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      高校數(shù)字化制造課程的一體化改革研究

      2018-08-30 09:34:34鄭向周魯輝虎
      裝備制造技術(shù) 2018年7期
      關(guān)鍵詞:掃描儀數(shù)控機床逆向

      鄭向周,魯輝虎

      (運城職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 運城044000)

      0 前言

      CAD、CAM、CAPP、CNC、RE、RP 是計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、計算機輔助工藝規(guī)劃及數(shù)控技術(shù)、逆向技術(shù),快速成型的簡稱,是上世紀六七十年代以來信息技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,是制造技術(shù)行業(yè)比較先進的產(chǎn)品成型方式。

      經(jīng)過多年發(fā)展,上述技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相對成熟和先進。企業(yè)進一步希望對產(chǎn)品的數(shù)據(jù)、過程、資源進行一體的集成管理,實現(xiàn)信息和技術(shù)的共享和綜合利用,這就要求學(xué)校的課程能緊跟企業(yè)發(fā)展的需求,培養(yǎng)企業(yè)需求的人才。在此背景下,將上述數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)、制造技術(shù)一體化的課程引入教學(xué),進行相關(guān)的課題課程的改革研究。

      1 當前高校有關(guān)課程培養(yǎng)需要改革之處

      1.1 教學(xué)手段

      從現(xiàn)階段學(xué)校培養(yǎng)方法來看,CAD/CAM、工藝及數(shù)控技術(shù)為相互獨立的課程,教材、課程標準分開編寫。體現(xiàn)在數(shù)控課程以學(xué)習(xí)手工編程為主,在數(shù)控機床上加工教材上的圖樣。工藝課程以手工編寫工藝卡片為主,缺乏CAPP的實訓(xùn)。CAD/CAM主要進行理論講授和計算機繪圖,CAM過程運用計算機進行自動編程,沒有將CAM結(jié)果用于產(chǎn)品加工,所設(shè)計的工藝,參數(shù),刀具、G代碼等往往不進行驗證和加工。

      1.2 教學(xué)方法

      未將數(shù)字化綜合制造技術(shù)實踐引入教學(xué)過程,沒有形成各知識點融會貫通的一體化教學(xué)環(huán)境,學(xué)習(xí)完后不能形成統(tǒng)一清晰的知識體系,不利于對所學(xué)知識的提煉和融通。對于數(shù)據(jù)掃描、逆向制造、快速成型等一些數(shù)字化制造技術(shù)也沒有納入教學(xué)實訓(xùn)過程,培養(yǎng)的學(xué)生不能適應(yīng)企業(yè)對人才更高的需要。

      2 一體化課程改革研究的內(nèi)容與意義

      2.1 一體化的教學(xué)內(nèi)容

      CAD/CAM/CAPP/CNC/RE/RP一體的數(shù)字課程研究,拓展了相關(guān)教學(xué)過程的深度和廣度。主要包括產(chǎn)品逆向數(shù)據(jù)采集,CAD設(shè)計與優(yōu)化、CAM自動編程加工、仿真加工、數(shù)控機床加工、RP加工等。通過這一教學(xué)實踐過程,使學(xué)生掌握相關(guān)任務(wù)模塊的知識技能并綜合應(yīng)用,最終將產(chǎn)品加工出來,提煉和提升了數(shù)字化的制造能力。

      2.2 結(jié)合生產(chǎn)一線的實踐過程

      教學(xué)過程結(jié)合車間產(chǎn)品進行,學(xué)生實踐的過程也是產(chǎn)品的加工過程。利用現(xiàn)代化的教學(xué)和實訓(xùn)設(shè)備進行產(chǎn)品設(shè)計和加工,使學(xué)校的培養(yǎng)效果和實際生產(chǎn)接軌。

      2.3 一體數(shù)字化課程改革研究的意義

      利用CAD/CAM/CAPP/RE/RP以及數(shù)控技術(shù)能極大提高企業(yè)設(shè)計、制造、管理的能力。一體的集成信息系統(tǒng)能為產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計和制造提供完整技術(shù)資料,實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過程的有效管理,企業(yè)需要掌握這些現(xiàn)代技術(shù)的專業(yè)人才。傳統(tǒng)制造業(yè)面臨現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)型升級任務(wù),而逆向技術(shù)、3D打印等作為先進制造技術(shù),發(fā)揮著引領(lǐng)和支撐作用,所以課題研究將這些技術(shù)引入職業(yè)院校教學(xué)過程。

      綜上所述,研究CAD/CAM/CAPP/RE、數(shù)控以及3D打印一體的改革課題,使專業(yè)教學(xué)緊跟現(xiàn)代技術(shù)前沿,培養(yǎng)社會需求的高級專業(yè)技能人才。

      3 改革課程培養(yǎng)目標、教學(xué)過程、人文素養(yǎng)及設(shè)備條件

      結(jié)合高職課程教法改革、師生關(guān)系變革、課堂文化更新的要求,將課程教學(xué)從以下方面進行架構(gòu)。

      3.1 知識與技能目標的實現(xiàn)

      要求學(xué)生掌握和具備以下知識技能:

