關于項目教學在機械CAD/CAM(UG)軟件上的應用

　　項目教學是學生在教師的指導下親自處理一個項目的全過程，在這一過程中學習掌握教學計劃內的教學內容。學生全部或部分獨立組織、安排學習行為，解決在處理項目中遇到的困難，提高了學生的興趣，自然能調動學習的積極性。因此“項目教學法”是一種典型的以學生為中心的教學方法。
　　下面就主要教學過程介紹如下：
　　首先，布置項目是利用UG軟件對輸送機的聯接軸進行強度分析。
　　學生通過對UG繪圖命令的掌握，將聯接軸先繪制出三維的模型，如圖1。
　　其次，學生參照教材中強度分析的步驟自己解決分析問題。
　　一、結構分析的準備階段
　　在NX Nastran中存在四種格式的文件，如圖2表示所示，分別為部件文件、理想化幾何體文件、FEM文件、仿真文件。這四種文件是由低級到高級的關系，下面的文件依附于上面的文件而存在，換句話說，上面的文件是下面文件進行工作的藍本，如果在上級文件進行修改，則其下屬文件也會隨之更新，熟練掌握這四種文件的操作和相互依附關系是成功的運用Nastran的基礎。
　　二、對模型施于材料屬性
　　UG為用戶提供了常用的材料，包括各項同性材料的31種常用金屬和幾種工程塑料，但大多數情況下，我們需要自己建立材料，建立材料的方法有兩種，一種是建立自己的材料庫，這種方法比較麻煩，但是對于很多需要經常使用的材料，用戶建立材料庫還是可以省去許多重復輸入參數的時間。另一種比較簡單，用戶可以選擇UG自帶的材料進行編輯和修改，但這種修改只在這一次分析中可用，下一次分析別的零件時還需要重新輸入一次。第一種方法需要修改一些UG的環境變量。
　　三、模型的網格劃分
　　在FEM文件中進行該操作。Nastran為用戶提供了強大的網格劃分和修補工具，在這個模塊，我們可以定義網格配對條件，這在分析裝配件的強度時是必須用到的，也可以對網格進行必要的修補和細化，例如，所示我們可以在感興趣的區域細化網格（如圖3），也可以把一些碎小的面合并，有時為了其他用途，如施加載荷的需要，我們還能把一個面拆分為多個面。在整個結構分析的過程中，網格的劃分工作至關重要，優質的網格不僅可以提高解算精度，而且還可以保證高的解算速度。因此，UG分析師的大部分時間都花在評估網格的質量上。
　　四、施加載荷和約束
　　施加載荷：在仿真文件中進行施加載荷的操作。Nastran提供的載荷類型有力、力矩、軸承、扭矩、壓力、流體靜壓力、重力、離心力、溫度載荷九種載荷類型。定義約束：在仿真文件中定義約束，約束類型有固定、固定移動、銷釘、簡單支撐等，還有用戶自定義約束，用戶可以任意約束一個約束對象的空間6個自由度中的任意一個，并且自由選擇計算其受力變形的位移坐標系。如圖4所示，聯接軸一端的藍的箭頭為固定約束，軸的另一端上加的是扭矩載荷。
　　 五、對模型進行求解
　　綜合檢查一般在最后解算前進行，它的主要用途是檢查用戶是否有不當的設置，比如是否忘記了定義材料類型，是否缺少計算網格變形的坐標系等，當我們采用3D網格的數量達到80％以上時，綜合檢查的結果匯總也會提示我們打開迭代功能，以使分析更準確。在綜合檢查沒有問題后，就可以進行解算了，解算的過程一般在幾分鐘到幾十分鐘左右，視仿真模型的復雜程度而定，當任務開始時會出現仿真監視器，里面有仿真的執行狀態，當解算完成后，他會提示用戶已完成。
　　六、得出結論
　　通過對聯接軸的結構分析，很快找出應力的最大點和變形最大的位置。當產品某些參數需要修改時，只要對其參數修改就可以使得后續的工作都相應自動更新，這就避免了傳統設計中致命的上游設計錯誤向下游傳遞的過程。
　　最后，歸納總結，把本次項目中的知識點和操作重點總結給學生，這樣學生通過實際的動手操作，能很快知道老師說的是什么地方，接受的更快更好。
　　通過對UG課程的項目式教學，突出體現出以“學生為主體”“ 崗位就業能力為教學向導”，著重培養學生技術應用能力的教育，體現當代職業教育以“能力為本”的價值取向，使學生獲取知識、學以致用，從中學習和掌握了機械原理、材料處理、制造工藝以及各種機床的使用與操作。同時，還可以進一步組織不同專業與工種、甚至不同職業領域的學生參加項目教學小組，通過實際操作，訓練其在實際工作中與不同專業、不同部門的同事協調、合作的能力。所以，在職業學校、職業教育中，項目教學法有其獨特的優勢，應更進一步總結提高，大力試用推廣。
　　 （沈陽職業技術學院）
　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”