高職模具專業CAD/CAE/CAM課程體系設置研究

李恩學（佛山高級技工學校 廣東 佛山 528200）

高職模具專業CAD/CAE/CAM課程體系設置研究

李恩學
（佛山高級技工學校 廣東 佛山 528200）

隨著我國模具工業的飛速發展，市場對模具專業技術人才的需求越來越高，尤其是掌握模具CAD/CAE/CAM技術的人才尤為緊缺。因此，應針對模具行業人才的需求，探討構建高職模具專業以CAD/CAE/CAM為核心教學內容的課程體系，以滿足模具工業對模具專業CAD/CAE/CAM技術應用型人才的需要。

高職；模具專業；CAD/CAE/CAM；課程體系

我國模具行業的發展趨勢

進入21世紀以來，隨著全球經濟化時代的來臨，我國作為全球裝備制造業生產基地的雛形已初見。而現代制造業中，越來越多的行業都需要模具工業提供產品，統計資料表明，在家電、汽車、電子、儀表及信息通信等行業中，有60%～80%的零件需要模具工業提供產品，這給我國模具工業的發展帶來了前所未有的良好機遇，模具工業已經成為制造業中產品需求量增加最快、科技含量增長最快的工業種類。模具行業對模具專業技術人才的需求也越來越大，層次越來越高，尤其是掌握模具CAD/CAE/CAM技術的應用型人才尤為緊缺。

高職模具專業人才培養目標

目前，我國模具專業的教育分為中職、高職和本科教育三個層次。中職模具專業主要為模具工業培養能熟練操作精密機床進行模具加工的技能型技術工人，注重實際操作技能的培養；本科模具專業主要培養掌握系統理論知識的模具制造、加工、設計方面的知識型技術管理人員及設計人員；高級技工學校的模具專業作為高職模具專業的主體，一般招收高中起點的畢業生，進行三年制大專層次的高職教育，主要為企業培養德、智、體、美全面發展的，能夠從事模具設計（CAD）、模具制造和裝配（CAM）、模具調試和維修（CAE），會編制模具制造工藝的企業生產管理的高級技術應用型人才。隨著模具工業技術升級的不斷加快，高級技術應用型人才成為我國模具行業最為急需的人才。因此，探討高職模具專業CAD/CAE/CAM教學方向，完善高職模具專業CAD/CAE/CAM課程體系，是一項重要性日益凸顯的課題。

基于各種應用軟件的模具CAD/CAE/CAM一體化應用技術

模具是典型的技術密集型產品，其結構復雜，設計制造難度高、周期長。傳統的模具設計在很大程度上依賴于設計者的經驗，當設計完成后，直接用于制造，試模后才能發現產品是否滿足要求，容易造成很大的浪費。在激烈的市場競爭環境下，傳統的設計方法已經不適應當今快節奏、高效率的現代企業生產實際。計算機科學和軟件技術的發展克服了傳統設計方法無法避免的困難，利用CAD/CAE/CAM技術進行模具的設計、制造和加工，首先要定義產品的形狀，據此進行形體性質及干涉關系等幾何學分析，即產品建模（模具CAD）；然后進行產品的工程分析與評價（模具CAE），根據評價分析的結果，隨時可以修改模型，模擬實驗、評價，直至得到滿意的結果；最后根據設計完成的產品模型編制數控程序進行制造（模具CAM），也可根據需要輸出二維工程圖樣或三維立體圖。基于各種應用軟件的模具CAD/CAE/CAM一體化應用技術能夠設計出更加優化的模具結構，編制合理的加工工藝，節省工時，縮短設計周期，降低生產成本。

目前，國內外許多大型現代化企業已經普遍采用CAD/CAE/CAM集成技術的產品開發方法，大大縮短了產品開發周期，并且有關產品的結構、功能、操作性能、生產工藝、裝配性能甚至維護性能等許多問題都能在開發過程的前期得到解決。CAD/CAE/CAM技術用于模具設計及制造，已成為一門綜合性的學科，并且發揮著日益重要的作用。

