面向应用的《机械CAD/CAM》课程项目式教学

李玲芳,车晓毅



面向应用的《机械CAD/CAM》课程项目式教学

李玲芳*,车晓毅

(湖南文理学院 机械工程学院, 湖南 常德, 415000)

采用了项目教学法, 以学生熟悉的液压齿轮泵为实践项目, 制订机械CAD/CAM教学内容,包括项目的决策、规划和实施. 项目教学完成后, 针对教学重点与教学目标, 从CAD/CAM的各个方面设计考核点, 从理论基础和应用实践两方面进行考核. 这种教学方式使学生不仅掌握了相关软件, 更能掌握如何在实践项目中合理地应用机械CAD/CAM, 教学效果良好.

机械CAD/CAM, 项目教学法, CATIA

随着计算机、数字化信息技术以及图形技术的发展, 机械CAD/CAM技术也异常迅速的发展和应用起来, 在工程设计方法和手段方面以及机械制造业取得了根本变革. 在传统的《机械CAD/CAM》教学中, 如何操作软件各项命令往往是教学主要内容, 缺乏机械设计专业知识的融会贯通. 从目前教学情况来看, 学生的主要问题在于CAD/CAM系统的综合应用能力; 并且现有教学方法的主体为教师而非学生, 学生不能完全发挥其主观能动性与创新性; 由于不能模拟真实的应用场景, 缺少真情实景的锤炼, 这使CAD/CAM教学与实践要求脱节[1]. 结合课堂教学、情景教学和职业技能认证, 针对这样的问题, 本文提出以教师为导向, 学生为主体, 采用项目教学的方法, 实现体验式学习和研究性学习, 研究在机械专业课程中实行项目教学法的可行性.

1 建模理论联系实践项目

对教师而言, 在制定授课内容时, 应对机械设计行业有深入了解, 调查与论证在企业中如何高效协同设计, 以确定CAD/CAM人才所需的基本能力; 设置多个相联系的实践项目, 每个实践项目都能贯穿于一个授课阶段, 安排教学过程时要结合学生的认知规律, 这样一个源于实践的授课系统就产生了[2—4]. 图1所示的齿轮泵为机械产品中常见的组件, 是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵. 以此为设计项目, 制定的机械CAD/CAM课程授课内容.

图1 齿轮泵组件结构图

液压齿轮泵组件结构比较简单, 主要由泵体、泵盖、主动齿轮、从动齿轮和安全阀等组成. 泵体、泵盖和齿轮构成的密封空间就是齿轮泵的工作室. 两个齿轮的轮轴分别装在两泵盖上的轴承孔内, 主动齿轮轴伸出泵体, 由电动机带动旋转, 其多数部件均在数控机床上铣削或车削而成, 所以它能非常好地体现本课程的主要内容. 通过对组件装配树的分析, 可以使学生们理解机械CAD/CAM常用的数据结构; 通过二维草图的绘制, 可以使他们理解基本的计算机图形处理技术(CG技术); 通过不同类型零件的建模, 可以使他们理解CAD/CAM建模技术; 另外, 就软件应用的方面来讲, 可以把其中的泵体泵盖、传动齿轮作为三维零件造型的实践项目, 把整体的虚拟装配作为装配实践项目, 传动轴与泵体的数控加工过程可作为CAM实践项目. 这种结合实际的、直观明确的教学方法, 使学生们对CAD/CAM的内容融会贯通, 学有方向.

2 项目教学法的内容

2.1 软件的选择

法国DASSAULT公司出品的大型三维软件CATIA是一个完整的计算机辅助设计与制造集成系统, 集CAD、CAE和CAM于一体, 适合于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析与制造. 在本课程中使用到的主要模块有: 零件设计PDG(Part Design); 装配设计ASD- (Assembly Design); 交互式工程绘图IDR(Inter- active Drafting); 车削加工 LMG(Lathe Machin- ing); 高级加工 AMG(Advanced Part Machining). 综合利用CATIA 的CAD/CAM的集成, 以CATIA软件为设计平台, 设计齿轮泵组件, 进行数控加工编程与模拟, 能够大大提高设计与制造的效率, 应用CATIA可以使项目教学顺利进行.

