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【摘要】针对普通高校数控实践教学环节的教学时间短、内容多，学生训练不充分的问题，作为具有整机设计制造综合应用能力的中间环节，新增开设了教改课程“CAD/CAM实习”，介绍了课程设置的意义、方案、特点以及实施方法，给出了设计和加工实例，最后对实习进行了总结。
【关键词】实践教学；实习；CAD/CAM；创新
【中图分类号】G642.44【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0232-02
实践教学是巩固所学理论知识和加深理解的重要手段，是将理论知识转化为实际应用能力的关键环节。实践教学越来越受到重视，已然成为人们的共识，各个教学单位都在着力改进和加强这一环节，探索在实践教学环节中取得更大成效的方法。与职业院校相比，由于普通高校培养目标和侧重点不同，理论课程相对较多，其实践教学环节仍然是弱项，学生动手机会偏少的现状没有从根本上改变，实践教学仍需要提高。其中的数控类实践教学对硬件条件（计算机、机床、通讯等）和软件条件（指导人员水平、素质等）的要求较高，受其制约，实施起来困难相对更大一些。
针对存在的问题，为了更好地将理论和实际联系起来，增加学生的动手机会，培养创新精神；循序渐进，保证每一阶段学习的效果；同时避免因学生考研、找工作及参加竞赛等事情的影响，造成时间分散的问题。天津大学实践教学中心在示范中心建设项目经费的资助下，实施教学改革与创新，合理规划教学方案和内容，对机械制造专业学生新增开设了“CAD/CAM实习”课程。
1CAD/CAM实习方案
CAD/CAM实习课程性质为集中实践，实习时间为2周，设定为2学分。
1.1实习目的通过实习，巩固“计算机辅助设计与制造”及相关课程所学的知识，将所学的知识转化为实际应用能力，同时进行创新意识和创新能力训练，培养创新精神，使学生在实习过程中掌握更多的知识，能够用CAD/CAM技术解决工程实际问题。为后续课程的进一步学习打下扎实的基础，同时也为进行整机设计、制造起到桥梁和衔接的作用。
2.2实习的主要内容及要求①要求每个学生自己构思、独立设计完成一个零件从设计到制造出合格产品的全过程；②对设计的零件实体模型要求掌握并使用两种方法获得，即根据现有产品，通过逆向（反求）工程的方法获取计算机模型和应用CAD/CAM系统自行设计的方法获得；③设计时要考虑采用的加工设备、加工的可行性及工艺流程；④根据所设计模型的不同，产品的制造可以采用快速原型技术，也可以采用数控车或铣、数控电火花等方法加工。
2.3实习时间及人员安排因为CAD/CAM实习需要有相应的软件和金工实习作为基础，实习时间不宜太早，故安排在三年级的第二学期。鉴于对每位学生的要求相同，不存在任务和内容的分工问题，采用集中实习较好，持续时间长度为2周。两周的实习大致分为三个时间段：第一阶段，零件反求和设计约4天，包括查资料、看书（因涉及到软件和设备的使用）。第二阶段，快速原型支撑设计或加工工艺设计约2天。第三阶段，零件快速原型制作或数控加工约4天。机制专业5个班学生，每个班配备2名指导教师，全程跟班辅导。
2.4使用设备、软件及材料根据实习的要求，实践教学中心提供的资源有：①设备:数控车床、数控铣床或加工中心、电火花机床、快速原型机床及扫描仪等。②数控系统:FANUC、SIEMENS、大连大森、华中数控等。③软件:CAD/CAM软件Pro/E、Solidworks、Solidcam等，拼接软件Polyworks，修补软件Geomagic studio。④材料:选用易于加工且加工的危险性较小的材料，如合金铝、工程塑料等，由学生自己联系购买，中心报销。
3实施方法
