软件进行制造的方法,此软件使学生们可以
定义几何结构,并生产出吉他上几乎每个零件。
由马诺亚(Manoa)课程研究和开发集团下属的夏威夷大学主持、国家科学基金(NSF)部分资助的“发明工厂”,一个为期3年的学习项目,目的是通过提供课外项目,让学生投入到非寻常活动中,激发学生在数学和科学方面的兴趣。
这些活动之一是培训48名学生从零开始设计和制作自己的夏威夷电动钢吉他。用Delcam的FeatureCAM CNC编程软件将学生引入到该项目中,该软件使每名学生都可以定义几何结构,并生产出吉他上几乎每个零件。
夏威夷面临的固有挑战之一是缺乏深层次的劳动力。当地学生通常都在中学毕业后回到内地。因此,除了旅游和国防外,夏威夷没有第三产业。
在“发明工厂”及Makery(制造者家园)的第一年中,中学生们为残障孩子制造辅助设备,诸如可以通过外部开关控制的玩具。在第二年中,学生则主要制作一些可以帮助老年人的设备。该项目指导员Raemi Shibata说:“第三年,我们想让学生们为自己做点什么。”
作为设计和制作吉他的一部分,学生们学习了物理学(频率、音波、振弦、谐波、电磁发生器、电子放大器及扬声器)、一些基本的音乐理论(音程、音阶、和弦节奏和时序)、一些电路知识(拾音器、音量、音调和放大器电路)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、材料选择、手动工具、计算机控制的机械、装配、喷漆和精加工等。
Shibata说,通过在 AutoDesk Inventor 和 FeatureCAM之间将设计和制造功能分开,教学生们进行CNC编程变得容易多了。
“发明工厂”及Makery的主任Neil Scott说:“‘发明家’(Inventor)使我们的学生在第一堂课就能够通过创建骨架、规定尺寸、添加第三尺寸而用该软件绘制现实对象。FeatureCAM提供了在三维整体和表面模块中自动识别各种特征诸如孔、槽、洞及凸台等功能。这一点意味着学生们无需与每个表面打交道,而可以只编写数目少得多的特征。FeatureCAM读取内置的‘发明家’文件格式。我们培养学生们导入模型,并利用特征识别功能。该软件可以自动识别和组织零件中的特征。然后,学生们审查软件识别的特征列表,接着进行一些他们希望完成的修改,诸如合并、拆分、添加或删除等。”
在学生对特征列表满意后,下一步是通过挑选用于加工特定特征的刀具、转速和进给量而确定加工操作。在制作一个典型零件时,通常有许多特征是重复的,而加工操作只需要定义一次。该项目鼓励学生创建可以多次重复使用的特征库,以便在库中某个特征适合某个新零件时随时调用。在完成编程后,学生们在计算机屏幕上浏览模拟版本,确保零件制作的与意想的完全一致,且刀具不会干涉机床和夹具。
除了少量外购的部件,诸如调音键、拾音器、电动调音器及弦以外,参与该项目的48个学生设计并制作了吉他的每个零件。为了节省时间,若干学生被指定批量制作一些小零件。电子调音器通过折转调音器的外壳(含支撑和孔)而集成到吉他中。指板太长,无法在台式铣床上通过单次装夹加工好,因此有一名学生设计并制作了一个真空工作台,通过它,指板按两部分铣削完成——两部分之间保持完美的对准状态。每把吉他的材料成本大约为60美元。在学生制作好吉他后,Scott又教他们弹吉他。
Scott 说:“看到一个问题的解决方法,然后设计出如何实施该解决方法,对学生们具有很大的激励作用,此举帮助他们了解到了科学、技术、工程设计和数学(STEM)等领域的关联性。”
他说,将产品作为可以买到的东西进行估价,但作为可以“制作”出来的物体加以理解,这是一种强有力的工具。他补充道,它创造了一种氛围,使未来的企业家们可以蓬勃发展,并且甚至可以帮助给美国制造业注入新的活力。