基于项目教学法的CAM实习教学研究
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作者: 陈怀国
摘 要: CAM实习是综合性很强的实践性教学环节,旨在加强培养学生数字化设计制造的综合能力。本文介绍了采用项目教学法组织CAM实习的教学实践。基于项目教学法的CAM实习教学,可以充分发掘学生的创造潜能,促使学生努力实践,有效地提高学生解决实际问题的综合能力。
关键词: CAM实习 数控编程 实践环节 项目教学法
CAD/CAM技术是21世纪机械制造业的先进技术。使用三维CAD/CAM软件,在设计了三维零件模型后,可以规划加工工艺并自动生成数控加工代码,为复杂零件的数控加工程序编制提供了极大的方便。这使得机械产品设计、工艺分析和数控加工程序的编制一体化,能形成从设计到零件切削的无图纸加工,在机械制造业中得到了广泛应用。常州工学院应用型本科机械类专业的培养计划中设置了教学时数为两周的CAM实习,旨在加强数字化设计制造综合能力的培养,以及提高学生数控加工自动编程的能力,以满足现代机械制造业对数字化设计制造工作的要求。CAM实习的先导课程是数控技术、数控加工实习、CAD/CAM应用、工程软件应用、机械制造工艺学等专业基础课和专业课。在CAM实习中,学生可以综合应用在先导课程中已学过的知识解决实际问题,将数字化设计制造综合能力提高到新的高度。在CAM实习的教学探索中,我们引入了项目教学法。教学实践表明“项目教学法”是CAM实习的有效载体,可较好地调动学生学习的积极性和主动性,有效提高学生数字化设计制造的综合能力。
1.确定CAM实习项目的任务
“项目教学法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动,其目的是在课堂教学中把理论教学与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的创造潜能,提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法的特点是师生通过共同实施一个完整的“项目”而进行教学活动,采用类似科学研究及实践的方法,促进学生主动积极发展。在教学活动中,教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生,在教师的指导下,以小组工作方式,由学生自己按照实际工作的程序,共同制定计划、共同或分工完成整个项目。在项目教学中,学习过程成为一个人人参与的具有创造性的实践活动。
基于项目教学法的CAM实习将实习作为一个项目交给学生去完成,应该具有较高的难度和较大的工作量。经过慎重的研讨,我们选择注塑模具或压铸模具的型腔镶块的加工工艺设计作为实习项目。这些型腔镶块具有复杂的结构,要加工的表面比较多,需要使用的切削加工方法比较多,其尺寸精度、表面之间形位精度要求较高,在现代机械制造业中已采用三维CAD/CAM软件进行设计、NC编程和数控机床加工。实习项目任务涵盖了三维建模与装配、工艺设计、刀夹具设计和数控加工自动编程等,需要具备的知识点较多、高技术密集。该实习项目可以实现教学培养计划内的教学目标,从计划、实施到完成有一个完整的成品作为项目的成果,使学生在完成项目后会有一种成就感。
2.创设实习项目实施的情景环境
在CAM实习中采用的三维CAD/CAM软件是Pro/ENGINEER。该软件提供了计算机辅助设计与制造的全部功能。特别是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,例如夹具引入、刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要引入已设计的夹具,设置有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。编程中刀具及其参数的选择和切削参数的确定是在人机交互状态下完成的,这要求编程人员必须掌握各种参数确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点,作出正确的参数选择。
以往学生在CAM实习中设定切削参数和刀具参数时,往往带有盲目性和随意性。例如,有时设定的刀具长度太短,直径太大;有时设定的刀具长度太长,而直径太小,刀具刚度不足;对于主轴转速、进给速度等的确定也是很茫然。这使CAM实习很难获得较为理想的效果。为了缩小CAM实习与数控加工实际之间的差距,我们建立了刀具和切削参数数据库并设计了数据库管理程序。在数据库内收录了切削用量数据和国内外刀具样本资料,例如上海泰锋刀具、以色列凯立达刀具等。运行数据库管理程序可以查阅数据库中切削参数数据和各种刀具的材料、结构形状、几何参数并计算适用的切削用量等。在这种接近于工程实际的情景环境中,学生在CAM实习中可以检索数据库,根据自己的加工需要选定切削参数、刀具的类型与几何参数等,避免了参数设计的盲目性和随意性。
