高职模具专业CAD/CAE/CAM课程体系设置研究

李恩学（佛山高级技工学校 广东 佛山 528200）

高职模具专业CAD/CAE/CAM课程体系设置研究

李恩学
（佛山高级技工学校 广东 佛山 528200）

随着我国模具工业的飞速发展，市场对模具专业技术人才的需求越来越高，尤其是掌握模具CAD/CAE/CAM技术的人才尤为紧缺。因此，应针对模具行业人才的需求，探讨构建高职模具专业以CAD/CAE/CAM为核心教学内容的课程体系，以满足模具工业对模具专业CAD/CAE/CAM技术应用型人才的需要。

高职；模具专业；CAD/CAE/CAM；课程体系

我国模具行业的发展趋势

进入21世纪以来，随着全球经济化时代的来临，我国作为全球装备制造业生产基地的雏形已初见。而现代制造业中，越来越多的行业都需要模具工业提供产品，统计资料表明，在家电、汽车、电子、仪表及信息通信等行业中，有60%～80%的零件需要模具工业提供产品，这给我国模具工业的发展带来了前所未有的良好机遇，模具工业已经成为制造业中产品需求量增加最快、科技含量增长最快的工业种类。模具行业对模具专业技术人才的需求也越来越大，层次越来越高，尤其是掌握模具CAD/CAE/CAM技术的应用型人才尤为紧缺。

高职模具专业人才培养目标

目前，我国模具专业的教育分为中职、高职和本科教育三个层次。中职模具专业主要为模具工业培养能熟练操作精密机床进行模具加工的技能型技术工人，注重实际操作技能的培养；本科模具专业主要培养掌握系统理论知识的模具制造、加工、设计方面的知识型技术管理人员及设计人员；高级技工学校的模具专业作为高职模具专业的主体，一般招收高中起点的毕业生，进行三年制大专层次的高职教育，主要为企业培养德、智、体、美全面发展的，能够从事模具设计（CAD）、模具制造和装配（CAM）、模具调试和维修（CAE），会编制模具制造工艺的企业生产管理的高级技术应用型人才。随着模具工业技术升级的不断加快，高级技术应用型人才成为我国模具行业最为急需的人才。因此，探讨高职模具专业CAD/CAE/CAM教学方向，完善高职模具专业CAD/CAE/CAM课程体系，是一项重要性日益凸显的课题。

基于各种应用软件的模具CAD/CAE/CAM一体化应用技术

模具是典型的技术密集型产品，其结构复杂，设计制造难度高、周期长。传统的模具设计在很大程度上依赖于设计者的经验，当设计完成后，直接用于制造，试模后才能发现产品是否满足要求，容易造成很大的浪费。在激烈的市场竞争环境下，传统的设计方法已经不适应当今快节奏、高效率的现代企业生产实际。计算机科学和软件技术的发展克服了传统设计方法无法避免的困难，利用CAD/CAE/CAM技术进行模具的设计、制造和加工，首先要定义产品的形状，据此进行形体性质及干涉关系等几何学分析，即产品建模（模具CAD）；然后进行产品的工程分析与评价（模具CAE），根据评价分析的结果，随时可以修改模型，模拟实验、评价，直至得到满意的结果；最后根据设计完成的产品模型编制数控程序进行制造（模具CAM），也可根据需要输出二维工程图样或三维立体图。基于各种应用软件的模具CAD/CAE/CAM一体化应用技术能够设计出更加优化的模具结构，编制合理的加工工艺，节省工时，缩短设计周期，降低生产成本。

目前，国内外许多大型现代化企业已经普遍采用CAD/CAE/CAM集成技术的产品开发方法，大大缩短了产品开发周期，并且有关产品的结构、功能、操作性能、生产工艺、装配性能甚至维护性能等许多问题都能在开发过程的前期得到解决。CAD/CAE/CAM技术用于模具设计及制造，已成为一门综合性的学科，并且发挥着日益重要的作用。

模具CAD/CAE/CAM教学课程体系设计与教学软件选用

随着模具CAD/CAE/CAM技术的不断发展，高职模具专业开出的课程逐渐增多，但缺乏一套系统规范的课程体系，往往开出的课程相互独立，一种软件一门课，缺乏延续性。这样，学生学习完前期软件的基本操作以后，不能及时得到巩固，对于应用软件也只能停留在简单操作的层面，无法形成解决本专业工程实际问题的能力。因此，模具CAD/CAE/ CAM技术的教育需要实施层次化教学，选用适当的教学软件，完善课程体系。笔者认为，应该建立以下循序渐进的课程体系。

建立循序渐进的CAD/CAE/CAM层次教学体系 第一层次为计算机辅助设计（CAD）。该层次教学主要让学生在掌握计算机基础知识的基础上，通过学习CAD技术的基本概念和一些常用二维和三维CAD软件的操作，掌握基本的计算机绘图技能，熟悉利用三维CAD软件进行产品的概念设计、建模和装配，初步掌握CAD技术的应用能力。第二层次为计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）。接受该层次教育的学生已经具备一定的计算机三维实体建模知识，可让学生学习CAE和CAM技术的基本知识和相关的计算机软件，掌握软件的基本操作技能，初步掌握利用CAE技术进行模具工艺的模拟仿真和结构分析，利用CAM软件进行简单模具的数控加工程序的编制。第三层次为模具CAD/CAE/ CAM一体化应用技术。前面学生掌握的是分离的CAD、CAE、CAM技术，需要通过具体的实践教学环节将这些相互独立的软件应用技能联系起来，解决工程实践问题，使学生真正掌握模具CAD/CAE/ CAM技术的集成。这些应用技能可在课程设计和毕业设计等实践教学环节中，在教师的指导下，通过具体的模具设计课题进行串联，使学生在具体的实践课题中得到锻炼，从而形成利用模具CAD/CAE/ CAM技术解决实际工程问题的能力。

