基于項目教學法的CAM實習教學研究

摘 要: CAM實習是綜合性很強的實踐性教學環節，旨在加強培養學生數字化設計制造的綜合能力。本文介紹了采用項目教學法組織CAM實習的教學實踐。基于項目教學法的CAM實習教學，可以充分發掘學生的創造潛能，促使學生努力實踐，有效地提高學生解決實際問題的綜合能力。

關鍵詞: CAM實習 數控編程 實踐環節 項目教學法

CAD/CAM技術是21世紀機械制造業的先進技術。使用三維CAD/CAM軟件，在設計了三維零件模型后，可以規劃加工工藝并自動生成數控加工代碼，為復雜零件的數控加工程序編制提供了極大的方便。這使得機械產品設計、工藝分析和數控加工程序的編制一體化，能形成從設計到零件切削的無圖紙加工，在機械制造業中得到了廣泛應用。常州工學院應用型本科機械類專業的培養計劃中設置了教學時數為兩周的CAM實習，旨在加強數字化設計制造綜合能力的培養，以及提高學生數控加工自動編程的能力，以滿足現代機械制造業對數字化設計制造工作的要求。CAM實習的先導課程是數控技術、數控加工實習、CAD/CAM應用、工程軟件應用、機械制造工藝學等專業基礎課和專業課。在CAM實習中，學生可以綜合應用在先導課程中已學過的知識解決實際問題，將數字化設計制造綜合能力提高到新的高度。在CAM實習的教學探索中，我們引入了項目教學法。教學實踐表明“項目教學法”是CAM實習的有效載體，可較好地調動學生學習的積極性和主動性，有效提高學生數字化設計制造的綜合能力。

1.確定CAM實習項目的任務

“項目教學法”是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論教學與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。項目教學法的特點是師生通過共同實施一個完整的“項目”而進行教學活動，采用類似科學研究及實踐的方法，促進學生主動積極發展。在教學活動中，教師將需要解決的問題或需要完成的任務以項目的形式交給學生，在教師的指導下，以小組工作方式，由學生自己按照實際工作的程序，共同制定計劃、共同或分工完成整個項目。在項目教學中，學習過程成為一個人人參與的具有創造性的實踐活動。

基于項目教學法的CAM實習將實習作為一個項目交給學生去完成，應該具有較高的難度和較大的工作量。經過慎重的研討，我們選擇注塑模具或壓鑄模具的型腔鑲塊的加工工藝設計作為實習項目。這些型腔鑲塊具有復雜的結構，要加工的表面比較多，需要使用的切削加工方法比較多，其尺寸精度、表面之間形位精度要求較高，在現代機械制造業中已采用三維CAD/CAM軟件進行設計、NC編程和數控機床加工。實習項目任務涵蓋了三維建模與裝配、工藝設計、刀夾具設計和數控加工自動編程等，需要具備的知識點較多、高技術密集。該實習項目可以實現教學培養計劃內的教學目標，從計劃、實施到完成有一個完整的成品作為項目的成果，使學生在完成項目后會有一種成就感。

2.創設實習項目實施的情景環境

在CAM實習中采用的三維CAD/CAM軟件是Pro/ENGINEER。該軟件提供了計算機輔助設計與制造的全部功能。特別是在編程界面中提示工藝規劃的有關問題，例如夾具引入、刀具選擇、加工路徑規劃、切削用量設定等，編程人員只要引入已設計的夾具，設置有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。編程中刀具及其參數的選擇和切削參數的確定是在人機交互狀態下完成的，這要求編程人員必須掌握各種參數確定的基本原則，在編程時充分考慮數控加工的特點，作出正確的參數選擇。

以往學生在CAM實習中設定切削參數和刀具參數時，往往帶有盲目性和隨意性。例如，有時設定的刀具長度太短，直徑太大;有時設定的刀具長度太長，而直徑太小，刀具剛度不足;對于主軸轉速、進給速度等的確定也是很茫然。這使CAM實習很難獲得較為理想的效果。為了縮小CAM實習與數控加工實際之間的差距，我們建立了刀具和切削參數數據庫并設計了數據庫管理程序。在數據庫內收錄了切削用量數據和國內外刀具樣本資料，例如上海泰鋒刀具、以色列凱立達刀具等。運行數據庫管理程序可以查閱數據庫中切削參數數據和各種刀具的材料、結構形狀、幾何參數并計算適用的切削用量等。在這種接近于工程實際的情景環境中，學生在CAM實習中可以檢索數據庫，根據自己的加工需要選定切削參數、刀具的類型與幾何參數等，避免了參數設計的盲目性和隨意性。

