基于模型的三維機加工藝設(shè)計模式應(yīng)用研究

　　本文針對傳統(tǒng)二維機加工藝設(shè)計中工藝表達不直觀、工藝數(shù)據(jù)繼承性差等問題，依托NX建模軟件和PDM數(shù)據(jù)管理平臺，提出了以三維機加工序模型作為工藝信息載體的思路，建立了包括三維機加工藝設(shè)計、三維機加工藝管理、三維機加工藝應(yīng)用的三維機加工藝設(shè)計模式，突破了工序模型關(guān)聯(lián)建模技術(shù)、工藝信息模型定義技術(shù)和可視化展示技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了三維環(huán)境下的機加工藝設(shè)計。
　　一、引言
　　基于模型的定義（Model Based Definition，MBD）采用集成的三維實體模型來完整表達產(chǎn)品定義信息。在MBD的機加工藝設(shè)計中，三維工序模型成為表達制造信息的載體。將三維計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）平臺由傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域擴展到機加工藝設(shè)計領(lǐng)域，可以重用企業(yè)已有設(shè)計資源，同時直接為下游數(shù)控編程與數(shù)控測量提供三維模型數(shù)據(jù)來源。
　　但是目前，機加工藝設(shè)計的工作模式是建立二維工藝卡片的過程，在計算機輔助工藝規(guī)劃（Computer AidedProcess Planning，CAPP）系統(tǒng)中繪制工序模型的二維工程簡圖，填寫工藝規(guī)程/工序/工步等信息，最后打印形成紙質(zhì)工藝卡片并在制造現(xiàn)場應(yīng)用。傳統(tǒng)的二維機加工藝設(shè)計系統(tǒng)主要存在如下三個缺點。
　�。�1）二維工序圖繪制繁瑣，常常需要采用簡化繪制，有時容易產(chǎn)生歧義。
　�。�2）工序/工步信息與工序圖之間的映射不直觀，有時存在歧義。
　　（3）數(shù)據(jù)繼承性差，無法為后期的數(shù)控編程和加工檢測提供三維數(shù)據(jù)模型。
　　目前市場上有部分工藝設(shè)計產(chǎn)品實現(xiàn)了面向裝配工藝的設(shè)計仿真，利用三維裝配動畫表達裝配工藝過程，但面向機加工藝設(shè)計仍然沒有突破二維工藝卡片與簡圖的局限。
　　為改變二維環(huán)境下機加工藝設(shè)計存在的不足，本文研究了三維環(huán)境下機加工藝設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，擴展NX三維CAD軟件平臺作為三維機加工藝設(shè)計平臺，以三維工序模型作為工藝信息載體表達與記錄工藝符號，建立三維環(huán)境下的機加工藝設(shè)計能力。
　　二、三維機加工藝模式
　　依托NX建模軟件和PDM數(shù)據(jù)管理平臺，建立基于設(shè)計MBD模型的三維機加工藝設(shè)計系統(tǒng)。三維機加工藝設(shè)計系統(tǒng)以三維機加工序模型作為工藝信息載體，利用三維手段實現(xiàn)機械加工的工藝設(shè)計與應(yīng)用。系統(tǒng)以三維工藝規(guī)程包作為數(shù)據(jù)傳遞載體，分為三維機加工藝設(shè)計、三維機加工藝規(guī)程管理和三維機加工藝現(xiàn)場應(yīng)用三個階段，如圖1所示。
　　1、三維機加工藝設(shè)計
　　三維機加工藝設(shè)計基于MBD方法建立統(tǒng)一的三維機加工藝模型，使其成為加工、分析和檢測的數(shù)據(jù)依據(jù)。平臺層利用成熟三維CAD系統(tǒng)NX作為三維機加工藝設(shè)計環(huán)境，提供三維表達的基本條件與手段。工具層基于平臺層建立工藝信息錄入工具，幫助工藝人員快速準(zhǔn)確的錄入工藝信息；面向三維機加工藝設(shè)計的工序/工步模型生成輔助工具，輔助工藝人員面向工藝知識生成三維工序模型；三維工藝設(shè)計工具輔助在三維環(huán)境下標(biāo)注工藝符號，建立工藝符號與工序模型之間的關(guān)聯(lián)；機加工藝卡片工具是輔助工藝員建立機加工藝過程的結(jié)構(gòu)化描述，同時建立它與三維工藝信息之間的映射關(guān)聯(lián)。模型層以CAD平臺下的三維模型作為機加工序模型，以三維工藝符號表達工藝要求，以結(jié)構(gòu)化工藝卡片描述工藝過程，最終生成三維機加工藝規(guī)程，以替代原有紙質(zhì)二維機加工藝卡片。
