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        全三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

        2023-06-08 06:25:51曹杰
        機(jī)電信息 2023年11期
        關(guān)鍵詞:工藝設(shè)計(jì)解決方案

        摘要:針對(duì)目前二維工藝設(shè)計(jì)中存在的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)重用度低、工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表達(dá)不直觀(guān)等問(wèn)題,研究了全三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)及系統(tǒng),以全三維設(shè)計(jì)模型為唯一數(shù)據(jù)源,基于NX和Teamcenter系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)、工藝路線(xiàn)編制、工序模型構(gòu)建、三維工藝文件發(fā)布及現(xiàn)場(chǎng)展示等功能,為全三維工藝設(shè)計(jì)提供了整體解決方案。

        關(guān)鍵詞:全三維;工藝設(shè)計(jì);解決方案

        中圖分類(lèi)號(hào):TH162;TG659? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? 文章編號(hào):1671-0797(2023)11-0085-04

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.023

        0? ? 引言

        工藝設(shè)計(jì)是產(chǎn)品生命周期的核心環(huán)節(jié),工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率將對(duì)產(chǎn)品的最終交付質(zhì)量及周期產(chǎn)生重要影響[1-2]。傳統(tǒng)的二維工藝設(shè)計(jì)模式下,工藝人員需要將產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換為二維設(shè)計(jì)圖樣,基于此開(kāi)展工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)、工序圖繪制、工藝發(fā)布等工作。該模式下并沒(méi)有直接重用產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),且三維向二維的轉(zhuǎn)換過(guò)程中易產(chǎn)生人為誤差,從而影響設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向工藝端的準(zhǔn)確傳遞[3-4]。此外,二維工藝存在表達(dá)不直觀(guān)的問(wèn)題,無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)控加工編程、數(shù)控仿真等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)對(duì)工序模型的需求。

        本文針對(duì)以上問(wèn)題,開(kāi)展全三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)研究。以全三維設(shè)計(jì)模型為唯一數(shù)據(jù)源,實(shí)現(xiàn)了全三維設(shè)計(jì)模型的重復(fù)利用,基于NX和Teamcenter系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)、工藝路線(xiàn)編制、工序模型構(gòu)建、三維工藝文件發(fā)布及現(xiàn)場(chǎng)展示,可直觀(guān)表達(dá)復(fù)雜工藝特征,生成的三維工序模型可直接用于數(shù)控加工編程及仿真業(yè)務(wù),為全三維工藝設(shè)計(jì)提供整體解決方案。

        1? ? 全三維工藝總體框架及業(yè)務(wù)流程

        1.1? ? 全三維工藝總體框架

        全三維工藝以三維模型為基礎(chǔ),利用MBD技術(shù)覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造等產(chǎn)品全生命周期的過(guò)程,使各個(gè)階段的各種信息能夠被準(zhǔn)確地定義到以MBD模型為核心的技術(shù)數(shù)據(jù)包中,并始終保持上游的MBD模型能夠被下游直接重用,一直拓展到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)?;贛BD的建設(shè)方案,是通過(guò)綜合利用以NX為基礎(chǔ)的MBD定義工具、Teamcenter支撐的MBD企業(yè)產(chǎn)品全生命周期管理平臺(tái),有機(jī)形成從設(shè)計(jì)、工藝到制造的全面MBD解決方案體系,包括:基于模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、基于模型的工藝設(shè)計(jì)、基于模型的CAM加工與仿真、基于模型的質(zhì)量檢測(cè)、基于模型的現(xiàn)場(chǎng)制造、基于MBD的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。通過(guò)各種專(zhuān)業(yè)的MBD能力靈活應(yīng)用與組合,有效提升產(chǎn)品的制造質(zhì)量和效率。全三維工藝總體框架如圖1所示。

        1.2? ? 全三維工藝總體業(yè)務(wù)流程

        全三維工藝以設(shè)計(jì)MBD模型為統(tǒng)一數(shù)據(jù)源,打通MBD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收、工藝BOP結(jié)構(gòu)樹(shù)搭建、工序MBD模型構(gòu)建、工藝電子化審批等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)(圖2),從而有效縮短整個(gè)產(chǎn)品研制周期,改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

        2? ? 全三維工藝關(guān)鍵技術(shù)

        2.1? ? 基于Teamcenter的MBD設(shè)計(jì)模型下發(fā)與接收

        二維工藝設(shè)計(jì)模式下,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)的流程為:

        (1)各設(shè)計(jì)單位使用NX軟件生成產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)模型,并運(yùn)用NX二維制圖模塊將三維模型轉(zhuǎn)化為二維設(shè)計(jì)圖;

        (2)三維設(shè)計(jì)模型和二維設(shè)計(jì)圖經(jīng)審批流程后,通過(guò)Teamcenter平臺(tái)將三維設(shè)計(jì)模型和二維設(shè)計(jì)圖發(fā)送給檔案部門(mén),由檔案部門(mén)負(fù)責(zé)歸檔,并打印曬藍(lán)的二維紙質(zhì)設(shè)計(jì)圖;

        (3)制造部門(mén)接收二維紙質(zhì)設(shè)計(jì)圖,并進(jìn)行工藝分工,開(kāi)展工藝編制活動(dòng)。

        這種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)模式存在以下問(wèn)題:

        (1)數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一,產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)用三維數(shù)模描述幾何形狀信息,而用二維工程圖紙來(lái)定義尺寸、公差、技術(shù)要求等信息,版本管理較為煩瑣,不利于在工藝階段對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的重用;

        (2)以紙質(zhì)二維圖為載體進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的傳遞,設(shè)計(jì)信息表達(dá)不直觀(guān),傳遞效率低,需要耗費(fèi)較多的人力,同時(shí)造成大量的紙張浪費(fèi)。