在实习中始终贯彻“学生为学习的主体”的现代教育理念，积极培养学生的动手能力和创新精神，充分调动学生学习的积极性，给学生发挥聪明才智的机会。由于CAD/CAM实习的要求和特点，尤其是需要进行操作机床和加工零件，决定了该项实习强调的是学生动手能力的训练，即训练学生运用CAD/CAM技术解决实际问题的能力。因此实习时不再是以讲解为主，而是将讲解、引导、启发和讨论相结合，尊重学生的设计思路和方案，发挥学生的主观能动性，使学生进行创造性的学习。
3.1准备环节
3.1.1查找和收集资料必备资料包括相关课程的教材，扫描仪使用说明书、所要应用的机床使用手册和编程手册。
3.1.2阅读资料需要阅读的资料是指这次实习所要用到的知识内容，分为复习和新知识两方面。对于已经学过的知识是复习，而有些知识则是需要在实际应用过程中随用随学，例如软件在使用时会用到以前未用过的内容、机床操作方面某些未用过的功能。另外由于有些软件或使用说明书是英文版的，这些软件的学习既是学习软件本身的新知识也是学习英语的新知识，同时也是对英语的阅读能力的一个检验，由此说实习的过程也是提高的过程。
3.1.3硬件条件的准备由于同时实习的学生较多，应当准备足够数量的计算机。这次实习中要用到相应的CAD/CAM软件，首次使用时需要检查所使用软件的配置情况，看所使用的软件是否安装以及安装是否完全。对于机床设备，在实习之前也要检查机床工装夹具、刀具的准备情况、确定所准备材料的规格。
3.2中间环节①在设计的过程中，有的学生对软件的使用不熟悉，要鼓励学生互相之间进行交流，但要避免等、靠现象，严格执行独立完成的要求，制止请别的同学代劳的现象发生；两位指导教师原则上一位在机房，一位在加工车间辅导，负起责任，包括记录考勤在内，随时督促学生按照要求完成实习任务；②由于有
的机床、设备数量少，学生不能同时使用，需错开内容，穿插进行，一些学生使用时，其他的学生则看资料或进行设计；③在生成加工代码（程序）之前，要建立坐标系，对初学者来说，机床坐标系、参考点及工件坐标系之间的关系是个难点，容易混淆，需要指导教师着重讲解；要指导学生建立编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小的工件坐标系；④对于实际加工，要合理确定刀具的角度，避免出现过切现象；合理选择切削参数，保证加工质量和效率；⑤选择与所用机床系统相匹配的NC模版，生成程序；⑥一定要进行加工仿真演示和NC检测，以便及时发现问题，并将刀具轨迹图写入实习报告；⑦加工制造时，由于机床和指导教师人数少，另外，一位指导教师不可能同时指导和照看多台机床的学生操作，则可采用“传帮带”的办法，首先指导进度快且已到加工阶段的学生进行加工，待其完成后，让其变换角色，行使指导教师的职能，指导同样使用该型号机床的后续的学生加工，这样可以使学生加深理解和巩固机床操作技能；⑧为提高效率，在计算机与机床之间采用通讯方式传递数据，让学生掌握现代加工通讯手段。
3.3总结及答辩环节首先应当使学生认识到总结的重要性，总结自己的实习情况，取得的收获以及存在的问题，其中实习报告就是一种很好的方式。要求学生完成CAD/CAM后撰写实习报告，学生通过撰写实习报告也在一定程度上进行了写作的规范训练，锻炼了论文写作的能力。实习报告的撰写质量将作为考核和成绩评定的重要依据。
通过撰写实习报告可以使学生理清思路，在答辩自述时取得较好的效果。答辩的自述情况是对语言表达能力的一种检验，答辩过程也是对语言表达能力的一种训练。
4实习实例
该例学生实习完成的内容较丰富，做了零件扫描、设计了组合式笔筒，车削了笔筒的支架。使用的软件及设备分别为Pro/E2.0，惠普SJ8290扫描仪，PolyworksV8拼接软件，“Geomagic studio 6.0”修补软件，“CAK6136P”数控车床、大森Ⅲ系统。
