基于UG的发动机叶轮数控多轴加工项目教学开发实践的研究

刘东宇 隋永志 张欢

【摘要】UG是当今最流行的CAD/CAM/CAE系列参数化软件之一。它经历了一系列版本的升级与更新，其丰富的模块、强大的功能与友好的界面使其成为当今世界运用最普遍的参数化软件，被广泛用于汽车、船舶、机械、航天、IT、家电以及玩具等行业。本文理论与实践的结合，以工作过程为导向，以发动机叶轮的加工为载体，以UG建模，并仿真虚拟加工作为辅助手段，将多轴加工基础知识与建模、加工、仿真技术相结合，在教学中引入项目教学法，改变传统的教学模式，突出课堂上学生的主题地位，有效发挥教师的指导作用，模拟工作实际环境，激发学生的学习兴趣，培养学生的团队意识、探究意识和创新能力，从而全面提高学生的综合素质，帮助学生取得扎实的知识技能。

【关键词】UG 发动机叶轮 项目教学 加工仿真

【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）21-0168-02

全新一代的UG NX将CAM（计算机辅助制造）和CMM（三坐标测量机）功能集成在一起进一步重新定义了零部件制造的效率。它引入了两种新的应用程序，将用户置于具体的编程任务环境中，大大缩短了叶轮类复杂形状零件的编程时间，同时实现三坐标测量机数控测量编程效率最大化。属于目前世界上零部件制造最尖端的软件解决方案之一。

项目教学法是以实践为导向，教师为主导，学生为主体的教学方法，是从职业的实际出发选择具有典型性的事例作为教学的内容，学生在教师的指导下，按照问题的要求搜集、选择信息资料，通过小组的共同研究，努力创造性的去解决问题，得出结论或完成任务。

一、项目教学法的内涵

在项目教学法的教学活动中，改变了传统教学方法中教师为主体的局面，变学生的被动学习为主动的探究性学习。学生划分成若干个项目小组，按照项目任务的要求，通过小组的分工协作，学生独立制定计划并实施计划，完成项目任务。教师在整个教学活动中仅仅起一个指导和辅助的作用。项目教学法能最大程度地调动学生学习的主动性、参与性，使其独立学习，独立思考，团结协作，发挥想象力和创造力，有效地锻炼和提高学生的社会能力、方法能力和综合职业能力。

二、UG数控多轴加工课程的特点

1.课程意义。随着数控技术的不断发展和应用领域的持续扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（航空、汽车、医疗、IT）的发展起着越来越重要的作用。特别是我国在中长期科技发展规划纲要中研制大型飞机重大科技专项的确立，由此带动的精密航空零部件的制造业，如成立的中国商用飞机有限责任公司等，对应用型技术人才和高素质劳动者的需求发生了重大的变化，提出了新的要求。一是人才技能的高标准，除了要求学生具有良好的思想品德素质、文化基础素质外，还要求学生掌握现代数控加工技术，尤其是多轴加工、五轴联动加工等。他们作为企业里设备的直接操作者，要求具有较高的理论知识和较强的实践动手能力；二是人才综合能力的高要求，随着科技的发展，数控技术的不断革新，新设备、新型号的投入使用周期更短，这就要求学生不仅要掌握基础知识，还要有一定的自学能力和动手解决实际问题的能力。

2.课程目标。本课程构建于《机械制图与CAD》、《公差配合与技术测量》、《UG CAD/CAM》等课程基础上，以培养学生职业能力为目标，以UG三维软件辅助编程制造与五轴加工中心应用操作为主要内容，采用基于工作过程的课程方案设计，以行动导向组织教学过程，使学生能够利用先进的三维建模仿真软件进行航空零部件的设计与程序仿真，能够对加工过程中产生的错误代码进行更正，具备对后处理生成的程序进行改编已适用加工设备的能力，并应用在五轴加工中心上，进行零部件的制造。同时注重培养学生的沟通能力、团队协作能力以及主动探究学习的能力。

