王 軍

（上海工商職業(yè)技術學院，上海 201806）

1 引言

《數(shù)字化板類零件制造（i5機床載體）工藝設計教程》是基于案例教學，模塊化教學、雙語教學課程設計的數(shù)字化教材。

以案例為引導，以數(shù)字孿生技術為手段，用八個項目回答三大問題，以實現(xiàn)對廣泛制造信息的深度精準高效應用。這三大問題是做什么？誰來做？怎么做？八個項目構成八個模塊。每個模塊幫助學生對過往學習知識技能的學以致用，溫故知新。教材適用于理實一體化教學。具體項目介紹如下。

2 數(shù)字化工藝設計八個項目模塊

2.1 項目1：工藝分析

對項目任務即圖樣上每一個特征進行圈圖，在圈圖過程中，觀察思考準確了解圖樣上全部特征和技術要求，以精準回答第一個問題，做什么？如圖1所示。

圖1 項目1-工藝分析內容

（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要求進行圈圖。 通過圈圖可以對數(shù)字化工藝設計第一個問題做什么，有深入精準的認識。用戶也可以在手機上瀏覽圖樣。這個項目可以作為獨立模塊，幫助學生綜合應用以前學的《機械制圖》知識、CAD技能。

（2）二維碼

用戶可以用手機微信掃描二維碼，在手機上查閱圈圖圖樣。

2.2 項目2：機床規(guī)劃

根據項目1的工藝分析，回答用什么CNC機床來加工零件的問題如圖2所示。

圖2 項目2-機床規(guī)劃內容

1）標題：機床規(guī)劃。簡明列出項目任務，即選擇用什么機床加工零件。

2）機床基本信息：機床名稱、機床編號、機床組件編號、供應商。

3）視圖區(qū)：展示機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)下的機床有一個感性認識。機床三維模型由沈陽機床供應商提供。并由CGTech 軟件供應商賦能數(shù)控系統(tǒng)到機床三維模型上，構建數(shù)字孿生場景下的數(shù)字化虛擬機床。

4）機床數(shù)字孿生信息：提供物理機床編程和操作手冊鏈接和基于CGTech Vericut數(shù)字化工藝設計軟件建立的數(shù)字化虛擬機床文件鏈接，為用戶數(shù)字孿生場景應用，提供技術支持。這些數(shù)據信息，存儲在后臺云存儲平臺上。

2.3 項目3：刀具規(guī)劃

根據項目1的工藝分析，回答用什么刀具來加工零件的問題。

1）標題：數(shù)字化刀具設置指導書。簡明列出項目任務和性質。與傳統(tǒng)刀具信息表達方式不同，刀具設置指導書深度精準對接刀具供應商刀具數(shù)據包括三維模型數(shù)據，實現(xiàn)與VERICUT ToolMan的數(shù)據刀具庫連接。實現(xiàn)所見即所得。

2）刀具基本信息：刀具名稱、刀具編號、刀具組件編號、刀具組件描述、刀具組件代碼型號、刀具供應商。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）的技術人員，提供刀具裝配信息。

4）近似的物理模型：來自刀具供應商信息，為用戶提供對刀具更感性的認知。

5）數(shù)字化刀具3D模型：使用來自刀具供應商的3D刀具數(shù)據模型，在數(shù)字化CNC 工藝設計VERICUT的刀具設計工具VERICUT ToolMan 中生成數(shù)字化刀具。用于項目7的CNC編程工藝驗證。

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參數(shù)信息?？梢渣c擊對應鏈接，查閱有刀具供應商提供的更詳細刀具組件基本信息，包括推薦基本參數(shù)。所有這些數(shù)據信息，存儲在后臺云存儲平 臺上。

7）數(shù)字化刀具在NX和VERICUT上的應用：向用戶展示刀具在教材中的應用案例短視頻，包括SIEMENS NX12 CAM編程和 CGTech Vericut9.1程序驗證。微信掃描二維碼，用戶可以在手機上進行觀看。該項內容為用戶提供刀具數(shù)字化精準應用的場景。加深用戶對刀具應用的認識。

2.4 項目4：夾具規(guī)劃

根據項目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）標題：夾具規(guī)劃。簡明列出項目任務和目標。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、供應商名稱。

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

2.5 項目5：工藝規(guī)劃

根據工藝分析，綜合選定的機床、刀具、夾具資源，規(guī)劃明確的機加工工藝路線，用以指導下一個項目的工藝編程。

1）標題：工藝規(guī)劃。簡明列出項目任務和目標。為零件加工制定機加工路線。

2）工藝規(guī)劃基本信息：工序號、工序描述、加工策略、刀具描述、刀具數(shù)據庫編號、刀庫編號、刀具長度、刀具直徑、刀具切削參數(shù)、加工時間、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 項目6：工藝編程

使用SIEMENS NX12 CAM軟件，按照項目5工藝規(guī)劃制定的機加工路線，進行工藝編程。

工藝編程項目，總共包括19個編程任務，圖3展示的是其中一項編程任務，即OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓。OP20-3 表示的是工位OP20的第3個加工工序；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容。

圖3 項目6-工藝編程：OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓

1）標題：工藝編程。簡明列出項目任務和目標，OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓。

2）工藝編程基本信息：①做什么-任務描述：用NX12 CAM，將工序OP20-3_R-D8MR_粗銑輪廓編程任務，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，精準生動描述編程任務要求；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參考答案。包括特定機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擊鏈接查看。程序仿真視頻可以通過在電腦點擊鏈接或用手機微信掃描二維碼在手機上兩種方式觀看。

2.7 項目7：工藝驗證

使用CGTech VERICUT9.1工藝編程驗證軟件，對項目6 完成的NX12 CAM編程完成并輸出程序，在數(shù)字化虛擬機床環(huán)境中進行驗證。

工藝驗證項目，總共包括對OP10和OP20兩個工位工序的工藝編程驗證。

1）標題：工藝驗證。簡明列出項目任務和目標，對OP20工序編程進行工藝驗證。

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

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

4）過切和欠切檢查。在Vericut9.1 i5數(shù)字孿生i5虛擬機床中，將NX12零件設計模型與數(shù)字孿生i5虛擬機床加工模型進行0.1 mm分辨率的欠切和過切檢查，欠切部分顯示為藍色，過切部分顯示為紅色。經檢查沒有發(fā)現(xiàn)表示欠切和過切的顏色。表示零件在數(shù)字孿生i5虛擬機床上的加工符合設計零件模型要求，如圖4所示。

圖4 項目7-工藝驗證：OP20工藝驗證

2.8 項目8：工藝控制計劃

按照項目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要求，全部列在工藝控制模板上。作為工藝控制計劃，對首件物理加工零件進行首件全尺寸檢查。

3 工藝實施

3.1 教師根據教材完成的作品

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

圖5 教師根據教材，在物理機床上加工的作品實物

3.2 學生與課堂教學同步完成的課程設計（大作業(yè)）作品

學生以團隊為單位，參照教師作品案例，在看中學，做中學，帶著問題學中，與教師課堂教學同步完成各自的課程設計（大作業(yè)）。教師完成所有模塊講授之日，也就是學生完成課程設計（大作業(yè)）全部模塊之時。最后，學生團隊以解決問題為目標，以看得見的結果為導向，將團隊按照完成的數(shù)字化工藝，在物理機床上加工出成品零件如圖6所示。

圖6 學生團隊按照自己完成的數(shù)字化工藝加工出的零件

4 結束語

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