五年制高職院校模具CAD游戲教學的實驗研究

李培豐 劉明

摘 要：文章分析了模具 CAD綜合實驗課程的特點，如綜合性強、智能化程度高、知識密集，針對現有模具 CAD實驗課程運行中存在的突出問題，介紹了該課程的實驗系統，內容和方法。構建了 CAD模具綜合實驗教學體系。該系統加強了CAD與教學游戲之間的知識聯系，優化了實驗內容，提高了實驗效率，實現了真正意義上的設計，全面和創新，在實際教學應用中取得了良好的效果。

關鍵詞：模具;高職;CAD;教學;實驗研究

模具CAD（模具和模具的計算機輔助設計）（CAD），計算機輔助分析（CAE），計算機輔助制造（CAM）是應用現代數字技術改造傳統芯片技術的重要關鍵技術。它是計算機技術與傳統模具制造業高度集成的產物，也是智能材料成形的重要內容。該技術的應用實現了模具或材料成型件的高效率，高精度和高質量，極大地促進了模具行業的發展。在“中國制造2025”計劃的背景下，中國制造業迫切需要能夠掌握 CAD模具技術的人才。為適應制造業對這類人才的需求，高校實驗教學環節應順應這一趨勢，注重培養具有學習能力，實踐能力和創新能力的相關技術人才。

1.模具 CAD綜合實驗課程體系的構建

課程特色模具CAD的綜合實驗課程是針對材料的，建立了實驗班的優秀課程和本科的材料成型與控制工程課程。該課程具有以下特點：

（1）它是材料成形的基本理論與模具設計和制造實踐的結合。

（2）是傳統材料加工技術與現代數字技術的結合。

（3）是材料加工的基礎專業知識和先進的智能制造技術的結合。

（4）教學內容全面，知識密集。它涵蓋了許多領域和跨學科知識，包括機械工程，材料加工工程，計算機科學與技術，自動控制工程，測試技術，快速成型技術，模擬技術等。

鑒于以上特點，可以安排模具 CAD綜合實驗課程，供學生學習專業和專業基礎課程理論，基礎專業實踐和基礎實驗課程，并在畢業設計前，例如，在高職二年級的第一學期。實驗課程可以高度全面，設計和創新。表1是模具 CAD綜合實驗的課程計劃。

1.2當前教學情況

由于 CAD模具綜合實驗課程是一門跨學科，綜合性，知識密集型的應用課程，在課程體系，教學方法，教學內容，教學手段和教學環境等方面都面臨著巨大的挑戰。目前，我國許多高校都對本課程的教學進行了大量的探索和研究。由于實驗平臺之間的障礙，模具CAD、CAE和模具CAM的原始實驗相互隔離，并沒有很強的相關性。結果，一些實驗被“支離破碎”，“孤立”或“多余”。難以滿足綜合性，研究性和創新性的要求，極大地影響了學生在實驗課程中的積極性和創造性。因此，從系統、內容和手段等方面改革和創新現有的模具 CAD實驗課程尤為重要和迫切。

1.3實驗教學體系的構建

針對現有模具 CAD實驗課程運行中存在的突出問題，深入研究了模具 CAD綜合實驗課程的實驗系統，內容和方法。通過科學合理的規劃，探索和研究完整的系統和實質內容。

構建實驗系統的基本思路是：以典型的沖壓件為連桿，采用三維計算機設計軟件，設計沖壓模（覆蓋復合模和級進模），即“模具計算機輔助設計（CAD）實驗”;在模具計算機輔助設計的基礎上，材料成型工藝先進。通過計算機模擬驗證了成形過程和模具設計的合理性，即“成形過程的計算機數值模擬（CAE）實驗”;進行模具主要工作部件的數控編程（材料減少制造）和快速原型制造（材料增加制造），即“模具的計算機輔助制造（CAM）”。最后，使用模型模具在NC沖頭上加工選定的沖壓件，即成形過程的物理模擬實驗。

2.CAD模具綜合實驗的內容

2.1三維建模實驗

為學生提出實驗任務沖壓件二維工程圖。使用三維CAD軟件需要直接建模。直接提供物理零件需要使用逆向工程設備和逆向工程技術進行零件反向建模。沖壓件的三維數字模型可以通過上述兩種直接建模或反向間接建模方法獲得，根據上述沖壓件的三維模型，PDW模塊由NX設計，并進行模具的計算機輔助設計。學生可以選擇自己的成型工藝或不同的工藝組合來設計模具。例如，也可以采用不同的處理方案，例如在繪制之前的消隱或在繪制之后的消隱。不同的模具。

2.2計算機數值模擬成形過程實驗

在不同工藝方案的模具設計和不同工藝的組合之后，利用板料成形模擬軟件，如應力、應變分析，成形極限圖，成形載荷分析等，對所確定的工藝進行計算機輔助分析。也可以預測和分析零件成形過程中可能存在的缺陷，如拉伸裂紋和成形載荷。細化，彎曲回彈等，以便檢查和修改工藝和設計的模具。

2.3模具計算機輔助制造實驗

減少材料制造。通過使用NX制造模塊生成的加工程序，在NC雕刻機上制造設計模具的主要工作部件，其他材料制造。.STL格式的數據文件源自設計模具的主要工作部件模型。在具有自主知識產權的HS系列FDM快速成型機上完成模具零件的材料添加。通過比較數控加工（材料減量制造）與快速成型（材料加工制造），學生可以掌握兩種加工方法的特點，原則和應用場合，有利于學生對現代模具制造專業知識的理解。

2.4成形過程的物理模擬實驗

通過使用示例模具在NC沖頭上制造指定的沖壓件。進行了成形過程的物理模擬實驗，并在計算機數值模擬（CAE）預測的基礎上，分析了沖壓件缺陷產生的原因。

3.模具CAD游戲教學

程序加載命令AP，將下載的俄羅斯方塊“ELSBOX.VLX”文件找到，點擊“加載”按鈕，加載到CAD軟件內;輸入俄羅斯方塊命令ELSBOX，將游戲程序在CAD軟件內部啟動;根據左側游戲提示操作鍵進行：鍵盤4和6為左右移動，鍵盤8和空格鍵為翻轉，5為快速下落下，CAD俄羅斯方塊操作圖如下。

4結束語

通過CAD模具實驗教學體系的構建與創新，實現了從沖壓件數字模型到零件物理對象（PLM）整個過程的實驗教學環節，使學生能夠"看到"他們得到什么"，培養他們的科技創新意識。整個實驗教學以學生為中心，提高了學生在實驗中的主觀能動性。在實驗內容安排方面，采用"瀑布式"部分數據流逐步推進，層次分明，時空布置有序，提高了學生的學習效率。

根據該實驗系統的框架，學生可以選擇不同的沖壓件和不同的沖壓工藝組合進行實驗，使學生能夠"積極實驗"，激發學生在實驗課上的熱情和創造力。該實驗已于2018年應用于我校180名高職專業的機械設計工程專業，教學效果良好。該實驗不僅可用于模具 CAD的大規模集成實驗，還可用于學生課程設計，畢業設計等教學環節的實驗。

基金課題：本文為江蘇省職業教育教學改革研究課題（ZYB290）階段成果之一

參考文獻

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[3]董二婷，蘇光.模具拆裝實訓教學改革與學生職業精神培養[J].模具工業.2016（11）

（作者單位：江蘇省徐州技師學院）