“机械CAD/CAE/CAM综合训练”以机类专业学生就业方向上的典型产品开发为目标,要求学生对产品参考实物模型进行拆装分析,完成整个产品开发过程中的CAD、CAE和CAM任务环节,使学生深入理解产品开发生命周期过程,进一步巩固基于信息集成的设计制造理论知识和技术方法,掌握基于统一产品数据信息的集成设计制造技术,掌握不同CAD/CAE/CAM软件间的数据共享和集成方法,熟练应用国际上较为流行的CAD/CAE/CAM软件,树立先进设计制造技术理念,提高创新意识、自我学习和相互学习能力,综合应用相关知识能力、实际动手能力和就业竞争力,为顺利走上工作岗位奠定基础[4G6].根据学生前期基础课程知识掌握情况,结合现代产品开发生命周期过程思路,设计综合训练实施流程。流程中各环节具体内容和要求包括:(1)合理选取产品开发对象.产品开发对象应考虑就业需求,并结合个人兴趣合理选取.产品对象不能过于简单,零件或构件总数不可少于8个,也不能过于复杂,应有实际产品或模型做参考.(2)有一定创新性的产品概念设计.可从产品功能原理方案、运动机构方案或外观造型的新颖性、宜人性和易加工性等角度开展创新设计.概念设计成果应以产品三维数字模型的渲染效果图展示.(3)基于实物参考模型的产品CAD模型设计.对所选产品实物模型进行拆装和分析,避免凭借网络图片资料或个人想象拼凑产品机构或结构形式,造成机构运动原理错误或结构不合理等问题,保证后续CAE分析模型的合理性.针对概念设计方案进行产品结构模型设计,建立产品的三维CAD模型.(4)合理的产品CAE分析.分析产品对象在实际使用或制造中存在的运动学、力学或成型工艺等问题,选取机构运动学/动力学、零部件结构静力学、零件模具设计或成型工艺中某一方向问题进行分析,基于CAD模型建立CAE分析模型,进行产品的分析与优化.(5)零件的虚拟仿真加工和模型实物数控加工.选取产品典型零件,进行零件特征分析和加工工艺规划,制定加工工艺路线和工序参数,对各工序进行刀具路径规划,完成模拟加工,输出数控加工代码.选用代木、蜡块等材料进行加工实验,修改加工指令,输入数控机床,加工出零件外形.(6)图纸和文档管理.按国标要求绘制产品工程图,完成产品装配图、爆炸图和各零件工程图.撰写产品设计说明书一份,包括产品背景和开发意义,CAD、CAE和CAM各环节的主要过程与成果,综合训练总结等内容.(7)提交材料要求.每位学生提交产品开发纸质说明书一份,采用A4纸打印,封面用230克浅蓝色虎纹纸装订;提交产品所有相关CAD/CAE/CAM部分运行电子文件;提交加工零件实物模型一件.

　　在训练任务对象方面,考虑机类专业学生从事专业方向的工作有机械类产品的设计、制造、模具设计和机械装备的设计、维护及销售等类型.可选取实验室已有机构、夹具和模具实物模型资源,或生活中正在使用、方便进行拆装、方便获取产品参考结构的家电类产品,如手机、台灯、风扇、吹风机等,使学生训练之初具有较好兴趣和感性认识,并能通过实际测绘获取设计产品数据参数.在设计软件选取方面,指导学生掌握软件间的差异,正确区分集成类型软件和单一功能软件,了解常用软件的功能模块.通过资料收集和调研的方法,了解目前珠三角企业在产品设计开发中软件的应用情况,指导学生合理选择利用现代企业流行的计算机辅助软件完成产品的开发任务.为解决训练时间短的问题,在前期“机械CAD/CAM”理论课程讲授过程,采用目标教学方法,在教学初始下达综合训练任务,将训练任务内容“化整为零”进行教学[11].在理论教学过程中,结合任务内容进行有目的的引导,让学生带着任务主动学习,利用理论课程学习的课余时间进行任务内容思考和软件应用的准备.使学生在综合训练开展时已具备解决任务的理论基础和软件应用基础,明确设计任务要求,选定好开发产品目标,并完成产品实物模型拆装和测绘[12G13].