4.1逆向工程图像的产生和处理逆向工程是指由现有零件获取其几何特征，尤其适用于未知的具有复杂形状的零件。扫描是其中的方法之一，具体步骤是首先对所要反求的物体进行多角度扫描，以便取得立体特征；其次打开两个图像，将其中一个锁定，利用不同的两个角度图像之间存在的公共点，任选三点，注意其位置和方向，进行拼接，其他图像利用同样方法进行，可得到整体图像，如图1容剂瓶所示；然后对所得到的图像（图1）进行修复，即修补漏洞，经曲面化后，将图像保存为iges格式得到图2；最后使用Pro/E软件对得到的图象（图2）进行处理，即可得到实体，如图3所示。
图1 拼接图形图 图2 修复后的图形 图3 实体图形
4.2自主设计零件如图4所示自行设计的零件为一个笔筒，为便于加工，笔筒主体和支架（图5）设计成分体形式。该例在设计上比要求更进了一步，变成了2个零件。由于这次实习是学习方法，不是为加工更多的零件，故选择一个零件（笔筒支架）进行编程加工。
为体现数控车削加工的特点，所设计的零件要求至少包含圆柱面、锥面及弧面3种成分，即其刀具轨迹为直线、斜线及曲线。
4.3生成数控程序常规安装的Pro/E中有的机器没有安装NC编程功能，首次使用时需要重新安装。将Options功能中的“Mold Component Catalog”、“Pro/Plastic Advisor”、“VERICUT（R）for Pro/ENGINEER”和Interfaces中的Pro/CDT、Pro/FEMPOST重新选中进行安装即可。
图6~图7分别为加工的刀具轨迹仿真图和NC检测结果。
CAD/CAM实习是一门新的实践课程。学生利用CAD/CAM软件和数控设备进行了零件的自主设计、制造全过程的工程实际训练，融会贯通了所学的相关课程知识，提高了动手能力。通过实习学生学到了一些新知识、培养了创新精神、团队协作精神、并进行了一定的写作训练，为后续课程的进一步学习打下了扎实的基础，也为具有进行整机设计、制造综合应用能力起到桥梁和衔接的作用。文中给出的实习方案、实施方法，提高了实践教学的效果，可为相关课程的开设提供参考。
参考文献
[1]李佳.计算机辅助设计与制造[M].天津大学出版社，2002.
【关键词】实践教学；实习；CAD/CAM；创新
【中图分类号】G642.44【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0232-02
实践教学是巩固所学理论知识和加深理解的重要手段，是将理论知识转化为实际应用能力的关键环节。实践教学越来越受到重视，已然成为人们的共识，各个教学单位都在着力改进和加强这一环节，探索在实践教学环节中取得更大成效的方法。与职业院校相比，由于普通高校培养目标和侧重点不同，理论课程相对较多，其实践教学环节仍然是弱项，学生动手机会偏少的现状没有从根本上改变，实践教学仍需要提高。其中的数控类实践教学对硬件条件（计算机、机床、通讯等）和软件条件（指导人员水平、素质等）的要求较高，受其制约，实施起来困难相对更大一些。
针对存在的问题，为了更好地将理论和实际联系起来，增加学生的动手机会，培养创新精神；循序渐进，保证每一阶段学习的效果；同时避免因学生考研、找工作及参加竞赛等事情的影响，造成时间分散的问题。天津大学实践教学中心在示范中心建设项目经费的资助下，实施教学改革与创新，合理规划教学方案和内容，对机械制造专业学生新增开设了“CAD/CAM实习”课程。
1CAD/CAM实习方案
CAD/CAM实习课程性质为集中实践，实习时间为2周，设定为2学分。
1.1实习目的通过实习，巩固“计算机辅助设计与制造”及相关课程所学的知识，将所学的知识转化为实际应用能力，同时进行创新意识和创新能力训练，培养创新精神，使学生在实习过程中掌握更多的知识，能够用CAD/CAM技术解决工程实际问题。为后续课程的进一步学习打下扎实的基础，同时也为进行整机设计、制造起到桥梁和衔接的作用。