3.组织实习项目的实施
3.1布置实习的任务与要求
CAM实习的目的是培养学生数字化设计制造的综合能力和提高学生数控加工自动编程的能力。本实习项目是型腔镶块的加工工艺设计,实习的具体任务包括加工工艺方案的制定、设计必要的夹具、使用三维CAD/CAM软件编制数控加工程序。实习项目的要求是,制定型腔镶块零件合理的加工工艺方案;设计必要的夹具三维模型并引入数控加工编程中应用;合理选择刀具类型及其参数、合理确定切削参数,编制出数控加工程序。
3.2分组实习
将学生分成若干小组。不同小组的CAM实习项目是相同的,都是型腔镶块的加工工艺设计,但具体的实习题材不同。每个小组根据自己的实习项目、实习题材与任务,以小组内合作的形式制定项目的实施计划,包括确定完成任务的工艺方案、时间安排和每个人的具体分工。
在制定工艺方案时,首先让每个学生根据项目要求制定出自己的工艺方案,在小组进行交流。教师引导学生进行讨论、通过互相帮助来修改方案,最后确定最佳的工艺方案,形成工艺规程文档。学生在制定方案过程中,互相取长补短,互相学习,语言表达能力和合作能力都得到了很好的提高。
然后根据既定的最佳加工工艺方案,组织小组中每个学生分担不同的任务,编制各个工序的数控加工程序,设计必要的夹具。
3.3教师在实习中的指导
在以项目教学法组织的CAM实习中,学生是实习项目的活动主体,但是教师的指导依然是重要的,适当的引导与教学示范是保证实习项目顺利实施的必要条件。教师首先应该向学生明确项目的任务与要求是什么,解释清楚项目实施的步骤,提供实施项目可以利用的资源。还可以适当提醒学生应该先做什么后做什么。这样既可避免接受能力较差的学生面对项目时束手无策,又能避免学生走不必要的弯路。当学生遇到困难和新知识时,一般鼓励学生自己钻研解决问题,以培养学生的独立工作能力,但教师可以适当示范或者引导。例如,在项目实施中曾遇到夹具设计与使用的问题。学生能够使用Pro/ENGINEER软件设计夹具零件的三维模型并进行装配,但是怎样在数控加工编程时引入夹具,学生以前从未接触过,不知怎样下手。本实习中用到的夹具不是很复杂,是数控铣削中常用的平口钳和V型块,教师可以让学生自己设计夹具,引导学生从Pro/ENGINEER规定的入口自己将工件毛坯模型在软件中“装配”到夹具模型上。学生通过自己钻研能学会在数控加工编程时使用夹具的方法,将夹具设计知识与数控编程知识连成片,体会到战胜困难的乐趣和自己获取新知的成就感。
3.4编写实习报告
编写实习报告是CAM实习教学的重要组成部分,可以培养学生撰写技术性文件的能力。在实习开始时提醒学生,将每天的工作情况记录下来;将经过讨论修改后的加工工艺方案以工艺规程文档的形式保留下来;将设计的夹具零件模型和装配模型截图保存下来;在完成数控加工编程后截取加工时的刀位图像,并在Pro/ENGINEER中生成制造工艺的Excel程序单。根据撰写实习报告的要求,将以上内容整理编写为正式的实习报告。实习报告要求学生在计算机上完成,在Word文档中插入截取的图形,图文并茂。学生的总结、归纳和表达能力可得到很大提高。
3.5实习评价
在项目完成后及时进行总结评价,以促进学生认真审视自己的工作,总结经验与不足,培养学生独立工作的能力、综合能力和协作精神。总结评价由自我评价、小组评价、教师评价三方面构成。每个学生在小组中评价自己的工作,总结得失;小组审查并讨论每个组员的工作,给出评价;指导教师根据学生的自评、小组评价、CAM实习报告,以及学生在工作中的表现,客观公平地评价学生的工作并给出实习成绩。
4.结语
项目教学法在CAM实习这样的实践性教学环节中具有独特的优势。在基于项目教学法的CAM实习中,确定项目任务一定要紧扣工程实际,面向应用,这是教学成功的前提。创设项目实施的情景环境是教学成功的重要基础,具备接近工程实际的实习环境才能贯彻零距离工程师培养的理念。在组织CAM实习项目实施的过程中,教师的角色应该定位于引导者、启发者,学生才是认知的主体、知识意义的主动建构者。因此我们应该力争做到三个转变,即以教师为中心转变为以学生为中心,由以课本为中心转变为以“项目”为中心,由以课堂为中心转变为以实践经验为中心。这样才可以充分发掘学生的创造潜能,培养学生的独立工作能力,综合能力,以及团队协作精神。
参考文献:
[1]黄康美.数控加工实训教程[M].北京:电子工业出版社,2004.
[2]二代龙震工作室.Pro/NCWildfire2.0&Cimatron数控加工[M].北京:电子工业出版社,2006.
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