運用ＣＡＤ／ＣＡＭ技術　提高職業教育教學質量

張方陽　陳小燕

摘要:從教學計劃、學習主體、教師水平、教學設施和教學方法等方面對應用CAD/CAM技術開展教學,提高教學質量進行了探討。

關鍵詞:CAD/CAM技術;職業教育;教學質量

CAD/CAM技術即計算機輔助設計與制造技術,作為一種教學手段已廣泛應用于職業教育領域。它提供了新穎的教學方法,能夠很好地解決實際教學中的問題,從而提高職業教育的教學質量。

教學計劃

職業教育具有區域性的特點,應根據本地區經濟發展水平制定相應的教學計劃。

教學計劃與本地區企業的技術現狀相適應珠江三角洲地區鄉鎮企業異軍突起,這些制造企業多采用高科技的CAD/CAM技術進行生產。這就要求職業學校培養相應的人才,在促進本地區經濟發展的同時,也使學校的發展充滿活力。

專業結構與產業結構相適應制定教學計劃時,應清楚本地區經濟發展有哪些產業部門及其隸屬關系,每種產業在本地區經濟發展中占有多大比重,哪些是優勢主體產業。這樣,才能搞好人才需求預測,進而合理進行專業設置。

學習主體

進行CAD/CAM教學,學習主體應具有一定的基本理論和基礎技能。

在教學中,應將理論課與實習課有機結合,反復強化。以機電類教學為例,首先,在課堂上講授機制工藝方面的基本知識;然后讓學生在工廠實習,同時對機電類所涉及的工種如車、銑、刨、磨、焊、電等進行實習教學;再回到課堂中,應用CAD/CAM技術對各工種的專業知識進行詳細講解。學生較系統地學習了專業知識后,再到工廠實習,根據各人愛好專門學習車工、銑工或鉗工等工種,從而掌握一門較熟練的專業技能操作。最后,學生要憑著良好的專業基本功,利用CAD/CAM技術,自己設計制造出優秀的產品課件。

教師水平

教師是保證教學質量的關鍵,是職業技術教育三個基本條件(師資、教材、設備)的首要條件。這就要求教師本身要具備良好的綜合素質。首先,應具有較高的文化素質,精通本專業的基本理論,熟練掌握本專業的技術技能。其次,要具有應用CAD/CAM技術解決實際問題和推廣科學技術的能力,能夠應用CAD/CAM技術開展教學。

教學設施

在硬件方面,將電腦室的網絡與車間數控機床的網絡連成一體。學生在電腦上設計好產品,仿真加工,通過反復模擬認證,直至確認正確無誤。這時,由教師或專業管理人員監控,將設計好的程序和加工工藝流程發向網絡終端的數控機床,進行產品生產。如果數控機床配備先進的機器手和送料小車,基本可以實現無人化操作。

教學方法

無紙化教學以往設計人員總是離不開筆和紙。隨著電腦的出現和軟件的更新,設計者可以將設計理念通過電腦、網絡,直接應用到生產中去。在教學中,可采用同樣的方法,將學生的設計理念,通過電腦軟件設計,經由網絡系統,最后制造出模型。在此過程中的無紙化教學,可以節省大量的教學資源,降低教學成本。同時,可以及時調整學生的設計理念,從設計到加工,保證教學過程的流暢性。

模擬教學在《機械基礎》課程“連桿機構”和《機械制圖》課程“設備裝配”的教學中,模擬教學得到了充分的應用。過去,教師為了體現教學的真實性,要準備大量的教具,花費一定的時間和經費,既增加了備課量,又增加了教學成本,還不一定會達到很好的教學效果。而利用CAD/CAM教學,只需花費較少的時間和精力,就可以達到很好的教學效果。如在電腦中設計一個四連桿機構,使其進行連動,進而分析它們之間的運動模式,從而較好地完成教學任務。模擬教學另一個優越性表現在對設計出來的產品進行仿真加工。學生設計出來的產品如果在結構、力學、可行性等方面均無問題,就可以直接生產加工了。設計與加工是否存在缺陷,缺乏設計經驗的初學者無法辨別清楚。如圓弧槽底,就不能用立銑刀直接加工出來。在加工之前,可以利用CAD/CAM軟件進行仿真加工,從而發現許多問題。如立銑刀在加工時能否避讓夾具;加工凹模時,是否為螺旋下刀;刀具能否承受加工時所選切削深度的切削力;機床主軸轉速和進給量是否適合加工;最后加工出來的產品在質量上是否存在缺陷等。