模具CAD/CAE/CAM教學課程體系設計與教學軟件選用

隨著模具CAD/CAE/CAM技術的不斷發展，高職模具專業開出的課程逐漸增多，但缺乏一套系統規范的課程體系，往往開出的課程相互獨立，一種軟件一門課，缺乏延續性。這樣，學生學習完前期軟件的基本操作以后，不能及時得到鞏固，對于應用軟件也只能停留在簡單操作的層面，無法形成解決本專業工程實際問題的能力。因此，模具CAD/CAE/ CAM技術的教育需要實施層次化教學，選用適當的教學軟件，完善課程體系。筆者認為，應該建立以下循序漸進的課程體系。

建立循序漸進的CAD/CAE/CAM層次教學體系 第一層次為計算機輔助設計（CAD）。該層次教學主要讓學生在掌握計算機基礎知識的基礎上，通過學習CAD技術的基本概念和一些常用二維和三維CAD軟件的操作，掌握基本的計算機繪圖技能，熟悉利用三維CAD軟件進行產品的概念設計、建模和裝配，初步掌握CAD技術的應用能力。第二層次為計算機輔助工程（CAE）和計算機輔助制造（CAM）。接受該層次教育的學生已經具備一定的計算機三維實體建模知識，可讓學生學習CAE和CAM技術的基本知識和相關的計算機軟件，掌握軟件的基本操作技能，初步掌握利用CAE技術進行模具工藝的模擬仿真和結構分析，利用CAM軟件進行簡單模具的數控加工程序的編制。第三層次為模具CAD/CAE/ CAM一體化應用技術。前面學生掌握的是分離的CAD、CAE、CAM技術，需要通過具體的實踐教學環節將這些相互獨立的軟件應用技能聯系起來，解決工程實踐問題，使學生真正掌握模具CAD/CAE/ CAM技術的集成。這些應用技能可在課程設計和畢業設計等實踐教學環節中，在教師的指導下，通過具體的模具設計課題進行串聯，使學生在具體的實踐課題中得到鍛煉，從而形成利用模具CAD/CAE/ CAM技術解決實際工程問題的能力。

建立完善以CAD/CAE/CAM軟件應用技能為先導的課程內容體系 模具CAD/CAE/CAM的軟件種類很多，目前我國模具行業比較流行的典型軟件有UG、Pro/E、Cimatron、SolidWorks、MasterCAM等。由于高職教育為三年制大專層次教育，時間短，教學任務重，對這些軟件不可能一一學習，這些軟件也各有特色，而且各軟件間數控可以相互交換，因此，本課程體系可精選一到兩個典型的教學軟件為教學基礎，對每個軟件側重于不同的知識點和應用技能，將軟件教學與模具設計制造知識融合在一起。筆者認為，高職模具專業可選 Pro/Engineer作為CAD教學軟件，以UG作為CAE/CAM教學軟件。