建立完善以CAD/CAE/CAM软件应用技能为先导的课程内容体系 模具CAD/CAE/CAM的软件种类很多，目前我国模具行业比较流行的典型软件有UG、Pro/E、Cimatron、SolidWorks、MasterCAM等。由于高职教育为三年制大专层次教育，时间短，教学任务重，对这些软件不可能一一学习，这些软件也各有特色，而且各软件间数控可以相互交换，因此，本课程体系可精选一到两个典型的教学软件为教学基础，对每个软件侧重于不同的知识点和应用技能，将软件教学与模具设计制造知识融合在一起。笔者认为，高职模具专业可选 Pro/Engineer作为CAD教学软件，以UG作为CAE/CAM教学软件。

1.以Pro/Engineer软件作为CAD软件的教学内容设置。Pro/Engineer软件是目前市场上流行的三维设计软件，与其他软件相比，该软件的特色在于可以出色地完成产品造型与复杂分模面的创建。Pro/Moldesign是Pro/E的可选模块，提供了模具设计常用功能，可以完成如下任务：产品模型的输入与数据诊断、对产品模型进行拔模检测与厚度检测、设置模型的收缩率、创建各种分型面、自动分割成型零件、型腔布局、浇注系统和冷却水道的创建、标准模架的加载、充模和开模仿真等。EMX和PDX是 Pro/ Engineer程序中的一个扩展模块，EMX可专门提供注塑模具各种标准模架零件及各种机构的设计，PDX模块可用于冲压级进模和单工序模具设计。可利用该软件进行产品造型和模具设计实训，指导学生学习模具CAD软件的使用方法，掌握必要的软件应用技能，同时与注塑模具设计和冲压模具设计结合，便可以使学生快速掌握相关实用知识技能。Pro/E软件教学与产品模具设计（主要以注塑模具设计为主）相结合，内容主要包括两大部分：（1）Pro/E造型知识，包括二维草图绘制、三维特征造型、零件特征分析、零件装配等。（2）利用Pro/E软件可进行模具设计的知识技能训练，包括注塑模结构设计、模型装配、分模及模型检验、建立和调用模架等（如图1所示）。这样通过Pro/E软件逼真的三维造型过程训练，可使学生在注塑模具理论的学习过程中，短时间内就可以通过实体造型模拟学习到大量实用的模具结构知识，理解诸如拔模斜度、浇注系统、成型零件等模具基本概念。在学习分模的过程中，又可以顺理成章地推出模具分型面的理论知识，使学生快速地掌握型腔模具分型面的涵义，继而熟练地进行分模操作。

图1 Pro/E软件应用技能与模具设计知识相结合的教学内容图

2.以UG作为CAE/CAM软件的教学内容设置。UG软件起源于美国的麦道公司，也是一款流行的CAD/CAE/CAM软件，与其他软件相比，在CAE/CAM方面具有独到之处，可选为CAE/CAM教学软件。其CAE/CAM模块具有以下功能：（1）UG/CAE模块：UG产品分析模块集成了有限元分析的功能，可用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，可以建立有限元模型，对模型进行分析和对分析后的结果进行处理，可提供线性静力、线性屈服分析、模拟分析和稳态分析。运动分析模块可用于对简化的产品模型进行运动分析，可以进行机构连接设计和机构综合，进行产品的仿真，利用交互式运动模式同时控制5个运动副。注塑模流动分析模块可用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析，并以多种格式表达分析结果，具有前处理、解算和后处理能力，可提供强大的在线求解器和完整的材料数据库。（2）UG/CAM模块：是UG的计算机辅助制造模块，该模块可提供对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。同时还可提供制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。通过CAE模块的分析功能，可以对设计好的模具进行试模仿真，对模具结构、零件受力、注射成形工艺进行分析和评价，及时发现设计中的不足和产品可能出现的缺陷，进而优化模具结构和注射成形工艺，并可适时引入模具材料强度计算、材料失效分析、注射产品缺陷等模具知识。CAM模块传授数控加工程序的编程教学应以讲解切削理论公式计算为主，并结合被实践证明的工艺方法和工艺参数加以比较，使学生既懂得原理，又容易接受并快速熟练地掌握。在传授CAM数控编程的参数设置方法时，可适时引入切削原理的内容。

随着我国模具工业的飞速发展和技术升级，模具工业对掌握模具CAD/CAE/ CAM应用技术的人才需求越来越大。高职模具专业必须建立并完善模具CAD/ CAE/CAM应用技术的课程体系，选用适当的CAD/CAE/CAM软件作为教学软件，培养学生利用CAD/CAE/CAM软件进行模具设计、试模仿真、模具制造加工的实际工作能力，解决本专业的实际工程问题。参考文献：

[1]龙文元.模具CAD/CAE/CAM技术教学改革的研究[J].中国科技创新导刊，2007，（21）.

[2]余蔚荔.CAD/CAM教学方向的准确定位[J].机械职业教育，2006，（2）.

[3]殷燕芳.模具设计学科知识体系与结构的探讨[J].大众科技，2006，（4）.

[4]梁日红.Pro/E模具设计与教学方法研究[J].机械工程师，2007，（6）.

（本栏责任编辑：王恒）

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1672-5727（2011）10-0037-03

李恩学（1964—），男，陕西岐山人，佛山高级技工学校高级工程师，主要从事模具设计与数控加工技术的教学。