3.組織實習項目的實施

3.1布置實習的任務與要求

CAM實習的目的是培養學生數字化設計制造的綜合能力和提高學生數控加工自動編程的能力。本實習項目是型腔鑲塊的加工工藝設計，實習的具體任務包括加工工藝方案的制定、設計必要的夾具、使用三維CAD/CAM軟件編制數控加工程序。實習項目的要求是，制定型腔鑲塊零件合理的加工工藝方案;設計必要的夾具三維模型并引入數控加工編程中應用;合理選擇刀具類型及其參數、合理確定切削參數，編制出數控加工程序。

3.2分組實習

將學生分成若干小組。不同小組的CAM實習項目是相同的，都是型腔鑲塊的加工工藝設計，但具體的實習題材不同。每個小組根據自己的實習項目、實習題材與任務，以小組內合作的形式制定項目的實施計劃，包括確定完成任務的工藝方案、時間安排和每個人的具體分工。

在制定工藝方案時，首先讓每個學生根據項目要求制定出自己的工藝方案，在小組進行交流。教師引導學生進行討論、通過互相幫助來修改方案，最后確定最佳的工藝方案，形成工藝規程文檔。學生在制定方案過程中，互相取長補短，互相學習，語言表達能力和合作能力都得到了很好的提高。

然后根據既定的最佳加工工藝方案，組織小組中每個學生分擔不同的任務，編制各個工序的數控加工程序，設計必要的夾具。

3.3教師在實習中的指導

在以項目教學法組織的CAM實習中，學生是實習項目的活動主體，但是教師的指導依然是重要的，適當的引導與教學示范是保證實習項目順利實施的必要條件。教師首先應該向學生明確項目的任務與要求是什么，解釋清楚項目實施的步驟，提供實施項目可以利用的資源。還可以適當提醒學生應該先做什么后做什么。這樣既可避免接受能力較差的學生面對項目時束手無策，又能避免學生走不必要的彎路。當學生遇到困難和新知識時，一般鼓勵學生自己鉆研解決問題，以培養學生的獨立工作能力，但教師可以適當示范或者引導。例如，在項目實施中曾遇到夾具設計與使用的問題。學生能夠使用Pro/ENGINEER軟件設計夾具零件的三維模型并進行裝配，但是怎樣在數控加工編程時引入夾具，學生以前從未接觸過，不知怎樣下手。本實習中用到的夾具不是很復雜，是數控銑削中常用的平口鉗和V型塊，教師可以讓學生自己設計夾具，引導學生從Pro/ENGINEER規定的入口自己將工件毛坯模型在軟件中“裝配”到夾具模型上。學生通過自己鉆研能學會在數控加工編程時使用夾具的方法，將夾具設計知識與數控編程知識連成片，體會到戰勝困難的樂趣和自己獲取新知的成就感。

3.4編寫實習報告

編寫實習報告是CAM實習教學的重要組成部分，可以培養學生撰寫技術性文件的能力。在實習開始時提醒學生，將每天的工作情況記錄下來;將經過討論修改后的加工工藝方案以工藝規程文檔的形式保留下來;將設計的夾具零件模型和裝配模型截圖保存下來;在完成數控加工編程后截取加工時的刀位圖像，并在Pro/ENGINEER中生成制造工藝的Excel程序單。根據撰寫實習報告的要求，將以上內容整理編寫為正式的實習報告。實習報告要求學生在計算機上完成，在Word文檔中插入截取的圖形，圖文并茂。學生的總結、歸納和表達能力可得到很大提高。

3.5實習評價

在項目完成后及時進行總結評價，以促進學生認真審視自己的工作，總結經驗與不足，培養學生獨立工作的能力、綜合能力和協作精神。總結評價由自我評價、小組評價、教師評價三方面構成。每個學生在小組中評價自己的工作，總結得失;小組審查并討論每個組員的工作，給出評價;指導教師根據學生的自評、小組評價、CAM實習報告，以及學生在工作中的表現，客觀公平地評價學生的工作并給出實習成績。

4.結語

項目教學法在CAM實習這樣的實踐性教學環節中具有獨特的優勢。在基于項目教學法的CAM實習中，確定項目任務一定要緊扣工程實際，面向應用，這是教學成功的前提。創設項目實施的情景環境是教學成功的重要基礎，具備接近工程實際的實習環境才能貫徹零距離工程師培養的理念。在組織CAM實習項目實施的過程中，教師的角色應該定位于引導者、啟發者，學生才是認知的主體、知識意義的主動建構者。因此我們應該力爭做到三個轉變，即以教師為中心轉變為以學生為中心，由以課本為中心轉變為以“項目”為中心，由以課堂為中心轉變為以實踐經驗為中心。這樣才可以充分發掘學生的創造潛能，培養學生的獨立工作能力，綜合能力，以及團隊協作精神。

參考文獻:

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