　　综合训练在我校工程训练中心实施.中心的机械基础实验室有塑料注射模、吹塑模、吸塑模、挤塑模、五金冲压模等模具类模型,车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、检验夹具、组合夹具等夹具类模型;油泵、额式、装订机、抛光机、剪床机构、制动机构、机械手腕部机构、步进输送机等机构类模型及扳手、起子、虎钳、锤子、游标卡尺、钢卷尺和钢皮尺等拆装和测量工具,为综合训练提品参考模型和拆装测绘条件.中心CAD/CAM实验室配有扬天A8800t计算机、CANON扫描仪和HP激光打印机等设备,安装有ProeWildfile4．0、NX7．0、Solidworks2010、ADMAS2007、Ansys12．0、Mastercam8．0,Moldflow2010,CAXA2007,AuGtocad2010等软件,提品的设计、分析和零件NC仿真加工条件.中心的机械加工车间有VM6540立式加工中心、CK6132/750数控车床、XK5025/6数控铣床、DK7732G数控线切割机床等设备,配有各种型号车刀、铣刀、夹具、扳手等工具,及代木、蜡块、钢板等加工材料,提供零件实物模型数控加工条件.

　　客观、全面和公正地评价学生的综合训练成果是实践教学的重要环节[14].仅对设计说明书和产品工程图纸结果质量进行综合评价,难以在学生之间进行成果交流,无法形成成果激励,一些抄袭问题也难以发现,无法体现公平评价.为此采用以班为单位进行作品公开展示和答辩的考核方式.每位学生答辩时间不超过10min,在前5min内应用所选软件演示主要设计、分析和加工过程,展示设计说明书、产品工程图纸和加工实物模型;在后5min内回答老师和同学的提问.根据综合训练大纲要求,确定产品开发过程各任务环节具体项目和分值比重,制定作品评分标准如表2所示.由指导教师依据评分标准对于每个学生的综合训练成果进行打分,按优(90~100)、良(80~89)、中(70~79)、及格(60~69)、不及格(＜60)5个等级评定。

　　依据机类专业就业方向特点,充分利用校工程训练中心条件,以实验室已有模具、夹具、机构模型,或学生正在使用、感兴趣、便于拆装获取产品参考结构的家电类产品为对象,通过拆装参考产品模型获取结构信息,按照企业产品开发过程思路完成产品的概念设计、三维结构建模、仿真分析与优化、典型零件的NC仿真加工和实物模型加工、撰写设计说明、生成产品工程图档等任务.按教学大纲要求制定训练成果评分标准,以班为单位进行训练成果公开展示和答辩,在师生间开展交流与讨论,最后由指导教师依据评分标准对学生的训练成果进行等级评价.2010级和2011级机类专业“机械CAD/CAE/CAM综合训练”实施结果表明,以就业为导向,基于产品开发过程的综合训练极大地提高了学生的学习兴趣,增强了学生独立解决产品开发中的硬件、软件和设计技术等问题的能力,推进了学生自主创新设计的主动性和积极性,促进了学生间的相互学习与交流,进一步加深了学生对理论知识的认识,提高了学生综合应用所学知识和技术解决产品开发实际问题的能力,增强了学生的就业竞争力.

　　机械加工是机械类专业的学生必须掌握的一门专业技能，而其中的《机床夹具设计》又是机加工中必须掌握的一门基础课程，不管是传统机床加工还是现代的数控加工，都涉及到机床夹具的应用。我在以前的教学中都是按照书本的知识对学生进行讲解，后来在一次带学生去车间实训的过程中，碰到数控车床三爪自定心卡盘的卡爪的安装问题，这个是课本上从来没有涉及到的知识，在车间工人师傅的帮助下的解决了这个问题。这就让我觉得在今后的教学工作中，应该在讲解车床通用夹具的过程中，融入车床三爪自定心卡盘的卡爪拆卸的内容，这也正符合目前提倡的理实一体化教学的要求。