參數化設計參數化設計是CAD/CAM技術的創新。設計者可以對物體一些關鍵性的參數進行修改,從而改變物體原來的形狀、位置、結構等,進而判斷結構的合理性并進行剛性受力分析,使其更符合設計理念。對于光滑曲面,可采取不同光源,通過反射取得高斯曲線數據來分析、修改它的柔順度;通過曲面上曲線的曲率梳來修改它的曲率;利用雙色紋理圖、曲面縫隙/角度圖、點/曲線和曲面偏差圖識別曲面的缺陷或其他不良視覺效果,不斷完善產品設計。此種教學方法常用于空間自由度較大的曲面設計和復雜多變的模型設計。

工業設計由于CAD/CAM技術功能強大,在工藝美術領域也被廣泛應用。利用CAD/CAM軟件,可以設計出高保真的圖片,既省時又省力,而且具有較好的親和力。加上多變的光源和絢麗的色彩,在工業設計和廣告畫的應用上效果更好。CAD/CAM技術可以將設計所蘊涵的美學和工程信息可視化。這樣,產品的功能、價值以及制造者的要求就可以從美學的角度得以更好地完善。

數控加工加工需要學生將所學過的知識組合到一起,也是對學生學習能力和學習效果的最終檢驗。高端產品可以充分體現CAD/CAM技術的優越性。數控加工是CAD/CAM技術最后的關鍵環節,利用它可以加工出各種高精度的產品。利用高新技術加工出的產品,外表的精湛可以在感觀上激發學生的學習熱情。掌握數控加工技術可為學生今后更好地適應工作環境打下了良好的基礎。

模具設計過去,模具設計者需要考慮很多方面的問題,如分模、流道、模架、導柱、頂出機構等;而設計中的一些缺陷又往往無法察覺,一旦出現了不合格產品,就會造成很大的損失。利用CAD/CAM技術就可以很好地解決這些問題。在軟件上先設計好產品,然后利用專門的模具設計模塊進行設計,直接調用標準模架,進行整個模具制造流程的模擬,最后對生成產品進行質量分析,從而較好地完成整個模具設計過程,最大限度地降低出現廢品的幾率。

筆者經過多年的教學實踐,在應用多種教學方法的基礎上,進行項目教學。在CAD/CAM軟件的講授中,就設計、制圖、裝配、加工、渲染等知識綜合地給學生講述,使他們從產品設計到生產加工有一個完整的流程概念。培養他們在開發產品時并行作業:當某一小組學生進行模型設計和繪制圖紙時,另一小組進行工藝的編制和可行性分析,而另外一組就加工過程和程序進行驗證。如果哪一組出現了問題,要及時匯報給教師,教師分析、匯總,并對相關小組的內容及時進行調整,從而大大縮減一個產品從開發到生產的時間,提高了教學效率。從另外一個方面看,這也是對學生團結協作精神的培養。日前,各種形式的計算機輔助設計、分析和加工技術已為多數行業廣泛采用。只有掌握尖端的技術,才能在行業中處于領先的地位。對于教育事業,CAD/CAM技術在教學中的應用更應推廣,這對高新技術后備力量的培養,對提升我國工業現代化水平都有很大的幫助。

參考文獻:

[1]黃志東.提高CAD/CAM技術實踐教學質量初探[J].遼寧科技學院學報,2009,(1).

[2]廖友軍,余金偉.高職計算機輔助設計與制造專業課程設置的研究[J].職業技術教育(教學版),2006,27(32).

[3]何友義.CAD/CAM技術與應用[M].

北京:機械工業出版社,2002.

[4]趙國增.機械CAD/CAM[M].北京:機械工業出版社,2005.

作者簡介:

張方陽(1975—),男,吉林鎮賚人,碩士,廣東省佛山市順德梁銶琚職業技術學校機械一級教師,研究方向為CAD/CAM技術、數控加工。

陳小燕(1975—),女,廣西玉林人,德國馬格德堡大學訪問學者,研究方向為數控技能和設計軟件。

(本文責任編輯:洪雁)