數(shù)字化數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新探索

王 軍

（上海工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201806）

1 引言

《數(shù)字化板類零件制造（i5機(jī)床載體）工藝設(shè)計(jì)教程》是基于案例教學(xué)，模塊化教學(xué)、雙語教學(xué)課程設(shè)計(jì)的數(shù)字化教材。

以案例為引導(dǎo)，以數(shù)字孿生技術(shù)為手段，用八個(gè)項(xiàng)目回答三大問題，以實(shí)現(xiàn)對廣泛制造信息的深度精準(zhǔn)高效應(yīng)用。這三大問題是做什么？誰來做？怎么做？八個(gè)項(xiàng)目構(gòu)成八個(gè)模塊。每個(gè)模塊幫助學(xué)生對過往學(xué)習(xí)知識(shí)技能的學(xué)以致用，溫故知新。教材適用于理實(shí)一體化教學(xué)。具體項(xiàng)目介紹如下。

2 數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)八個(gè)項(xiàng)目模塊

2.1 項(xiàng)目1：工藝分析

對項(xiàng)目任務(wù)即圖樣上每一個(gè)特征進(jìn)行圈圖，在圈圖過程中，觀察思考準(zhǔn)確了解圖樣上全部特征和技術(shù)要求，以精準(zhǔn)回答第一個(gè)問題，做什么？如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目1-工藝分析內(nèi)容

（1）圈圖完成后的圖樣

要求對圖樣上每一處特征信息和技術(shù)要求進(jìn)行圈圖。 通過圈圖可以對數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)第一個(gè)問題做什么，有深入精準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)。用戶也可以在手機(jī)上瀏覽圖樣。這個(gè)項(xiàng)目可以作為獨(dú)立模塊，幫助學(xué)生綜合應(yīng)用以前學(xué)的《機(jī)械制圖》知識(shí)、CAD技能。

（2）二維碼

用戶可以用手機(jī)微信掃描二維碼，在手機(jī)上查閱圈圖圖樣。

2.2 項(xiàng)目2：機(jī)床規(guī)劃

根據(jù)項(xiàng)目1的工藝分析，回答用什么CNC機(jī)床來加工零件的問題如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目2-機(jī)床規(guī)劃內(nèi)容

1）標(biāo)題：機(jī)床規(guī)劃。簡明列出項(xiàng)目任務(wù)，即選擇用什么機(jī)床加工零件。

2）機(jī)床基本信息：機(jī)床名稱、機(jī)床編號(hào)、機(jī)床組件編號(hào)、供應(yīng)商。

3）視圖區(qū)：展示機(jī)床物理圖片和虛擬模型。以方便客戶方面對數(shù)字孿生狀態(tài)下的機(jī)床有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)。機(jī)床三維模型由沈陽機(jī)床供應(yīng)商提供。并由CGTech 軟件供應(yīng)商賦能數(shù)控系統(tǒng)到機(jī)床三維模型上，構(gòu)建數(shù)字孿生場景下的數(shù)字化虛擬機(jī)床。

4）機(jī)床數(shù)字孿生信息：提供物理機(jī)床編程和操作手冊鏈接和基于CGTech Vericut數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)軟件建立的數(shù)字化虛擬機(jī)床文件鏈接，為用戶數(shù)字孿生場景應(yīng)用，提供技術(shù)支持。這些數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在后臺(tái)云存儲(chǔ)平臺(tái)上。

2.3 項(xiàng)目3：刀具規(guī)劃

根據(jù)項(xiàng)目1的工藝分析，回答用什么刀具來加工零件的問題。

1）標(biāo)題：數(shù)字化刀具設(shè)置指導(dǎo)書。簡明列出項(xiàng)目任務(wù)和性質(zhì)。與傳統(tǒng)刀具信息表達(dá)方式不同，刀具設(shè)置指導(dǎo)書深度精準(zhǔn)對接刀具供應(yīng)商刀具數(shù)據(jù)包括三維模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與VERICUT ToolMan的數(shù)據(jù)刀具庫連接。實(shí)現(xiàn)所見即所得。

2）刀具基本信息：刀具名稱、刀具編號(hào)、刀具組件編號(hào)、刀具組件描述、刀具組件代碼型號(hào)、刀具供應(yīng)商。為用戶提供刀具基本信息。

