王永勝

(河南省駐馬店高級(jí)技工學(xué)校，河南 駐馬店 463000)

模具專業(yè)在實(shí)際教學(xué)中的開設(shè)與發(fā)展，經(jīng)歷了十多年的完善與改革，始終貫穿從"制件到制件"的項(xiàng)目教學(xué)理念，這種項(xiàng)目教學(xué)法雖能夠制造出模具，但投入較大，制造周期較長(zhǎng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)模具中品種單一，不能全面掌握模具知識(shí)。而隨著企業(yè)對(duì)模具專業(yè)人員要求的水平逐年在提高，這樣就對(duì)模具專業(yè)教學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，必須加快模具教學(xué)改革的步伐，利用先進(jìn)的教學(xué)設(shè)施和合理的教學(xué)方法，制定出模具教學(xué)的新思路。打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以培養(yǎng)出高質(zhì)量的模具專業(yè)技術(shù)人員。

針對(duì)模具的教學(xué)改革，依據(jù)多年在模具教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，提出了將先進(jìn)的虛擬制造技術(shù)應(yīng)用于模具教學(xué)中，此方法的應(yīng)用克服了以前學(xué)生只停留在對(duì)模具的簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)上。他們可以通過虛擬仿真觀察、了解、學(xué)習(xí)到諸多模具內(nèi)部細(xì)節(jié)以及其工作過程，對(duì)模具的體會(huì)認(rèn)識(shí)更加深刻，更具有直觀性、趣味性。同時(shí)也避免了模具在實(shí)際制造中周期長(zhǎng)，需要的設(shè)備多、投入大、品種單一等諸多因素。

1 、虛擬制造與現(xiàn)代模具的關(guān)系

虛擬制造技術(shù)是一項(xiàng)新的制造技術(shù)，它以仿真技術(shù)、信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)為支撐，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、加工、制造等過程統(tǒng)一建模，資源共享。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)過程中，模擬出未來產(chǎn)品制造帶來的一切不良影響及后果，通過這些虛擬的不良影響及后果及時(shí)的加以改進(jìn)，從而更有效，更經(jīng)濟(jì)，更柔性地組織開發(fā)產(chǎn)品與生產(chǎn)，以達(dá)到成本最小化，產(chǎn)品最優(yōu)化，生產(chǎn)效果更高化。

2 、虛擬制造技術(shù)在模具教學(xué)中的引入

鑒于以上虛擬制造技術(shù)與模具制造技術(shù)結(jié)合的諸多優(yōu)點(diǎn)，如何在教學(xué)中提高模具教學(xué)水平，培養(yǎng)高質(zhì)量的具有豐富模具知識(shí)的專業(yè)人才--虛擬制造技術(shù)為模具教學(xué)搭建了一個(gè)良好的教學(xué)平臺(tái)。就是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模具教學(xué)三維動(dòng)態(tài)多媒體仿真，用現(xiàn)代化教學(xué)手段，通過網(wǎng)絡(luò)使學(xué)生直觀看到制件及模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制件形成過程，模具裝配過程及工作過程。用一個(gè)虛擬情景，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)制造、裝配、成型、試模以及修模的模具制造全過程。

3 、虛擬制造技術(shù)在模具教學(xué)中的運(yùn)用與實(shí)施

1）運(yùn)用虛擬制造技術(shù)對(duì)模具產(chǎn)品進(jìn)行三維設(shè)計(jì)

虛擬設(shè)計(jì)能充分利用現(xiàn)有的CAD軟件、基于特征設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)平臺(tái)，較好地面向制造設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全在三維模型上進(jìn)行，形象直觀，在形象的外觀漫游中可實(shí)現(xiàn)不同的風(fēng)格。同時(shí)利用單一數(shù)據(jù)庫可及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上存在的問題，及時(shí)的加以修復(fù)和完善，避免了下一環(huán)節(jié)錯(cuò)誤實(shí)施。通過CAD對(duì)三維產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，能夠快速復(fù)制出模具型腔、凸模、凹模等主要工作零件。還可以提供完整的三維產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，并將三維數(shù)據(jù)生成二維工作圖紙，三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以輸出快速成型設(shè)備制作樣品。在快速模具制造中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)利用CAD進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)建立三維模型，三維動(dòng)畫演示均可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)

新意識(shí)，三維模型設(shè)計(jì)在模具中占有極其重要的位置，因此在教學(xué)中應(yīng)加以重點(diǎn)教學(xué)，也為下一步模具設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。

