山西中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院　李琳　龐學(xué)慧　秦慧斌　蘇校峰　張瑞廷

MBD技術(shù)在通類零件工藝信息模型中的應(yīng)用

山西中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院李琳龐學(xué)慧秦慧斌蘇校峰張瑞廷

本文對(duì)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上的典型通類零件進(jìn)行分析，在達(dá)索公司的DELMIA軟件提供的數(shù)字化制造工藝平臺(tái)下，提出了以三維模型為核心的工藝信息模型，并基于MBD技術(shù)建立了通類零件的MBD設(shè)計(jì)和工序模型，模型上的MBD數(shù)據(jù)集分類整理，對(duì)三維模型在生產(chǎn)下游廣泛應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

通類零件；工藝信息模型；工序模型

引言

MBD技術(shù)發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了“二維設(shè)計(jì)，二維出圖”、“三維設(shè)計(jì)，二維出圖”、“MBD全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)”三個(gè)階段［1］。MBD技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，有效地幫助產(chǎn)品縮短了生命周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量、降低了成本、減少了工作人員重復(fù)勞動(dòng)等。目前，數(shù)字化巨頭，Siemens、PTC、Dassualt等CAD/CAM/CAE集成平臺(tái)中緊跟相關(guān)技術(shù)需求，提供逐步完善的數(shù)字化制造技術(shù)功能模塊，使MBD模型作為產(chǎn)品全生命周期的唯一依據(jù)成為可能。

新型航天整體結(jié)構(gòu)零件的應(yīng)用能使航天飛行器的制造質(zhì)量顯著提高，但是以通類零件為例的整體結(jié)構(gòu)零件特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工幾何多、加工精度高，數(shù)控加工技術(shù)要求高；零件種類多、改型多，數(shù)控程序編制任務(wù)量大，重復(fù)勞動(dòng)多，編程效率低。然而，傳統(tǒng)的工藝規(guī)劃是將三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖，生成工藝卡片來指導(dǎo)數(shù)控加工，影響了工藝信息表達(dá)的直觀性，不符合設(shè)計(jì)和制造的協(xié)同性，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，逐漸成為了制造業(yè)大力發(fā)展全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的阻礙。本文基于MBD技術(shù)建立通類零件的工藝信息模型，使零件在設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造過程中保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，實(shí)現(xiàn)全生命周期的“無紙化”，便于設(shè)計(jì)上游和生產(chǎn)下游零件特征參數(shù)的修改、識(shí)別、提取和聯(lián)動(dòng)。

1　MBD工藝信息模型

1.1基于模型的定義

MBD（Model Based Definition，基于模型的定義）是用集成的三維模型完整地表達(dá)產(chǎn)品定義信息，將設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)、銷售等信息共同定義到產(chǎn)品的三維模型中，使三維模型成為產(chǎn)品生命周期各階段信息的唯一載體，保證數(shù)據(jù)信息的唯一性；產(chǎn)品全生命周期的每個(gè)階段的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)可很好地實(shí)現(xiàn)繼承和共享［2］。

1.2工藝信息模型

工藝信息模型圖如圖1.1所示。

圖1.1　工藝信息模型

工藝模型根據(jù)工藝信息種類的不同分為模型層（Product）、工藝層（Process）和資源層（Resource）。

在模型層中，以設(shè)計(jì)MBD模型和工序MBD模型為核心。MBD模型的MBD數(shù)據(jù)“分視圖，分層級(jí)”顯示管理，其中工序MBD模型的標(biāo)注信息主要定義本道工序的表面粗糙度、模型的尺寸、形位公差等信息，與對(duì)應(yīng)的加工幾何特征相關(guān)聯(lián)。工藝信息包括工序和工步，在一個(gè)三維工序模型中通常包含一道工序和多道工步，同時(shí)還包含若干個(gè)加工特征。［3］

