《模具CAD/CAM》教育教學實踐

張玉新，張瑞珠，李勇，馮在強

(華北水利水電學院機械學院，河南鄭州450045)

《模具CAD/CAM》教育教學實踐

張玉新，張瑞珠，李勇，馮在強

(華北水利水電學院機械學院，河南鄭州450045)

為專業的發展對《模具CAD/CAM》課程進行了改革，結合專業的特點將教學大綱、教學內容和教學模式進行了相應調整。以杯子的注塑模設計與制造為案例進行了技能融合理論知識的教學實踐。初步實踐充分證明了課程改革對人才的培養和專業的發展具有積極意義。

《模具CAD/CAM》;課程改革;教學實踐;模具設計

一、課程改革的背景與體現

機械學院于2001年設立了材料成形及控制工程專業(以下簡稱“材控專業”)，借鑒國內院校材控專業的發展經驗，以單一的模具方向為建設重點。隨著專業日益的發展與經驗的積累，綜合模具行業的逐漸成熟、社會用工和模具專業的學生就業形式的嚴峻性，材控專業增設了焊接方向，兩個方向學生共同學習的材控專業的課程包括基礎課(如《物理化學》、《材料科學基礎》、《金屬學熱處理》、《材料成型原理》、《工程材料及成型技術》和《材料力學性能》等)和少數專業限選課(如《塑性成型工藝及模具設計》和《釬焊》等，但《模具CAD/CAM》除外)，其它課程作為專業任選課供學生選學。實踐和時間證明，專業學生的總體就業情況明顯好轉，表現為學生就業快且就業率高(就業和考研綜合高達97%)。但模具方向的就業情況一直以來不容樂觀，致使超過1/2的學生選擇了備考研究生，少數學生選擇了從事焊接工作，模具方向的課程教學實施與發展遇到了瓶頸。

雖然專業方向的增設使得學生的就業壓力小了，但新的問題隨之顯現，一則我校材控專業在國內基本無知名度，以及社會對從事模具相關工作經驗的要求過高等原因，導致用人單位的漠視;二則由于方向課程的系統性欠佳，我們培養的學生無論讀研深造還是從事模具或焊接或相關專業工作時出現專業不專等現象，教學改革迫在眉睫。本專業2010年上半年度進行了有針對性的課程體系改革，使專業課程更加系統、完整和合理，而受改革影響較大的課程當屬《模具CAD/CAM》，即由原來的方向限選課變更為專業任選課。緣于此，課程以課題“RE(逆向工程)技術在模具設計中的應用研究”為平臺，對課程改革在教學內容和模式以及人才的培養等方面進行了教學實踐。

二、課程改革的實施

傳統的《模具CAD/CAM》教學模式以厚重的理論教學為基礎，以培養具有深厚理論基礎的技術型人才及研究人才為目的［1］。但隨著近年來高校本科生的擴招、越來越多的學校增設模具專業以及國家大力支持職業教育的發展實施，要求畢業生既要掌握技術又要有技能，對傳統的《模具CAD/CAM》教育模式改革成為必然。為了使這一課程改革順利過渡和實施，并能與計算機及模具行業的快速發展、技能型人才的發展需求相適應。從2010—2011學年第一學期開始，針對《模具CAD/CAM》的教學改革進行了教學準備、教學內容、教學方式等方面的一系列改革實施措施。

《模具CAD/CAM》課程性質的變更，要求教學大綱和內容進行徹底的調整。因為專業任選課意味著模具和焊接方向的學生都可憑自己的興趣進行選學，在有利于拓展學生知識面的同時，對教學內容和教學的實施都提出了更高的要求。

首先，體現在對學生掌握知識的要求方面。任選課對學生所掌握知識的要求較低，尤其是安排在第七學期(一般安排在后半學期)，學生多以備考研究生和找工作為主，請假和逃課現象嚴重。如果以理論為主，學生需要按步就班地花費大量時間預習、聽課、消化和吸收，實踐證明效果很差。因此，課程不得不對學生掌握的理論知識降低要求，增強教學模塊之間銜接相對不很密切的實踐性教學內容和環節。

其次，體現在教材的選取上，適合本科教學的《模具CAD/CAM》教材版本較多，或以理論為主，或以軟件的應用為主，而案例多以塑料件注塑模為主。只有模具方向學生學習過塑料模具知識，焊接方向學生無任何基礎，要求教材內容須兼備金屬與塑料模具設計，以供學生選學。

最后，任選課要求教學內容必須與專業方向課程的連接不能過于緊密銜接。由原來的以理論為主線、技能為輔更改為重點學習技能、理論要求了解為特色的應用實踐課程。依托教學大綱與教學內容，授課計劃的調整見表1。保持32個總學時(其中實驗10學時)不變，并根據學校近年來增添的可共享的教學與科研實驗設備情況，開設今后模具行業較為常用的RE技術和快速原型技術課堂與實驗環節。