圖1 是使用Pro/E軟件設(shè)計(jì)出的三維模型

2）運(yùn)用虛擬制造技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行制造

在模具設(shè)計(jì)階段無法預(yù)料制造過程中將出現(xiàn)的問題，有可能造成圖一制造困難或無法加工。利用計(jì)算機(jī)仿真虛擬制造技術(shù)CAM，對(duì)模具進(jìn)行虛擬制造，解決了模具制造過程帶來的諸多不合理的因素。模具零部件的加工方法，機(jī)床的選擇，工藝參數(shù)的制定等都可以在虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)施和優(yōu)化。此外，在虛擬加工過程中，運(yùn)用虛擬功能對(duì)加工過程進(jìn)行模擬動(dòng)作，檢查加工工藝并進(jìn)行優(yōu)化，有效提高機(jī)床的加工效率和模具加工質(zhì)量。例如根據(jù)Pro/E產(chǎn)生的零件圖即可生成零件的加工代碼。通過計(jì)算機(jī)構(gòu)造出一個(gè)虛擬的加工環(huán)境，在虛擬加工過程中可以觀察到刀具完整的運(yùn)行路徑，完成常規(guī)加工的各種功能--流道、平面、鉆孔等，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)加工過程中存在的問題，并及時(shí)修正。虛擬仿真加工后，將加工程序代碼輸入數(shù)控機(jī)床即可進(jìn)行實(shí)物加工。

3）運(yùn)用虛擬制造技術(shù)進(jìn)行模具裝配

傳統(tǒng)的模具裝配過程中，需要反復(fù)的修模和調(diào)試，依靠裝配人員的經(jīng)驗(yàn)，才能得到滿意的產(chǎn)品，這樣經(jīng)常導(dǎo)致零件的報(bào)廢或工期延長(zhǎng)。而虛擬制造技術(shù)可以大大縮短這一過程，因?yàn)樘摂M裝配是利用虛擬的自然環(huán)境、可視化進(jìn)行。避免模具各種零部件的裝配出現(xiàn)干涉情況發(fā)生，同時(shí)可進(jìn)行零部件公差分析、裝配工藝規(guī)劃、動(dòng)態(tài)仿真裝配過程等。通過這一系列的實(shí)施可直觀地判斷設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些不合理因素，及時(shí)進(jìn)行修改與完善。確保設(shè)計(jì)的正確性，避免模具零件的報(bào)廢、工藝超長(zhǎng)，造成經(jīng)濟(jì)損失等。

4）運(yùn)用虛擬技術(shù)進(jìn)行模具調(diào)試

運(yùn)用模具的虛擬動(dòng)作過程，對(duì)不合理的地方及時(shí)反饋信息進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于虛擬試模出的產(chǎn)品可進(jìn)行檢驗(yàn)，從虛擬產(chǎn)品中可以確定模具是否合理，例如：注射模中的澆口位置是否正確，澆道的位置是否合理，產(chǎn)品轉(zhuǎn)角溝槽處有無缺陷，

制件壁厚是否均勻 ，型腔能否注滿等，都可以通過試模檢驗(yàn)得到信息反饋，依據(jù)反饋信息在進(jìn)行虛擬情況下修模。如圖2所示。

圖2

4 、虛擬制造技術(shù)在模具教學(xué)中的意義

1）可以利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，達(dá)到傳統(tǒng)教學(xué)不能達(dá)到的效果。降低了教學(xué)難度，提高了教學(xué)水平，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2）可以提高教學(xué)效果，利用動(dòng)畫技術(shù)可以使學(xué)生很明確、很直觀的通過立體動(dòng)畫演示，使學(xué)生有身臨其中的感覺，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果大幅度提升。

3）能夠充分地把模具理論教學(xué)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，特別是在實(shí)踐教學(xué)中效果更為明顯。虛擬制造技術(shù)節(jié)約了教育教學(xué)成本，使多數(shù)課程在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，多數(shù)技能在虛擬實(shí)訓(xùn)車間進(jìn)行，解決了在教學(xué)中因設(shè)備，教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足等無法完成的教學(xué)任務(wù)。

4）利用虛擬技術(shù)制作各種仿真課件，創(chuàng)新所需要的某種虛擬情景，讓學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，從而極大豐富了課堂的教學(xué)內(nèi)容。在專業(yè)課教學(xué)及專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)上也得到充分利用。

通過以上闡述可以看到把虛擬制造技術(shù)和CAD/CAM/CAE等數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，大大縮短了模具的開發(fā)周期，提高了生產(chǎn)力降低了成本。同時(shí)將虛擬制造技術(shù)在模具教學(xué)中的成功開展與實(shí)施，為模具專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過一系列的虛擬場(chǎng)景，解決了一系列模具制造內(nèi)容，加快了學(xué)生學(xué)習(xí)模具知識(shí)的進(jìn)程。同時(shí)形象的虛擬激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)模具的興趣，為更好地研究、創(chuàng)新模具奠定了基礎(chǔ)。虛擬制造技術(shù)也將成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，必將在我國(guó)工業(yè)中逐步得到實(shí)施和應(yīng)用。

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