2.2实习的主要内容及要求①要求每个学生自己构思、独立设计完成一个零件从设计到制造出合格产品的全过程；②对设计的零件实体模型要求掌握并使用两种方法获得，即根据现有产品，通过逆向（反求）工程的方法获取计算机模型和应用CAD/CAM系统自行设计的方法获得；③设计时要考虑采用的加工设备、加工的可行性及工艺流程；④根据所设计模型的不同，产品的制造可以采用快速原型技术，也可以采用数控车或铣、数控电火花等方法加工。
2.3实习时间及人员安排因为CAD/CAM实习需要有相应的软件和金工实习作为基础，实习时间不宜太早，故安排在三年级的第二学期。鉴于对每位学生的要求相同，不存在任务和内容的分工问题，采用集中实习较好，持续时间长度为2周。两周的实习大致分为三个时间段：第一阶段，零件反求和设计约4天，包括查资料、看书（因涉及到软件和设备的使用）。第二阶段，快速原型支撑设计或加工工艺设计约2天。第三阶段，零件快速原型制作或数控加工约4天。机制专业5个班学生，每个班配备2名指导教师，全程跟班辅导。
2.4使用设备、软件及材料根据实习的要求，实践教学中心提供的资源有：①设备:数控车床、数控铣床或加工中心、电火花机床、快速原型机床及扫描仪等。②数控系统:FANUC、SIEMENS、大连大森、华中数控等。③软件:CAD/CAM软件Pro/E、Solidworks、Solidcam等，拼接软件Polyworks，修补软件Geomagic studio。④材料:选用易于加工且加工的危险性较小的材料，如合金铝、工程塑料等，由学生自己联系购买，中心报销。
3实施方法
在实习中始终贯彻“学生为学习的主体”的现代教育理念，积极培养学生的动手能力和创新精神，充分调动学生学习的积极性，给学生发挥聪明才智的机会。由于CAD/CAM实习的要求和特点，尤其是需要进行操作机床和加工零件，决定了该项实习强调的是学生动手能力的训练，即训练学生运用CAD/CAM技术解决实际问题的能力。因此实习时不再是以讲解为主，而是将讲解、引导、启发和讨论相结合，尊重学生的设计思路和方案，发挥学生的主观能动性，使学生进行创造性的学习。
3.1准备环节
3.1.1查找和收集资料必备资料包括相关课程的教材，扫描仪使用说明书、所要应用的机床使用手册和编程手册。
3.1.2阅读资料需要阅读的资料是指这次实习所要用到的知识内容，分为复习和新知识两方面。对于已经学过的知识是复习，而有些知识则是需要在实际应用过程中随用随学，例如软件在使用时会用到以前未用过的内容、机床操作方面某些未用过的功能。另外由于有些软件或使用说明书是英文版的，这些软件的学习既是学习软件本身的新知识也是学习英语的新知识，同时也是对英语的阅读能力的一个检验，由此说实习的过程也是提高的过程。
3.1.3硬件条件的准备由于同时实习的学生较多，应当准备足够数量的计算机。这次实习中要用到相应的CAD/CAM软件，首次使用时需要检查所使用软件的配置情况，看所使用的软件是否安装以及安装是否完全。对于机床设备，在实习之前也要检查机床工装夹具、刀具的准备情况、确定所准备材料的规格。
3.2中间环节①在设计的过程中，有的学生对软件的使用不熟悉，要鼓励学生互相之间进行交流，但要避免等、靠现象，严格执行独立完成的要求，制止请别的同学代劳的现象发生；两位指导教师原则上一位在机房，一位在加工车间辅导，负起责任，包括记录考勤在内，随时督促学生按照要求完成实习任务；②由于有