图2 项目教学法的教学设计流程

2.2 项目设计

由于在工程分析和工艺规划方面已经开设了相关课程, 因而在本课程中这两部分仅进行简单介绍, 几何建模为课程最重要的学习内容, 其中包括建立零件模型和整体装配模型. 上述任务单元尽管各自的目标不同, 但在内容上相互联系、相互衔接, 前者为后者提供条件和基础, 后者对前者进行巩固和提高.

2.3 项目的执行

①决策. 该项目基本包括了CAD/CAM的全部教学内容, 包括零件三维建模、组件装配、工程图以及零件数控加工等, 难度适中. 涉及到机械制图、机械设计、机械制造技术等专业知识, 使学生能运用已有知识和技能解决全新的实际问题, 如齿轮参数化建模、用投影方法绘制工程图等;

②规划. 会运用到CATIA软件的零部件设计、创成式外形设计、装配设计、工程图和数控加工几个模块. 根据齿轮泵组件的运动原理和建模特点, 确定各模块工作内容以及完成任务的方法、步骤、时间安排和成员分工.

③实施. 项目实施按模块进行. 其步骤如下: 零件几何建模; 组装零部件进行虚拟装配、创建装配图和零件图; 对关键零件进行刀具路径设计, 生成后置程序; 利用数控仿真加工模块进行加工.

④检查和评价. 项目教学完成后, 对学生的最终学习成效进行检查和评价.

2.4 考核方式

教师和学生主要根据教学评价结果判断教学目标的完成情况, 最终考核结果可作为主要依据对教学效果进行反馈与矫正. 由于本课程与实践紧密相关, 采用传统的期末笔试的方法已经不甚合适, 因此, 必须对考核方案进行一定改动.

在CAD/CAM课程教学评价及考核方面, 针对教学目标设置了多个考核点, 采取上机操作、课程大作业与笔试相结合的方式, 考查学生对教学内容的掌握程度. 各项考核结果占总成绩的比例安排如下(总分100): 课堂出勤10分, 上机操作成绩30分, 期末大作业30分, 笔试30分. 课程中安排有上机练习课, 在此期间进行上机操作部分的评价: 在专用试题库中随机抽取练习题目, 重点考核学生对各教学目标的掌握程度, 以便及时反馈并修正学生在学习过程中的偏差. 课程大作业的题目为一小型产品的CAD/CAM过程设计, 重点考查学生的综合设计水平, 该项考核有助于提高学生思维的灵活性及创造力. 笔试的目的是为考核学生对CAD/CAM基础理论与原理的掌握.

3 结论

机械CAD/CAM课程教学新方法对以往教学过程中分模块简单讲授软件使用的方式进行了改进. 采用了项目教学法, 以学生熟悉的液压齿轮泵为实践项目, 制订机械CAD/CAM教学内容, 使学生不仅学习了相关软件, 还掌握了机械CAD/CAM在实践项目中的应用过程, 取得了较好的教学效果.

[1] 胡伟. “CAD CAM＼CAPP＼CAE课程综合训练”教学探索[J]. 广东工业大学学报: 社会科学版, 2008(8): 76—77.

[2] 程德蓉. 案例推理技术在CAD／CAM课程教学改革中的应用[J]. 中国远程教育, 2010(12): 69—72.

[3] 程永奇. 基于UG的“模具CAD／CAM”教学实践探讨[J]. 广东工业大学学报: 社会科学版, .2010(10): 150—151.

[4] Li Ru-xiong, Jiao Song-hua. Teaching Technique Innovation on CAD/CAM/CAE of mold course[J]. IERI Procedia, 2012(2): 137—141.

From theory to practice: the project teaching method of mechanical CAD/CAM

LI LingFang, CHE XiaoYi

(College of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The Project Teaching Method was adopted and the hydraulic gear pump was used as the practice project. The teaching contents include the decision, programming and implement of the project. After the project teaching was finished, the examination was taken from two aspects of theory and application, including every aspect of CAD/CAM. This kind of teaching method make the students mastered not only the related software, but also the concept and application of CAD/CAM integration.

mechanical CAD/CAM; the project teaching; CATIA

G 642.4

1672-6146(2014)01-0076-03

10.3969/j.issn.1672-6146.2014.01.018

通讯作者email: yourvicky@126.com.

2013-12-15

湖南省”十二五”重点建设学科(机械设计及理论)(湘教发2011(76)); 湖南文理学院芙蓉学院教改项目(Fjg-0913).

(责任编校: 谭长贵)