAM常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 通過二維草圖的繪制, 可以使他們理解基本的計算機圖形處理技術(shù)(CG技術(shù)); 通過不同類型零件的建模, 可以使他們理解CAD/CAM建模技術(shù); 另外, 就軟件應(yīng)用的方面來講, 可以把其中的泵體泵蓋、傳動齒輪作為三維零件造型的實踐項目, 把整體的虛擬裝配作為裝配實踐項目, 傳動軸與泵體的數(shù)控加工過程可作為CAM實踐項目. 這種結(jié)合實際的、直觀明確的教學(xué)方法, 使學(xué)生們對CAD/CAM的內(nèi)容融會貫通, 學(xué)有方向.

2 項目教學(xué)法的內(nèi)容

2.1 軟件的選擇

法國DASSAULT公司出品的大型三維軟件CATIA是一個完整的計算機輔助設(shè)計與制造集成系統(tǒng), 集CAD、CAE和CAM于一體, 適合于航空航天器、汽車、通用機械以及模具等的設(shè)計、分析與制造. 在本課程中使用到的主要模塊有: 零件設(shè)計PDG(Part Design); 裝配設(shè)計ASD- (Assembly Design); 交互式工程繪圖IDR(Inter- active Drafting); 車削加工 LMG(Lathe Machin- ing); 高級加工 AMG(Advanced Part Machining). 綜合利用CATIA 的CAD/CAM的集成, 以CATIA軟件為設(shè)計平臺, 設(shè)計齒輪泵組件, 進行數(shù)控加工編程與模擬, 能夠大大提高設(shè)計與制造的效率, 應(yīng)用CATIA可以使項目教學(xué)順利進行.

圖2 項目教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計流程

2.2 項目設(shè)計

由于在工程分析和工藝規(guī)劃方面已經(jīng)開設(shè)了相關(guān)課程, 因而在本課程中這兩部分僅進行簡單介紹, 幾何建模為課程最重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容, 其中包括建立零件模型和整體裝配模型. 上述任務(wù)單元盡管各自的目標不同, 但在內(nèi)容上相互聯(lián)系、相互銜接, 前者為后者提供條件和基礎(chǔ), 后者對前者進行鞏固和提高.

2.3 項目的執(zhí)行

①決策. 該項目基本包括了CAD/CAM的全部教學(xué)內(nèi)容, 包括零件三維建模、組件裝配、工程圖以及零件數(shù)控加工等, 難度適中. 涉及到機械制圖、機械設(shè)計、機械制造技術(shù)等專業(yè)知識, 使學(xué)生能運用已有知識和技能解決全新的實際問題, 如齒輪參數(shù)化建模、用投影方法繪制工程圖等;

②規(guī)劃. 會運用到CATIA軟件的零部件設(shè)計、創(chuàng)成式外形設(shè)計、裝配設(shè)計、工程圖和數(shù)控加工幾個模塊. 根據(jù)齒輪泵組件的運動原理和建模特點, 確定各模塊工作內(nèi)容以及完成任務(wù)的方法、步驟、時間安排和成員分工.

③實施. 項目實施按模塊進行. 其步驟如下: 零件幾何建模; 組裝零部件進行虛擬裝配、創(chuàng)建裝配圖和零件圖; 對關(guān)鍵零件進行刀具路徑設(shè)計, 生成后置程序; 利用數(shù)控仿真加工模塊進行加工.

④檢查和評價. 項目教學(xué)完成后, 對學(xué)生的最終學(xué)習(xí)成效進行檢查和評價.

2.4 考核方式

教師和學(xué)生主要根據(jù)教學(xué)評價結(jié)果判斷教學(xué)目標的完成情況, 最終考核結(jié)果可作為主要依據(jù)對教學(xué)效果進行反饋與矯正. 由于本課程與實踐緊密相關(guān), 采用傳統(tǒng)的期末筆試的方法已經(jīng)不甚合適, 因此, 必須對考核方案進行一定改動.

在CAD/CAM課程教學(xué)評價及考核方面, 針對教學(xué)目標設(shè)置了多個考核點, 采取上機操作、課程大作業(yè)與筆試相結(jié)合的方式, 考查學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度. 各項考核結(jié)果占總成績的比例安排如下(總分100): 課堂出勤10分, 上機操作成績30分, 期末大作業(yè)30分, 筆試30分. 課程中安排有上機練習(xí)課, 在此期間進行上機操作部分的評價: 在專用試題庫中隨機抽取練習(xí)題目, 重點考核學(xué)生對各教學(xué)目標的掌握程度, 以便及時反饋并修正學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的偏差. 課程大作業(yè)的題目為一小型產(chǎn)品的CAD/CAM過程設(shè)計, 重點考查學(xué)生的綜合設(shè)計水平, 該項考核有助于提高學(xué)生思維的靈活性及創(chuàng)造力. 筆試的目的是為考核學(xué)生對CAD/CAM基礎(chǔ)理論與原理的掌握.

3 結(jié)論

機械CAD/CAM課程教學(xué)新方法對以往教學(xué)過程中分模塊簡單講授軟件使用的方式進行了改進. 采用了項目教學(xué)法, 以學(xué)生熟悉的液壓齒輪泵為實踐項目, 制訂機械CAD/CAM教學(xué)內(nèi)容, 使學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了相關(guān)軟件, 還掌握了機械CAD/CAM在實踐項目中的應(yīng)用過程, 取得了較好的教學(xué)效果.

[1] 胡偉. “CAD CAM＼CAPP＼CAE課程綜合訓(xùn)練”教學(xué)探索[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報: 社會科學(xué)版, 2008(8): 76—77.

[2] 程德蓉. 案例推理技術(shù)在CAD／CAM課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J]. 中國遠程教育, 2010(12): 69—72.

[3] 程永奇. 基于UG的“模具CAD／CAM”教學(xué)實踐探討[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報: 社會科學(xué)版, .2010(10): 150—151.

[4] Li Ru-xiong, Jiao Song-hua. Teaching Technique Innovation on CAD/CAM/CAE of mold course[J]. IERI Procedia, 2012(2): 137—141.

From theory to practice: the project teaching method of mechanical CAD/CAM

LI LingFang, CHE XiaoYi

(College of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The Project Teaching Method was adopted and the hydraulic gear pump was used as the practice project. The teaching contents include the decision, programming and implement of the project. After the project teaching was finished, the examination was taken from two aspects of theory and application, including every aspect of CAD/CAM. This kind of teaching method make the students mastered not only the related software, but also the concept and application of CAD/CAM integration.

mechanical CAD/CAM; the project teaching; CATIA

G 642.4

1672-6146(2014)01-0076-03

10.3969/j.issn.1672-6146.2014.01.018

通訊作者email: yourvicky@126.com.

2013-12-15

湖南省”十二五”重點建設(shè)學(xué)科(機械設(shè)計及理論)(湘教發(fā)2011(76)); 湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院教改項目(Fjg-0913).

(責(zé)任編校: 譚長貴)