的机床、设备数量少，学生不能同时使用，需错开内容，穿插进行，一些学生使用时，其他的学生则看资料或进行设计；③在生成加工代码（程序）之前，要建立坐标系，对初学者来说，机床坐标系、参考点及工件坐标系之间的关系是个难点，容易混淆，需要指导教师着重讲解；要指导学生建立编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小的工件坐标系；④对于实际加工，要合理确定刀具的角度，避免出现过切现象；合理选择切削参数，保证加工质量和效率；⑤选择与所用机床系统相匹配的NC模版，生成程序；⑥一定要进行加工仿真演示和NC检测，以便及时发现问题，并将刀具轨迹图写入实习报告；⑦加工制造时，由于机床和指导教师人数少，另外，一位指导教师不可能同时指导和照看多台机床的学生操作，则可采用“传帮带”的办法，首先指导进度快且已到加工阶段的学生进行加工，待其完成后，让其变换角色，行使指导教师的职能，指导同样使用该型号机床的后续的学生加工，这样可以使学生加深理解和巩固机床操作技能；⑧为提高效率，在计算机与机床之间采用通讯方式传递数据，让学生掌握现代加工通讯手段。
3.3总结及答辩环节首先应当使学生认识到总结的重要性，总结自己的实习情况，取得的收获以及存在的问题，其中实习报告就是一种很好的方式。要求学生完成CAD/CAM后撰写实习报告，学生通过撰写实习报告也在一定程度上进行了写作的规范训练，锻炼了论文写作的能力。实习报告的撰写质量将作为考核和成绩评定的重要依据。
通过撰写实习报告可以使学生理清思路，在答辩自述时取得较好的效果。答辩的自述情况是对语言表达能力的一种检验，答辩过程也是对语言表达能力的一种训练。
4实习实例
该例学生实习完成的内容较丰富，做了零件扫描、设计了组合式笔筒，车削了笔筒的支架。使用的软件及设备分别为Pro/E2.0，惠普SJ8290扫描仪，PolyworksV8拼接软件，“Geomagic studio 6.0”修补软件，“CAK6136P”数控车床、大森Ⅲ系统。
4.1逆向工程图像的产生和处理逆向工程是指由现有零件获取其几何特征，尤其适用于未知的具有复杂形状的零件。扫描是其中的方法之一，具体步骤是首先对所要反求的物体进行多角度扫描，以便取得立体特征；其次打开两个图像，将其中一个锁定，利用不同的两个角度图像之间存在的公共点，任选三点，注意其位置和方向，进行拼接，其他图像利用同样方法进行，可得到整体图像，如图1容剂瓶所示；然后对所得到的图像（图1）进行修复，即修补漏洞，经曲面化后，将图像保存为iges格式得到图2；最后使用Pro/E软件对得到的图象（图2）进行处理，即可得到实体，如图3所示。
图1 拼接图形图 图2 修复后的图形 图3 实体图形
4.2自主设计零件如图4所示自行设计的零件为一个笔筒，为便于加工，笔筒主体和支架（图5）设计成分体形式。该例在设计上比要求更进了一步，变成了2个零件。由于这次实习是学习方法，不是为加工更多的零件，故选择一个零件（笔筒支架）进行编程加工。
为体现数控车削加工的特点，所设计的零件要求至少包含圆柱面、锥面及弧面3种成分，即其刀具轨迹为直线、斜线及曲线。
4.3生成数控程序常规安装的Pro/E中有的机器没有安装NC编程功能，首次使用时需要重新安装。将Options功能中的“Mold Component Catalog”、“Pro/Plastic Advisor”、“VERICUT（R）for Pro/ENGINEER”和Interfaces中的Pro/CDT、Pro/FEMPOST重新选中进行安装即可。
图6~图7分别为加工的刀具轨迹仿真图和NC检测结果。
CAD/CAM实习是一门新的实践课程。学生利用CAD/CAM软件和数控设备进行了零件的自主设计、制造全过程的工程实际训练，融会贯通了所学的相关课程知识，提高了动手能力。通过实习学生学到了一些新知识、培养了创新精神、团队协作精神、并进行了一定的写作训练，为后续课程的进一步学习打下了扎实的基础，也为具有进行整机设计、制造综合应用能力起到桥梁和衔接的作用。文中给出的实习方案、实施方法，提高了实践教学的效果，可为相关课程的开设提供参考。
参考文献
[1]李佳.计算机辅助设计与制造[M].天津大学出版社，2002.