表1 授課計劃的調整對照

實踐說明，這種輔以課堂演示與理論講解、實驗操作與輔導結合的任選課課程內容的調整與實施，不但加深了學生對模具設計與制造的理解，更提高了學生專業知識的綜合運用能力。

三、教學實踐與案例

《模具CAD/CAM》是一門實踐性很強的課程，在應用型人才的培養過程中具有重要的地位［2－3］。改革后的知識技能結構既要使學生掌握CAD/CAE/CAM軟件的操作技能，又要理解產品數據管理與數據交換標準，并知道如何進行圖形分析和用正確的數據結構來表達。這就要求教學過程中合理設計教學內容，技能操作輔以理論滲透，達到技能與技術的集合。實現這一教學目標，較為有利的條件有三。其一，本專業在第七學期開設了專業任選課《Pro/E三維造型技術》，課程應用的Pro/E(Pro/ENGINEER，簡寫為“Pro/E”)集CAD/CAE/CAM功能為一體，是模具行業較為成熟的軟件，為逆向技術、模具設計與模擬以及制造仿真教學的開展提供了教具。材控專業設置該課至今，無論是三個還是四個專業班級，選課人數穩定在80或110人以上，選學學生接近滿員，學生具備了軟件的運用基礎。其二，在大型儀器設備的共享的條件下，鋼結構研究所的3D CaMega便攜激光掃描儀和快速原型機為教學實驗以及科研項目的實施帶來了便利。其三，專業已有大型注塑機可為教學與科研的有機結合服務，更能以科研促進教學。

基于以上軟硬件條件，將教學模塊進行了設計安排，現以注塑產品——塑料杯為設計原型對教學進行了案例法教學實踐探析，課堂和實驗教學過程如圖1所示，流程中模具設計環節的實現得益于RE技術在課程中的教學運用。RE技術是在沒有設計圖紙或者設計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，按照現有杯子零件的實物模型，利用各種數字化技術及CAD技術重新構造原形CAD模型的過程。通過三維掃描儀可直接獲取零件的高精度三維數據，通過軟件構造曲面或實體使之成為所需的三維數據模型;還可以運用影像逆向，通過照相機或者其它攝影儀器對原實物進行拍照，然后需將照片在Pro/E中進行模型重構，如圖2所示，這為教學提供了更為豐富的教學方式。

圖1 杯子的實例教學流程

圖2 影像逆向處理

為了更好地實施表1中更新的教學程序，對設計與制造杯子注塑模具時必須具備的基本能力進行剖析分解，將理論知識點和技能通過開發典型注塑模具設計實例進行講解，具體操作可根據注塑模具設計流程把注塑模具設計的理論基礎知識和軟件應用知識結合講解。

《模具CAD/CAM》課程教學演示與講解的知識點為:第一，RE技術相關知識在課程中是按照工作流程對RE技術數字化測量系統和方法、點云數據預處理、三維模型重構、RE技術系統以及快速原型技術和快速模具制造技術等進行全面的講解，在影像逆向設計杯子參照模型時融入講解CAD/CAM軟件基礎知識。要求學生對技能會操作、知識點了解。第二，模具設計模塊作為重點知識點，技術與技能結合實現教學目標。即在杯子的模具零件設計融入講解型腔數目確定與布局、分型線與分型面的設計、動定模尺寸確定、澆口形式與位置、流道設計、冷卻系統設計、模架結構設計等模具結構知識的理論與方法。要求學生對技能會操作、知識點掌握。第三，注塑CAE知識點的教學即杯子的注塑件工藝分析時融入實際應用的塑料材料成型特性、工藝參數的優化、注塑CAE結果的分析等理論與方法。要求學生對技能會操作、知識點掌握。第四，模具CAM環節演示機床、加工方式和刀具的選擇、加工零點與退刀平面的確定、主軸轉速等制造參數的設置、NC序列數控加工仿真的操作。要求學生對技能會操作、知識點了解。

四、結語

《模具CAD/CAM》課程由專業限選更改為任選課的教學改革促使教學大綱、教學內容和教學方式等從理論為主向技能+理論轉變。通過課堂操作與講解、實驗演示與指導使學生得到較實際的實踐鍛煉。教學中取得了很好的教學效果，可供其它課程借鑒。

為本科課堂教學、課程設計和畢業設計提供了更先進的模具設計方法。同時，使學生接受到教學與科研的同步訓練，加強了對模具設計人才的培養，為以后從事技術工作及開拓新的技術領域打下必要的基礎，進而提高了我校模具方向學生的就業競爭力，促進了本專業的發展。

［1］李靜．模具CAD/CAM一體化教學改革［J］．教育管理，2009，(8)．

［2］袁新芳．應用型本科CAD/CAM課程教學改革之初探［J］．江蘇技術師范學院學報，2004，(10)．

［3］田文彤．“模具CAD/CAM”課程改革探索［J］．中國科教創新導刊，2009，(4)．

Course Reformation and Teaching Practice of Die＆Mould CAD/CAM

ZHANG Yu-xin，ZHANG Rui-zhu，LI Yong，FENG Zai-qiang
(School of Mechanical Engineering，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

The course reform of Die＆Mould CAD/CAM was carried on for the discipline development，the program of instruction and course content and educational model is adjusted with the specialized characteristic．This paper takes 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 proves fully that the course reform has very positive significance for talented person’s raise and the development of the discipline．

Die＆Mould CAD/CAM;Course reform;Teaching practice;Die designs

G642

A

1008—4444(2011)06—0170—03

2011－09－08

華北水利水電學院2011年教改項目《創造性思維方法滲透到材控專業學生畢業設計全過程的探索與實踐》。

張玉新(1977—)，女，河北衡水人，華北水利水電學院機械學院講師，碩士。

(責任編輯:劉明)