3）刀具裝配圖：由刀具組件裝配而成。為用戶如刀具吧（Tooling Bar）的技術(shù)人員，提供刀具裝配信息。

4）近似的物理模型：來自刀具供應(yīng)商信息，為用戶提供對刀具更感性的認(rèn)知。

5）數(shù)字化刀具3D模型：使用來自刀具供應(yīng)商的3D刀具數(shù)據(jù)模型，在數(shù)字化CNC 工藝設(shè)計(jì)VERICUT的刀具設(shè)計(jì)工具VERICUT ToolMan 中生成數(shù)字化刀具。用于項(xiàng)目7的CNC編程工藝驗(yàn)證。

6）刀具信息和推薦參數(shù)：用于用戶了解刀具組件基本信息外的詳細(xì)參數(shù)信息。可以點(diǎn)擊對應(yīng)鏈接，查閱有刀具供應(yīng)商提供的更詳細(xì)刀具組件基本信息，包括推薦基本參數(shù)。所有這些數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在后臺(tái)云存儲(chǔ)平 臺(tái)上。

7）數(shù)字化刀具在NX和VERICUT上的應(yīng)用：向用戶展示刀具在教材中的應(yīng)用案例短視頻，包括SIEMENS NX12 CAM編程和 CGTech Vericut9.1程序驗(yàn)證。微信掃描二維碼，用戶可以在手機(jī)上進(jìn)行觀看。該項(xiàng)內(nèi)容為用戶提供刀具數(shù)字化精準(zhǔn)應(yīng)用的場景。加深用戶對刀具應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。

2.4 項(xiàng)目4：夾具規(guī)劃

根據(jù)項(xiàng)目1的工藝分析，回答用什么夾具來定位裝夾加工零件的問題

1）標(biāo)題：夾具規(guī)劃。簡明列出項(xiàng)目任務(wù)和目標(biāo)。為零件加工規(guī)劃定義夾具。

2）夾具基本信息：夾具名稱、夾具編號(hào)、供應(yīng)商名稱。

3）視圖區(qū)：以三維模型裝配形式。展示夾具在機(jī)床工作臺(tái)上的安裝位置。展示工件在夾具上的裝夾位置和方法。為用戶提供夾具應(yīng)用的精準(zhǔn)數(shù)字孿生場景。所有夾具三維數(shù)據(jù)信息都來自夾具供應(yīng)商。以確保與物理夾具構(gòu)成精準(zhǔn)的數(shù)字孿生聯(lián)系。

2.5 項(xiàng)目5：工藝規(guī)劃

根據(jù)工藝分析，綜合選定的機(jī)床、刀具、夾具資源，規(guī)劃明確的機(jī)加工工藝路線，用以指導(dǎo)下一個(gè)項(xiàng)目的工藝編程。

1）標(biāo)題：工藝規(guī)劃。簡明列出項(xiàng)目任務(wù)和目標(biāo)。為零件加工制定機(jī)加工路線。

2）工藝規(guī)劃基本信息：工序號(hào)、工序描述、加工策略、刀具描述、刀具數(shù)據(jù)庫編號(hào)、刀庫編號(hào)、刀具長度、刀具直徑、刀具切削參數(shù)、加工時(shí)間、子程序命名和主程序命名。工藝規(guī)劃的基本信息為下一步工藝編程提供明確的加工路線和切削加工參數(shù)。

2.6 項(xiàng)目6：工藝編程

使用SIEMENS NX12 CAM軟件，按照項(xiàng)目5工藝規(guī)劃制定的機(jī)加工路線，進(jìn)行工藝編程。

工藝編程項(xiàng)目，總共包括19個(gè)編程任務(wù)，圖3展示的是其中一項(xiàng)編程任務(wù)，即OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓。OP20-3 表示的是工位OP20的第3個(gè)加工工序；R表示該工序是粗加工；D8MR表示的是該工序使用的是用于粗銑的直徑為8 mm的銑刀；粗銑輪廓表示該工序的加工內(nèi)容。

圖3 項(xiàng)目6-工藝編程：OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓

1）標(biāo)題：工藝編程。簡明列出項(xiàng)目任務(wù)和目標(biāo)，OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓。

2）工藝編程基本信息：①做什么-任務(wù)描述：用NX12 CAM，將工序OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓編程任務(wù)，以編程加工前和編程加工后，以及編程刀軌三種圖片形式表示出來，精準(zhǔn)生動(dòng)描述編程任務(wù)要求；②用啥做-編程工具：定義編程工具和編程流程介紹。最后教材給出了使用編程工具和編程流程要求所完成的任務(wù)參考答案。包括特定機(jī)床后處理輸出的編程程序，以及程序仿真視頻。