　　2、三維機加工藝管理
　　作為三維機加工藝設(shè)計結(jié)果，三維機加工藝規(guī)程由企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理。平臺層將企業(yè)現(xiàn)有的PDM系統(tǒng)作為三維工藝規(guī)程的數(shù)據(jù)管理環(huán)境，為三維機加工藝提供基礎(chǔ)管理平臺，避免在多個系統(tǒng)中維護多套工藝數(shù)據(jù)。工具層包含PDM的典型管理模塊，數(shù)據(jù)管理工具負(fù)責(zé)存儲三維機加工藝規(guī)程，并建立與產(chǎn)品設(shè)計模型之間的主模型關(guān)系；審簽流程管理工具負(fù)責(zé)三維機加工藝的發(fā)布與審簽控制；版本管理工具負(fù)責(zé)三維機加工藝規(guī)程更改后的版本升級維護；權(quán)限管理工具負(fù)責(zé)控制三維機加工藝規(guī)程在數(shù)據(jù)管理過程中的權(quán)限控制。模型層是由三維機加工藝設(shè)計環(huán)節(jié)傳遞的三維機加工藝規(guī)程包。
　　3、三維機加工藝應(yīng)用
　　三維機加工藝應(yīng)用為機加工現(xiàn)場提供三維機加工藝的查詢?yōu)g覽環(huán)境。平臺層采用Web與輕量化技術(shù)建立工藝瀏覽環(huán)境，提供對輕量化三維工序模型的顯示與交互能力。工具層中的工藝規(guī)程解釋工具負(fù)責(zé)解析三維機加工藝規(guī)程包，獲得三維工序模型與機加工藝卡片；工序模型輕量化工具負(fù)責(zé)將三維工序模型轉(zhuǎn)化為輕量化三維模型；工藝模型表達工具負(fù)責(zé)提供輕量化工序模型的交互瀏覽能力；工藝規(guī)程重構(gòu)工具負(fù)責(zé)重新建立機加工藝卡片與輕量化工序模型之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)三維工藝瀏覽。模型層包括輕量化三維工序模型、輕量化三維工藝符號和機加工藝卡片。三維機加工藝模式圖如圖1所示。
　　三、三維機加工藝實現(xiàn)
　　1、工藝信息模型定義
　　工藝信息模型包含工藝信息的組織、表達、集成、管理和結(jié)構(gòu)化自動存儲。工藝信息模型定義可以實現(xiàn)機加工藝信息的錄入與編輯功能，將用戶錄入的工藝屬性信息保存并記錄下來，將工藝信息錄入與編輯功能錄入的工藝信息同步存儲在一個XML文件中，并記錄相應(yīng)節(jié)點的工藝屬性信息、三維模型名稱等信息（如圖2所示）。在XML文件中設(shè)置了工藝規(guī)程輸出時相應(yīng)的工藝模板信息獲取格式，便于工藝信息在工藝卡片中的自動填充。每次打開系統(tǒng)時，系統(tǒng)會自動讀取最新的XML文件生成相應(yīng)的工藝結(jié)構(gòu)樹，每次關(guān)閉系統(tǒng)時，系統(tǒng)也會自動保存工藝結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點信息保存到XML文件中，這樣就保證了XML文件的實時更新和工藝結(jié)構(gòu)樹的始終正確。
　　2、工序模型關(guān)聯(lián)建模
　　在NX WAVE技術(shù)的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，形成了模型幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系創(chuàng)建器，模型幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系創(chuàng)建器使用在三維工藝模型之間建立全相關(guān)關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖3所示，進一步提高了三維模型建模效率，同時實現(xiàn)了三維模型一處更改，處處更改的數(shù)據(jù)一致性維護，使工藝更改效率大大提高，出錯率大幅減��；系統(tǒng)模型幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系瀏覽器，將模型間隱性的關(guān)聯(lián)關(guān)系用圖形的顯式方式表達，使模型間關(guān)聯(lián)關(guān)系實現(xiàn)可視化，從而可以方便地對其進行維護。

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