吳峰

（南京高速齒輪制造有限公司，江蘇 南京 210000）

目前，非標(biāo)機加工制造企業(yè)普遍面臨一個現(xiàn)狀：三維建模在設(shè)計環(huán)節(jié)已普遍使用，但在工藝環(huán)節(jié)和生產(chǎn)線仍大量采用二維圖紙和工藝文檔。以風(fēng)電行業(yè)為例，其核心部件主齒輪箱的齒輪屬于高速重載齒輪，其技術(shù)指標(biāo)和幾何參數(shù)具有高度定制化的特點，因此在生產(chǎn)中需要為每個齒輪編制工序卡。由于工藝已基本固化，工序卡編制實際以拷貝舊文檔、修改尺寸為主，浪費了大量的勞動力且易出錯。本文從風(fēng)電齒輪生產(chǎn)企業(yè)的加工現(xiàn)狀出發(fā)，沿用二維圖紙的文檔輸出，利用參數(shù)化思想創(chuàng)建三維工序模型并高效地編制工序卡，為非標(biāo)生產(chǎn)的數(shù)字化升級提供全新的技術(shù)思路。

1 工序卡制作的總體流程

本文所采用的工序卡制作方法屬于派生法，本質(zhì)是通過對已有產(chǎn)品的工藝模板的參數(shù)進(jìn)行修改來派生新的工藝。因此，工序卡的制作總體上分為兩個過程：制作模板，生成工序卡。要使工藝模板的內(nèi)容實現(xiàn)參數(shù)化配置，三維模型是最好的載體，因此，三維工藝模型的創(chuàng)建是首要任務(wù)。在完成工藝模型的創(chuàng)建后，還需將各工序的簡圖、內(nèi)容與模型關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)工序卡的參數(shù)化驅(qū)動。

2 三維工序模型的參數(shù)化創(chuàng)建

工序模型與設(shè)計模型有顯著區(qū)別，工序模型的創(chuàng)建要考慮模型參數(shù)的設(shè)定如何貫穿各個工序、如何使模型的編輯簡單快捷、如何確保各工序模型之間的聯(lián)動等問題。

2．1 參數(shù)的定義

工序模型參數(shù)來源于產(chǎn)品圖紙上的尺寸、技術(shù)參數(shù)，以及工藝余量、工藝結(jié)構(gòu)的尺寸。如果產(chǎn)品模型包含三維PMI標(biāo)注，則可利用三維軟件的PMI導(dǎo)出功能將標(biāo)注信息導(dǎo)出，整理為相應(yīng)的尺寸、技術(shù)參數(shù)；如果產(chǎn)品模型不包含三維標(biāo)注，則需要人為地將二維產(chǎn)品圖中的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2．2 工序模型的建模順序

當(dāng)前主流三維CAD的同步建模功能還不成熟，部分制造特征的修改仍有缺陷。因此，本文采用正向建模的方式，即先創(chuàng)建毛坯的模型，再通過“減材”逐個創(chuàng)建其他工序的模型。

2．3 尺寸的轉(zhuǎn)化

對于正向建模的工序模型，毛坯尺寸的計算是第一步工作。在求得毛坯尺寸后，后續(xù)工序的結(jié)構(gòu)尺寸可通過加工余量來求解。為使減材建模的過程與實際的加工工步一致，在建立毛坯模型時，要避免后續(xù)工藝模型出現(xiàn)“特征偏移”，因此，需要對零件的名義尺寸進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以使各特征的建模起點一致。

轉(zhuǎn)化要遵守以下規(guī)則：（1）如果是拉伸建模或特征建模，要以中分面為建模起點。（2）如果是旋轉(zhuǎn)建模，草圖中的軸向尺寸要以中分面為標(biāo)注起點。（3）加工方向朝向中分面的表面余量為正，加工方向遠(yuǎn)離中分面的表面余量為負(fù)。中分面是指加工過程中因加工范圍或加工干涉等原因必須對零件進(jìn)行調(diào)面，調(diào)面前后的分界面即為中分面，通常是某個圓柱面的中間平面。

2．4 特征的減材處理

在毛坯模型建立好后，后續(xù)工序需在其基礎(chǔ)上作減材處理來生成新的工序模型。齒輪零件的切削除了對回轉(zhuǎn)面和平面的車、銑、磨加工外，還包括對齒輪面的加工?；剞D(zhuǎn)面和平面的減材處理可利用三維CAD的拉伸建模和布爾求差來完成，但對齒面的切削處理卻沒有現(xiàn)成的功能模塊，可通過自定義特征或二次開發(fā)來實現(xiàn)。

