五年制高职院校模具CAD游戏教学的实验研究

李培丰 刘明

摘 要：文章分析了模具 CAD综合实验课程的特点，如综合性强、智能化程度高、知识密集，针对现有模具 CAD实验课程运行中存在的突出问题，介绍了该课程的实验系统，内容和方法。构建了 CAD模具综合实验教学体系。该系统加强了CAD与教学游戏之间的知识联系，优化了实验内容，提高了实验效率，实现了真正意义上的设计，全面和创新，在实际教学应用中取得了良好的效果。

关键词：模具;高职;CAD;教学;实验研究

模具CAD（模具和模具的计算机辅助设计）（CAD），计算机辅助分析（CAE），计算机辅助制造（CAM）是应用现代数字技术改造传统芯片技术的重要关键技术。它是计算机技术与传统模具制造业高度集成的产物，也是智能材料成形的重要内容。该技术的应用实现了模具或材料成型件的高效率，高精度和高质量，极大地促进了模具行业的发展。在“中国制造2025”计划的背景下，中国制造业迫切需要能够掌握 CAD模具技术的人才。为适应制造业对这类人才的需求，高校实验教学环节应顺应这一趋势，注重培养具有学习能力，实践能力和创新能力的相关技术人才。

1.模具 CAD综合实验课程体系的构建

课程特色模具CAD的综合实验课程是针对材料的，建立了实验班的优秀课程和本科的材料成型与控制工程课程。该课程具有以下特点：

（1）它是材料成形的基本理论与模具设计和制造实践的结合。

（2）是传统材料加工技术与现代数字技术的结合。

（3）是材料加工的基础专业知识和先进的智能制造技术的结合。

（4）教学内容全面，知识密集。它涵盖了许多领域和跨学科知识，包括机械工程，材料加工工程，计算机科学与技术，自动控制工程，测试技术，快速成型技术，模拟技术等。

鉴于以上特点，可以安排模具 CAD综合实验课程，供学生学习专业和专业基础课程理论，基础专业实践和基础实验课程，并在毕业设计前，例如，在高职二年级的第一学期。实验课程可以高度全面，设计和创新。表1是模具 CAD综合实验的课程计划。

1.2当前教学情况

由于 CAD模具综合实验课程是一门跨学科，综合性，知识密集型的应用课程，在课程体系，教学方法，教学内容，教学手段和教学环境等方面都面临着巨大的挑战。目前，我国许多高校都对本课程的教学进行了大量的探索和研究。由于实验平台之间的障碍，模具CAD、CAE和模具CAM的原始实验相互隔离，并没有很强的相关性。结果，一些实验被“支离破碎”，“孤立”或“多余”。难以满足综合性，研究性和创新性的要求，极大地影响了学生在实验课程中的积极性和创造性。因此，从系统、内容和手段等方面改革和创新现有的模具 CAD实验课程尤为重要和迫切。

1.3实验教学体系的构建

针对现有模具 CAD实验课程运行中存在的突出问题，深入研究了模具 CAD综合实验课程的实验系统，内容和方法。通过科学合理的规划，探索和研究完整的系统和实质内容。

构建实验系统的基本思路是：以典型的冲压件为连杆，采用三维计算机设计软件，设计冲压模（覆盖复合模和级进模），即“模具计算机辅助设计（CAD）实验”;在模具计算机辅助设计的基础上，材料成型工艺先进。通过计算机模拟验证了成形过程和模具设计的合理性，即“成形过程的计算机数值模拟（CAE）实验”;进行模具主要工作部件的数控编程（材料减少制造）和快速原型制造（材料增加制造），即“模具的计算机辅助制造（CAM）”。最后，使用模型模具在NC冲头上加工选定的冲压件，即成形过程的物理模拟实验。

2.CAD模具综合实验的内容

2.1三维建模实验

为学生提出实验任务冲压件二维工程图。使用三維CAD软件需要直接建模。直接提供物理零件需要使用逆向工程设备和逆向工程技术进行零件反向建模。冲压件的三维数字模型可以通过上述两种直接建模或反向间接建模方法获得，根据上述冲压件的三维模型，PDW模块由NX设计，并进行模具的计算机辅助设计。学生可以选择自己的成型工艺或不同的工艺组合来设计模具。例如，也可以采用不同的处理方案，例如在绘制之前的消隐或在绘制之后的消隐。不同的模具。

2.2计算机数值模拟成形过程实验

在不同工艺方案的模具设计和不同工艺的组合之后，利用板料成形模拟软件，如应力、应变分析，成形极限图，成形载荷分析等，对所确定的工艺进行计算机辅助分析。也可以预测和分析零件成形过程中可能存在的缺陷，如拉伸裂纹和成形载荷。细化，弯曲回弹等，以便检查和修改工艺和设计的模具。

2.3模具计算机辅助制造实验

减少材料制造。通过使用NX制造模块生成的加工程序，在NC雕刻机上制造设计模具的主要工作部件，其他材料制造。.STL格式的数据文件源自设计模具的主要工作部件模型。在具有自主知识产权的HS系列FDM快速成型机上完成模具零件的材料添加。通过比较数控加工（材料减量制造）与快速成型（材料加工制造），学生可以掌握两种加工方法的特点，原则和应用场合，有利于学生对现代模具制造专业知识的理解。

2.4成形过程的物理模拟实验

通过使用示例模具在NC冲头上制造指定的冲压件。进行了成形过程的物理模拟实验，并在计算机数值模拟（CAE）预测的基础上，分析了冲压件缺陷产生的原因。

3.模具CAD游戏教学

程序加载命令AP，将下载的俄罗斯方块“ELSBOX.VLX”文件找到，点击“加载”按钮，加载到CAD软件内;输入俄罗斯方块命令ELSBOX，将游戏程序在CAD软件内部启动;根据左侧游戏提示操作键进行：键盘4和6为左右移动，键盘8和空格键为翻转，5为快速下落下，CAD俄罗斯方块操作图如下。

4结束语

通过CAD模具实验教学体系的构建与创新，实现了从冲压件数字模型到零件物理对象（PLM）整个过程的实验教学环节，使学生能够"看到"他们得到什么"，培养他们的科技创新意识。整个实验教学以学生为中心，提高了学生在实验中的主观能动性。在实验内容安排方面，采用"瀑布式"部分数据流逐步推进，层次分明，时空布置有序，提高了学生的学习效率。

根据该实验系统的框架，学生可以选择不同的冲压件和不同的冲压工艺组合进行实验，使学生能够"积极实验"，激发学生在实验课上的热情和创造力。该实验已于2018年应用于我校180名高职专业的机械设计工程专业，教学效果良好。该实验不仅可用于模具 CAD的大规模集成实验，还可用于学生课程设计，毕业设计等教学环节的实验。

基金课题：本文为江苏省职业教育教学改革研究课题（ZYB290）阶段成果之一

参考文献

[1]俞彦勤，刘辉，邹佳鹏.模具CAD/CAE/CAM一体化教学实验研究[J].实验技术与管理.2019（03）

[2] 冯振，原国森，董二婷.《模具价格估算》课程工学结合的教学探索与实践[J].模具工业.2017（04）

[3]董二婷，苏光.模具拆装实训教学改革与学生职业精神培养[J].模具工业.2016（11）

（作者单位：江苏省徐州技师学院）