      1)使用三維掃描儀對復(fù)雜表面的零件進行數(shù)據(jù)掃描采集和處理能力;

      2)三維空間想象、零件的獨立和創(chuàng)新設(shè)計能力;

      3)使用相關(guān)數(shù)字化軟件進行規(guī)劃、仿真、加工;

      4)使用高端數(shù)控機床進行零件加工;

      5)3D打印過程及模型后期處理;

      3.2 過程與方法的設(shè)計

      教學(xué)過程依靠任務(wù)驅(qū)動式來完成。任務(wù)模塊包括數(shù)據(jù)掃描,CAD模型建立,CAPP工藝規(guī)程、數(shù)字化任務(wù)傳送、CAM加工過程,路徑模擬,G代碼生成,數(shù)控加工仿真,車間數(shù)控機床加工等,學(xué)生完成每一個模塊后,需要提交自己完成的過程作品,教師依據(jù)作品的質(zhì)量和作業(yè)過程的綜合表現(xiàn)來進行評價。

      3.3 人文素養(yǎng)與情感價值的體現(xiàn)

      依托數(shù)字化教學(xué)設(shè)備,包括光學(xué)掃描儀、計算機多媒體、CAD/CAM網(wǎng)絡(luò)化機房、數(shù)控仿真加工系統(tǒng)、數(shù)控加工車間、3D打印設(shè)備等,詳細設(shè)計每一個教學(xué)環(huán)節(jié),形成共享的數(shù)字化記錄文件,包括圖片、視頻、錄像、通信、數(shù)據(jù)等,使學(xué)生感受到信息化技術(shù)帶來的工作體驗和工作方式。培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)代化制造技術(shù)的熱愛,激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。

      3.4 擁有的教學(xué)設(shè)備

      1)3D打印創(chuàng)新實驗室:高配置FDM桌面打印機10臺、Win3DS雙目三維掃描儀1臺;

      2)CAD/CAM機房:50臺套聯(lián)想高配置聯(lián)網(wǎng)電腦、正向設(shè)計、逆向設(shè)計、仿真軟件等;

      3)數(shù)控實訓(xùn)車間:配置各種數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控銑床、數(shù)控車床;刀具、量夾具、原材料庫房等;

      4 課程改革開發(fā)設(shè)計案例解析

      教學(xué)過程以車間零件原型進行設(shè)計開發(fā),學(xué)生分組進行,完成不同的模塊任務(wù)。

      4.1 零件的數(shù)據(jù)掃描采集與逆向建模

      這一過程主要任務(wù)包括模型零件掃描,外觀點云數(shù)據(jù)處理,模型逆向構(gòu)建幾個過程。模型外觀使用三維光學(xué)掃描儀來完成,學(xué)生需要掌握掃描儀的使用方法。包括掃描儀初始標定,數(shù)據(jù)掃描采集方法,使用GeomagicStudio軟件進行外觀點云數(shù)據(jù)處理。

      4.2 零件的數(shù)字化建模與加工過程

      其過程包括3D建模與創(chuàng)新設(shè)計、加工與自動編程等部分,在CAD/CAM機房使用UG軟件來完成。對于加工過程,需要綜合考慮毛坯形狀,加工工藝路線設(shè)置、裝夾辦法,刀具使用等因素,是對學(xué)生零件加工工藝的鍛煉過程,要求盡量選用軟件自動加工功能實現(xiàn),這一階段是數(shù)字化制造的設(shè)計階段,為后期制造準備模型和程序。

      4.3 數(shù)控機床加工仿真

      為驗證生成程序的正確性以及鍛煉學(xué)生數(shù)控機床面板操作,在CADCAM機房使用VNUC數(shù)控加工仿真軟件進行機床仿真加工。

      4.4 零件的數(shù)控加工和3D打印

      將完成的零件程序上傳數(shù)控機床,準備毛坯、刀具。機床對刀、原點設(shè)置等過程完成后,在三軸數(shù)控機床上進行零件加工,得到零件的加工模型。

      將UG模型零件保存為STL格式,使用用分層切片軟件進行處理后形成逐層路徑軌跡,在3D打印機上完成制造。通過以上過程比較數(shù)控加工和3D打印兩種不同制造方式的異同。

      整個教學(xué)過程關(guān)系表示如表1下:

      表1 整個教學(xué)過程關(guān)系表示

      5 結(jié)束語

      制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基體,是立國之本、興國之器、強國之基。2015年5月8日,國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》,作出的全面提升中國制造業(yè)發(fā)展質(zhì)量和水平的重大戰(zhàn)略部署,其根本目標在于改變中國制造業(yè)“大而不強”的局面?!吨袊圃?025》中多次提及的數(shù)字化制造、智能制造、高端數(shù)控機床、增材制造是本課題研究內(nèi)容,是我國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)。通過CAD/CAM/CAPP/CNC/RE/RP綜合課程的教學(xué)改革實踐,將以數(shù)字化智能化為代表的高新技術(shù)和傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域要素相結(jié)合,使學(xué)校培養(yǎng)人才的技能和水平緊緊跟隨現(xiàn)代生產(chǎn)體系和工業(yè)核心競爭力,為《中國制造2025》目標的實現(xiàn)而踐行踐力。

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