工藝層中根據(jù)零件設(shè)計(jì)信息制定工藝路線，MBD信息表達(dá)在工序和工步上，每個(gè)制造程序機(jī)加工藝信息都體現(xiàn)在每個(gè)加工操作仿真切削的體積特征中。

資源層中的MBD數(shù)據(jù)集主要包含了制造資源庫和工藝資源，而這兩種資源正是工藝層中所需要的，在資源層中還包含了機(jī)加工藝設(shè)備、刀具和量具等。

1.3設(shè)計(jì)模型、工序模型、毛坯模型關(guān)系

圖1.2　設(shè)計(jì)模型、工序模型、毛坯模型關(guān)系

2　MBD技術(shù)在工藝信息模型中的表達(dá)

2.1零件MBD數(shù)據(jù)集表達(dá)公式

式中：Y表示制造模型；l表示加工該零件有l(wèi)個(gè)工序模型；Aij表示第i個(gè)工序模型有j個(gè)設(shè)計(jì)信息；Bik表示第i個(gè)工序模型有k個(gè)制造信息。

2.2設(shè)計(jì)MBD模型

以三通零件為例，設(shè)計(jì)模型的MBD數(shù)據(jù)集如圖2.1所示。MBD數(shù)據(jù)集可以根據(jù)不同需要分兩種方式顯示零件的標(biāo)注信息：注釋層的分類表示方式和視圖層信息的分類表示方式。

圖2.1　三通設(shè)計(jì)模型MBD數(shù)據(jù)集圖

2.2三通俯視圖的MBD數(shù)據(jù)集

基于MBD的模型過濾器可以過濾其他不相關(guān)的信息，從而獲取自己需要的信息。注釋層可以顯示或隱藏某一類信息，使對(duì)三維模型的觀察更加簡潔明了。

注釋層表達(dá)：選擇一類注釋層，其余注釋層信息隱藏。視圖信息表達(dá)：選擇一種視圖顯示，其余視圖信息隱藏。如圖2.2所示，俯視圖數(shù)據(jù)集的單獨(dú)表達(dá)。

2.3工序MBD模型

三維工序模型是指經(jīng)過每個(gè)加工操作后形成的帶有本道工序的完整機(jī)加工藝信息的集成化的三維數(shù)字化實(shí)體模型［4］。三維工序模型在三維標(biāo)注平臺(tái)上把IPM（In-Process Model）附加上機(jī)加工藝信息，從而就形成了三維工序模型。利用MBD技術(shù)，盡可能把工藝信息完整清晰地表達(dá)出來。

如圖2.3所示，其為三通銑一端外六方的工序模型。

3　結(jié)束語

通過對(duì)基于MBD通類零件的工藝信息模型的研究，建立了基于MBD的設(shè)計(jì)模型及工序模型，并對(duì)制造工藝信息進(jìn)行了表達(dá)，對(duì)下游的基于MBD模型的數(shù)控加工有一定的指導(dǎo)意義，并且對(duì)下一階段所研究的零件參數(shù)化設(shè)計(jì)特征參數(shù)的識(shí)別和提取打下基礎(chǔ)。

［1］潘康華，陸江峰，邵蘭英.MBD技術(shù)的發(fā)展歷程與展望［J］.機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2013，2：15-17.

［2］范玉青.基于模型定義技術(shù)及其實(shí)施［J］.航空制造技術(shù)2012，6：42-47.

［3］閆崇京，黃翔.零件信息模型的研究與應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2002，9：52-54.

［4］唐健鈞，賈曉亮，田錫天，耿俊浩.面向MBD的數(shù)控加工工藝三維工序模型技術(shù)研究［J］.航空制造技術(shù)，2016，16：62-66.

李琳，1990年出生，河北唐山人，碩士研究生在讀，研究方向：數(shù)字化制造技術(shù)。

中北大學(xué)第11屆研究生科技立項(xiàng)項(xiàng)目（20141109），山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（20113027）