3.课程特点。本课程具有相对独立的工作任务，即具体零件的加工，能够通过软件的学习，生成具体的加工程序，进而加工出实际产品，在企业生产及各级技能比赛中都具有实际应用价值，能够吸引学生学习兴趣；每一个任务都要求完成零件几何造型、刀具选择、轨迹生成、机床设置、后置处理、G代码生成等一系列完整的工作过程，同时渗透着数控加工的工艺知识及软件的应用知识等，能够实现理论与实践的有机结合；通过简单项目的教师示范、学生模仿，学生能夠了解整个工作过程，逐步进行独立的工艺分析和任务的实施；教学项目的设计易于形成一定的难度梯度，让学生逐渐掌握并应用已知的知识和技能，又能在一定范围内主动探究和学习新的知识和技能。

三、项目教学法在UG发动机叶轮加工中的实施过程

课程整体设计为通过发动机叶片加工项目的实施，使学生掌握软件的使用方法。根据项目零件的特点，将加工步骤分为叶轮铣削加工、多叶片粗加工、精铣轮毂、精铣叶片。再根据各组毛坯尺寸，利用三维软件进行设计更改，选择合适的刀具加工，生成后置处理程序并进行仿真验证，最后实施真正的加工等几个项目的综合应用，来提高学生对三维软件、加工设备和课程知识点的熟练掌握程度。

在实际应用中，特别应注意上好“第一堂课”，让学生对项目课程的整体任务有个鲜明的第一印象，对项目课程的进行充满兴趣和期待。在简单交代项目课程内容、特点之后，立刻介绍项目课程的阶段任务，进人内容正题，用鲜明的案例、实例、问题和操作引起学生的强烈兴趣。具体实施过程如下：

1.引出问题。根据给定的发动机叶轮零件及毛坯尺寸提出问题，该工件在加工中心上如何加工、工步如何划分？ 引发学生积极思考问题。

2.根据之前所学的知识，利用UG软件，设置毛坯几何体（图1）、原点坐标系、加工坐标系、基准平面、安全平面等程序编制前准备。

3.明确编程、仿真及加工的整个过程：编程前准备、创建刀具、创建工序（设置驱动方法、切削参数、非切削移动参数、进给率和速度）、生成刀路轨迹、2D仿真加工（图2）、后置处理生成G代码、加工中心设置并验证加工。使学生对本项目课程所有知识点有个整体认识。

4.示范讲解过程：一是三维几何造型，采用课堂演示教学法，讲解时要明确下拉菜单中各条目意义作用，操作时动作要慢，尽量保证所有学生都能跟上教学进度，这样也为后续的分组教学打下良好基础。二是设置毛坯几何体、刀具、加工参数、生成刀路轨迹并仿真，采用课堂演示教学法，讲解时要注意明确各参数含义，并将实际加工工艺知识渗透进去，提高学生的综合能力和实际解决问题的能力。三是后置处理、加工中心设置并验证加工，采用课堂演示教学法，后置处理生成的程序要进行改编以适用加工设备，加工中心设置原点坐标时，要提醒同学们注意加工坐标系和原点坐标系是否统一。

5.学生模仿练习。练习时把学生分成若干组，每组给出不同的毛坯尺寸，增强学生解决实际问题的能力，提高学生的综合运用能力。指导教师在现场跟踪，遇到问题及时解决纠正，学生边听边做，老师巡视指导学生，观察了解学生掌握水平。同时要注意因材施教，由于每组学生水平不一，各组完成的快慢有差异，这时要求组员之间团结协作互相帮助，找齐进度，同时做的快的组可主动探究该软件未讲的功能，引导其主动学习。

6.总结归纳。总结归纳知识要点，分析完成项目的主要步骤和关键点。根据学生操作过程中出现的问题重点说明和强调。

四、教学总结

在课程中整体采用项目教学法的最大优点是：学生获得的是对知识的整体认知，因为在项目完成过程中，学生的头脑中始终围绕完成整体任务进行思考和认知，比起传统教学中单纯的教授更能激发学生学习兴趣。经过这样一个项目教学法的教学过程，学生能在较短的时间里通过完成项目任务来带动思考、研究，操作实践，进行创新，从而达到学习和掌握知识、锻炼学生分析解决问题能力的目的。教学容量也远远超出了传统教学在同等时间内的知识量，充分挖掘了不同层次学生的潜力，也为后续的分层次教学做出了一定的探索。

参考文献：

[1] 张宗飞.《试论项目教学法在高职教学中的应用》[J].教育与职业，2013.

[2] 贺平.《项目教学法的实践探索》[J].中国职业技术教育，2006.

[3] 陈艳. 《项目教学法在中职机械制图教学中的应用》[J].职教论坛，2012.