　　理实一体化教学法即理论实践一体化教学法。突破以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。它强调充分发挥教师的主导作用，通过设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实，而理中有实，实中有理。突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣的一种教学方法。

　　讲授法：在课堂上，将项目展开后，通过演示操作及相关内容的学习后，进行总结并引出一些概念，原理进行解释，分析和论证，根据教材，既突出重点，又系统地传授知识，使学生在较短的时间内获得构建的系统知识，讲授要求有系统性，重点突出，条理清楚。讲课的过程是说理的过程，提出问题，分析问题，解决问题，做到由浅入深，由易到难，即符合知识本身的系统，又符合学生的认识规律。这样学生就能一步步掌握专业知识。演示法：演示法是教师在理实一体化教学中，通过教师进行示范性实验，及示范性操作等手段使学生观察获得感性知识的一种好方法。它可以使学生获得具体、清晰、生动、形象的感性知识，加深对学习书本知识，抽象理论和实际事物及现象联系起来，帮助学生形成正确的概念，掌握正确的操作技能。课前教师要做好演示的准备工作，根据课题选择好设备，工具，量具。练习法：练习法是指学生上完理论课后，在教师的指导下进行操作练习，从而掌握一定的技能和技巧，把理论知识通过操作练习进行验证，系统地了解所学的知识，练习时一定要掌握正确的练习方法，强调操作安全，提高练习的效果，教师认真巡回指导，加强监督，发现错误动作立即纠正，保证练习的准确性。对每名学生的操作次数、质量作好一定的记录。以提高学生练习的自觉性，促进练习效果。对不操作的学生要求在旁边认真观摩，指出操作中的错误，教师及时提问，并作为平时的考核分。

　　教师制定好学习任务，准备好相关的学习资料。然后给学生布置教学任务，给出完成项目的要求；学生分组，每组由若干学生组成。

　　指导教师分配各小组工作任务，每小组选定一个小组长，由小组长负责，协助监督本组成员顺利的完成老师布置的教学任务。

　　课题评价包括小组评价和教师评价二部分。小组评价为本小组组长对小组成员的评价，肯定所取得的成绩，指出不足。教师评价是教师应注重完成课题任务的过程，而不是最终的结果，充分发挥学生主导作用，指出完成课题过程中存在的疑难问题。针对存在的问题进一步的加强指导，注重分析、归纳和启发。同时教师应多鼓励学生提出自己的意见，以培养学生的独立思考能力。

　　教学内容：安装在车床主轴上的夹具应用和拆装：三爪自定心卡盘，加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。

　　阶段一：教师课堂讲授三爪自定心卡盘结构，作用（20分钟）（讲授法）。三爪自定心卡盘结构和作用原理课堂讲解，配以图片视频讲解。（如图1）

　　阶段二：教师课堂演示三爪自定心卡盘拆装方法（25分钟）（演示法）。从车间取出2个不同种类的车床用三爪自定心卡盘，老师在讲台上动手操作演示三爪自定心卡盘卡爪的拆装方法，同时选取3位学生在讲台旁观看这两种三爪自定心卡盘的拆装过程。这3名学生就是各小组的小组长。

　　阶段三：学生分组拆装三爪自定心卡盘练习（45分钟）（练习法）。根据我校实验设备，也就是单独的三爪自定心卡盘数量，把学生分为3个小组，每组平均14人，由我课堂演示的时候的3位在讲台观看操作的同学担任组长，分别负责这3组学生的实际操作，我作为教师从旁观察学生操作情况，并从旁指导，如学生有问题，也详尽解答。在一节课即将结束的时候，由各小组的小组长和教师分别评价，各占分权的40%和60%，每一次评价汇总在一起，就是该生的这次课的实训成绩。

　　理实一体化教学法改变了传统以教师为主的教学方式，教学中教师无法预计学生会提出什么样问题。只有教师具备丰富的理论知识和实践经验，才能应对学生的问题，更好地组织教学。另外，选择课题时要根据学校实验设备情况，使得课题的实施贴近企业加工实际情况，对课题进行适当的教学改造，使其符合教学要。