3）編程程序可以在電腦上點(diǎn)擊鏈接查看。程序仿真視頻可以通過在電腦點(diǎn)擊鏈接或用手機(jī)微信掃描二維碼在手機(jī)上兩種方式觀看。

2.7 項(xiàng)目7：工藝驗(yàn)證

使用CGTech VERICUT9.1工藝編程驗(yàn)證軟件，對項(xiàng)目6 完成的NX12 CAM編程完成并輸出程序，在數(shù)字化虛擬機(jī)床環(huán)境中進(jìn)行驗(yàn)證。

工藝驗(yàn)證項(xiàng)目，總共包括對OP10和OP20兩個(gè)工位工序的工藝編程驗(yàn)證。

1）標(biāo)題：工藝驗(yàn)證。簡明列出項(xiàng)目任務(wù)和目標(biāo)，對OP20工序編程進(jìn)行工藝驗(yàn)證。

2）工藝驗(yàn)證基本信息：①做什么-任務(wù)描述：用Vericut9.1，將OP20工序工藝驗(yàn)證，以驗(yàn)證前和驗(yàn)證后兩種圖片形式表示出來，精準(zhǔn)生動(dòng)描述任務(wù)要求；②用啥做-驗(yàn)證工具：Vericut9.1 i5數(shù)字孿生虛擬機(jī)床和驗(yàn)證流程介紹；最后教材給出了任務(wù)完成參考答案，OP20工藝驗(yàn)證視頻。

3）OP20工藝驗(yàn)證視頻可以通過在電腦點(diǎn)擊鏈接或用手機(jī)微信掃描二維碼在手機(jī)上兩種方式觀看。

4）過切和欠切檢查。在Vericut9.1 i5數(shù)字孿生i5虛擬機(jī)床中，將NX12零件設(shè)計(jì)模型與數(shù)字孿生i5虛擬機(jī)床加工模型進(jìn)行0.1 mm分辨率的欠切和過切檢查，欠切部分顯示為藍(lán)色，過切部分顯示為紅色。經(jīng)檢查沒有發(fā)現(xiàn)表示欠切和過切的顏色。表示零件在數(shù)字孿生i5虛擬機(jī)床上的加工符合設(shè)計(jì)零件模型要求，如圖4所示。

圖4 項(xiàng)目7-工藝驗(yàn)證：OP20工藝驗(yàn)證

2.8 項(xiàng)目8：工藝控制計(jì)劃

按照項(xiàng)目1-工藝分析的圈圖，在工藝控制模板上，將圖樣上所用圈圖的特征尺寸和技術(shù)要求，全部列在工藝控制模板上。作為工藝控制計(jì)劃，對首件物理加工零件進(jìn)行首件全尺寸檢查。

3 工藝實(shí)施

3.1 教師根據(jù)教材完成的作品

教師根據(jù)教材在數(shù)字空間完成的數(shù)字化工藝，指令物理空間的真實(shí)機(jī)床加工出零件實(shí)物，如圖5所示。

圖5 教師根據(jù)教材，在物理機(jī)床上加工的作品實(shí)物

3.2 學(xué)生與課堂教學(xué)同步完成的課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）作品

學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位，參照教師作品案例，在看中學(xué)，做中學(xué)，帶著問題學(xué)中，與教師課堂教學(xué)同步完成各自的課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）。教師完成所有模塊講授之日，也就是學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）全部模塊之時(shí)。最后，學(xué)生團(tuán)隊(duì)以解決問題為目標(biāo)，以看得見的結(jié)果為導(dǎo)向，將團(tuán)隊(duì)按照完成的數(shù)字化工藝，在物理機(jī)床上加工出成品零件如圖6所示。

圖6 學(xué)生團(tuán)隊(duì)按照自己完成的數(shù)字化工藝加工出的零件

4 結(jié)束語

本文立足產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新階段，基于專業(yè)圍繞產(chǎn)業(yè)辦的新理念，嘗試以產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化的新技術(shù)編寫專業(yè)數(shù)字化和數(shù)字化專業(yè)化的新教材、新課程、新教法。為推動(dòng)產(chǎn)教融合高質(zhì)量發(fā)展做一些努力和探索。