1.以Pro/Engineer軟件作為CAD軟件的教學內容設置。Pro/Engineer軟件是目前市場上流行的三維設計軟件，與其他軟件相比，該軟件的特色在于可以出色地完成產品造型與復雜分模面的創建。Pro/Moldesign是Pro/E的可選模塊，提供了模具設計常用功能，可以完成如下任務：產品模型的輸入與數據診斷、對產品模型進行拔模檢測與厚度檢測、設置模型的收縮率、創建各種分型面、自動分割成型零件、型腔布局、澆注系統和冷卻水道的創建、標準模架的加載、充模和開模仿真等。EMX和PDX是 Pro/ Engineer程序中的一個擴展模塊，EMX可專門提供注塑模具各種標準模架零件及各種機構的設計，PDX模塊可用于沖壓級進模和單工序模具設計。可利用該軟件進行產品造型和模具設計實訓，指導學生學習模具CAD軟件的使用方法，掌握必要的軟件應用技能，同時與注塑模具設計和沖壓模具設計結合，便可以使學生快速掌握相關實用知識技能。Pro/E軟件教學與產品模具設計（主要以注塑模具設計為主）相結合，內容主要包括兩大部分：（1）Pro/E造型知識，包括二維草圖繪制、三維特征造型、零件特征分析、零件裝配等。（2）利用Pro/E軟件可進行模具設計的知識技能訓練，包括注塑模結構設計、模型裝配、分模及模型檢驗、建立和調用模架等（如圖1所示）。這樣通過Pro/E軟件逼真的三維造型過程訓練，可使學生在注塑模具理論的學習過程中，短時間內就可以通過實體造型模擬學習到大量實用的模具結構知識，理解諸如拔模斜度、澆注系統、成型零件等模具基本概念。在學習分模的過程中，又可以順理成章地推出模具分型面的理論知識，使學生快速地掌握型腔模具分型面的涵義，繼而熟練地進行分模操作。

圖1 Pro/E軟件應用技能與模具設計知識相結合的教學內容圖

2.以UG作為CAE/CAM軟件的教學內容設置。UG軟件起源于美國的麥道公司，也是一款流行的CAD/CAE/CAM軟件，與其他軟件相比，在CAE/CAM方面具有獨到之處，可選為CAE/CAM教學軟件。其CAE/CAM模塊具有以下功能：（1）UG/CAE模塊：UG產品分析模塊集成了有限元分析的功能，可用于對產品模型進行受力、受熱后的變形分析，可以建立有限元模型，對模型進行分析和對分析后的結果進行處理，可提供線性靜力、線性屈服分析、模擬分析和穩態分析。運動分析模塊可用于對簡化的產品模型進行運動分析，可以進行機構連接設計和機構綜合，進行產品的仿真，利用交互式運動模式同時控制5個運動副。注塑模流動分析模塊可用于注塑模中對熔化的塑料進行流動分析，并以多種格式表達分析結果，具有前處理、解算和后處理能力，可提供強大的在線求解器和完整的材料數據庫。（2）UG/CAM模塊：是UG的計算機輔助制造模塊，該模塊可提供對NC加工的CLSFS建立與編輯，提供包括銑、多軸銑、車、線切割、鈑金等加工方法的交互操作，還具有圖形后置處理和機床數據文件生成器的支持。同時還可提供制造資源管理系統、切削仿真、圖形刀軌編輯器、機床仿真等加工或輔助加工。通過CAE模塊的分析功能，可以對設計好的模具進行試模仿真，對模具結構、零件受力、注射成形工藝進行分析和評價，及時發現設計中的不足和產品可能出現的缺陷，進而優化模具結構和注射成形工藝，并可適時引入模具材料強度計算、材料失效分析、注射產品缺陷等模具知識。CAM模塊傳授數控加工程序的編程教學應以講解切削理論公式計算為主，并結合被實踐證明的工藝方法和工藝參數加以比較，使學生既懂得原理，又容易接受并快速熟練地掌握。在傳授CAM數控編程的參數設置方法時，可適時引入切削原理的內容。

隨著我國模具工業的飛速發展和技術升級，模具工業對掌握模具CAD/CAE/ CAM應用技術的人才需求越來越大。高職模具專業必須建立并完善模具CAD/ CAE/CAM應用技術的課程體系，選用適當的CAD/CAE/CAM軟件作為教學軟件，培養學生利用CAD/CAE/CAM軟件進行模具設計、試模仿真、模具制造加工的實際工作能力，解決本專業的實際工程問題。參考文獻：

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[4]梁日紅.Pro/E模具設計與教學方法研究[J].機械工程師，2007，（6）.

（本欄責任編輯：王恒）

G712

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1672-5727（2011）10-0037-03

李恩學（1964—），男，陜西岐山人，佛山高級技工學校高級工程師，主要從事模具設計與數控加工技術的教學。