        通過(guò)在設(shè)計(jì)端采用MBD技術(shù),將設(shè)計(jì)實(shí)體模型、尺寸公差、技術(shù)要求等所有信息統(tǒng)一在MBD設(shè)計(jì)模型中表達(dá),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一,工藝人員可直接重用設(shè)計(jì)MBD模型進(jìn)行工藝設(shè)計(jì);同時(shí),基于Teamcenter平臺(tái)發(fā)放與接收設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),工藝員在Teamcenter系統(tǒng)下可直接查看并接收設(shè)計(jì)MBD模型(圖3),并將其用于工藝編制階段,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的快速傳遞。

        2.2? ? 基于Teamcenter的工藝BOP搭建

        與傳統(tǒng)的非工藝相比,工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):

        (1)工藝保留了不同層次、不同類(lèi)型工藝數(shù)據(jù)的層級(jí)結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系,有利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理,同時(shí)可有效提高數(shù)據(jù)的重用效率;

        (2)對(duì)工藝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化,有利于計(jì)算機(jī)程序?qū)に嚁?shù)據(jù)的快速解析和調(diào)用。

        通過(guò)對(duì)工藝編制業(yè)務(wù)進(jìn)行分析和梳理,基于Teamcenter平臺(tái)開(kāi)發(fā)了工藝搭建軟件工具,該軟件工具可實(shí)現(xiàn)工藝編制環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品信息的自動(dòng)集成,并通過(guò)提供下拉式選擇、自動(dòng)過(guò)濾篩選等功能,實(shí)現(xiàn)工藝、工序信息的快速錄入,減少了工藝人員的操作內(nèi)容,并能實(shí)現(xiàn)工藝資源的快速調(diào)用,從而大大縮短了工藝BOP(圖4)的搭建周期。

        2.3? ? 三維工序模型快速構(gòu)建

        對(duì)于工序模型的設(shè)計(jì)有兩種方式:方式一,使用WAVE LINK方式創(chuàng)建,這種方式可以保持設(shè)計(jì)模型與工序模型的關(guān)聯(lián)、工序間模型的關(guān)聯(lián);方式二,采用導(dǎo)入設(shè)計(jì)模型或工序模型的方式,在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建工序模型,這種方式設(shè)計(jì)模型、工序模型都是獨(dú)立的模型,之間沒(méi)有建立聯(lián)系與關(guān)聯(lián)。對(duì)于工序模型的設(shè)計(jì)順序,通常分正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)兩種:正向設(shè)計(jì)就是從毛坯到零件演變的過(guò)程,是零件上增加細(xì)節(jié)特征的過(guò)程,也是零件的加工過(guò)程(刀具去除材料的過(guò)程);而逆向設(shè)計(jì)則是從零件到毛坯演變的過(guò)程,是刪除特征的方式,也就是增加材料的過(guò)程,最終形成相互關(guān)聯(lián)的工藝模型(圖5)。

        通過(guò)NX提供PMI標(biāo)注工具完成工序模型的PMI三維標(biāo)注。在NX中使用“PMI關(guān)聯(lián)復(fù)制”功能,將需要的設(shè)計(jì)模型或工序模型中的PMI標(biāo)注直接復(fù)制到當(dāng)前工序模型中。NX中提供了形位公差、幾何公差、工藝特殊符號(hào)、基準(zhǔn)特征符號(hào)、基準(zhǔn)目標(biāo)符號(hào)、工步信息、技術(shù)要求等標(biāo)注工具,工藝人員可基于PMI三維標(biāo)注工具,快速完成工序模型的三維標(biāo)注。

        2.4? ? 工藝電子化審批

        零件工藝編制完成后,在制造工藝規(guī)劃器中選中整個(gè)工藝結(jié)構(gòu),選擇相應(yīng)審簽流模板,并在指派任務(wù)選項(xiàng)卡中對(duì)流程節(jié)點(diǎn)指派任務(wù)執(zhí)行者,指派所有任務(wù)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行人之后,啟動(dòng)電子審批流程,審批后簽審信息將直接映射到模型屬性中保存。

        3? ? 結(jié)語(yǔ)

        全三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)作為企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)技術(shù),近年來(lái)得到了廣泛關(guān)注。在全三維工藝設(shè)計(jì)模式下,以全三維設(shè)計(jì)模型為唯一數(shù)據(jù)源,實(shí)現(xiàn)全三維設(shè)計(jì)模型的重復(fù)利用,且三維工藝文件可直觀(guān)表達(dá)復(fù)雜工藝持征,生成的三維工序模型可直接用于數(shù)控加工編程及仿真等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié),對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的數(shù)字化有較大促進(jìn)作用。此外,全三維模型是各類(lèi)知識(shí)、規(guī)則的良好載體,基于此可開(kāi)發(fā)智能化業(yè)務(wù)系統(tǒng),從而減輕業(yè)務(wù)負(fù)擔(dān),實(shí)現(xiàn)企業(yè)知識(shí)資產(chǎn)的重用。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 張瑞廷,秦慧斌,黃登高,等.壁板類(lèi)零件MBD制造模型的建立技術(shù)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2016(5):32-35.

        [2] 周秋忠,郭具濤,徐萬(wàn)洪.基于MBD的三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2016(12):107-109.

        [3] 田富君,田錫天,耿俊浩,等.基于模型定義的工藝信息建模及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(5):913-919.

        [4] 萬(wàn)能,常智勇,莫蓉.機(jī)加工藝設(shè)計(jì)的三維新模式研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2011,17(9):1873-1879.

        收稿日期:2023-02-21

        作者簡(jiǎn)介:曹杰(1983—),男,江蘇宿遷人,高級(jí)工程師,研究方向:航空機(jī)電產(chǎn)品加工工藝技術(shù)。

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