2．5 工序模型的關(guān)聯(lián)傳遞

多數(shù)三維CAD都提供了部件文件之間的鏈接功能，如NX的WAVE等。為使創(chuàng)建工序卡模板的過程更加簡潔高效，本方案將各個工序模型都建立在一個部件文件中，工序模型之間采用幾何體的復(fù)制功能來傳遞，因此，父項模型的任何更改都會體現(xiàn)在子項模型中。

3 工藝簡圖的創(chuàng)建

3．1 圖層的可視化處理

工藝簡圖來源于三維模型的二維導(dǎo)出，在三維CAD中，可使用“工程圖”來承載工藝簡圖和工序卡的其他內(nèi)容。默認(rèn)情況下，工程圖的可見圖層是全部打開的，即每張圖紙會顯示所有工序模型的內(nèi)容，這與“一圖一工序”的初衷不符，因此，針對某工序的圖紙，需要將圖紙視圖的可見圖層設(shè)置為與工藝模型相同的圖層。

3．2 輔助對象的參數(shù)化定義

在涉及剖視圖、局部放大圖等視圖的創(chuàng)建時，需要手動添加剖面線、放大區(qū)域，通常情況下，這些對象在圖紙中的大小和位置是相對不變的，但在參數(shù)化工藝編制中，參數(shù)的改動會使零件的大小發(fā)生變化，為使這些輔助對象隨著參數(shù)的變化而變化，需要對其大小和位置進(jìn)行參數(shù)化定義。以局部剖視圖為例，圓形剖切線的半徑值以及其圓心與被剖對象基準(zhǔn)點的x向、y向距離應(yīng)是被剖對象的幾何尺寸的函數(shù)。同理，工藝符號如夾緊、定位符號的定位也采用相同的定義方法。

3．3 標(biāo)題欄填充

標(biāo)題欄的內(nèi)容一般包含零件名稱、圖號、工序號、工序名稱、版本號、關(guān)聯(lián)文件號等。由于整個工藝編制過程都在一個部件文檔中進(jìn)行，因此，不便從部件屬性中去定義和獲取這些信息。

為使工藝編制的效率足夠高，本方案采用外部數(shù)據(jù)傳遞的方式填充標(biāo)題欄。將工序路線信息保存在xml或Excel文檔中，通過定位文檔中的工序號關(guān)聯(lián)相應(yīng)的工序圖紙，隨后將該行的數(shù)據(jù)寫入該圖紙的標(biāo)題欄內(nèi)。

4 工序卡的輸出

在編制好標(biāo)題欄和工藝簡圖后，再將工藝要求和工藝定額等內(nèi)容進(jìn)行補充即完成工序卡的制作。此時，工序卡都集中在一個部件文件中，該文件即是此類零件的工序卡模板。當(dāng)后續(xù)有類似的新品需要編制工藝時，修改模板中的建模參數(shù)即可快速派生為新品的工藝模型和工序卡。為使工序卡可有序地在PDM系統(tǒng)中管理，有必要將派生出來的文件拆分為多個工序文件，每個輸出的工序文件包含自身的工序卡以及完整的工藝模型。該過程可通過CAD的自身功能實現(xiàn)，利用宏可提高處理效率。

5 交互式的工序卡創(chuàng)建

將參數(shù)化建模、標(biāo)題欄填充、工序卡輸出等功能集成在一起，利用窗口程序進(jìn)行封裝，可實現(xiàn)工序卡的交互式創(chuàng)建。本文采用NX軟件的NX Open API和Block UI工具封裝以上過程，程序具備調(diào)取歷史參數(shù)、編輯參數(shù)、編輯文檔路徑等基本功能，如圖1。

圖1 利用NX Open開發(fā)的工序卡創(chuàng)建程序及流程

6 結(jié)語

本文從風(fēng)電齒輪的工序卡編制出發(fā)，探索了一種既可利用參數(shù)化建模又保留二維圖的高效的工藝編制方案。針對零件種類單一、工藝固化的非標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)，采用本文所述的方案可有效緩解重復(fù)勞動，提高工序卡的創(chuàng)建效率和準(zhǔn)確率。同時，該過程中生成的工序模型可用于CAE分析、數(shù)字化檢驗、切削模擬等，是工廠信息化建設(shè)中不可或缺的一環(huán)。