基于MBD技术的零件参数化工艺设计及应用.docx

1基于技术的零件参数化工艺设计及应用撰文洛阳电光设备研究所蒋华锋一引言近年来我国制造业迅速发展特别是航空工业广泛采用了技术用于产品研发和制造随着产品零件的标准化程度越来越高精度越来越高生产批量越来越大以及工艺周期不断缩短如何提高三维设计及生产效率成了企业关心的问题根据以往的经验企业如果能在产品设计和制造过程中重用已有成熟的设计及制造资源就可以提高设计速度和产品生产质量特别是在那些产品及其零部件系列化标准化程度较高生产批量较大的企业设计和制造资源重用是一种提高工艺准备工作质量减少工艺准备工作量缩短工艺准备周期的有效方法本文基于西门子软件平台开发了一种基于技术的零件参数化工艺系统来实现零件设计及制造资源的快速重用下文将介绍具体的原理及实现方法二零件参数化工艺设计的原理经过分析企业内部的系列化零件一般都由各类相对固定的结构组合而成如图所示该实例零件由外圆圆柱轴向孔环槽径向圆孔径向长条孔偏心斜孔和倒角圆角等特征构成这些特征均对应了一种典型成熟的加工方法则可视这些特征为典型特征2即该实例零件为典型特征组合而成因此设计人员可通过典型特征组合的建模方法来完成零件设计由典型特征组合而成的零件就使得在工艺设计阶段可通过特征识别技术将每个典型特征定义为一道典型工序则一个零件可快速分解成为多道工序再通过工序模型的参数化驱动快速创建工序模型进而完成工艺编制工作本文基于技术的参数化工艺设计流程如图所示图中涉及到了如下几个关键技术这些技术均通过软件开发的方法得以实现梳理出同系列零件的典型结构建立典型结构特征库和工艺资源库使用面向制造的设计方法开发特征建模工具使同类零件设计和工艺标准化减少重复劳动并使设计零件具备加工性能采用特征识别和参数化工艺方法快速识别出零件最适合的工艺实现相似零件工艺的快速设计三典型结构特征库和加工资源库通过产品梳理将形状和工艺路线相似的典型结构特征加以整理形成典型特征库特征库分为三维模型库及工艺加工资源库每个典型特征均对应了一个典型工序并且为每个典型工序建立了配3套的加工方法和工艺资源保证后期快速调用如图所示四典型特征建模工具利用特征建模技术实现参数化工艺设计是目前的实现途径之一有学者认为特征建模技术被认为是集成的关键技术它的应用分为两大类一类是特征造型以特征为一特定单位参与几何造型另一类是特征识别和提取即从已有的模型中用一定手段提取特征信息采用特征技术可建立完善的零件信息模型为和的集成奠定基础本文从实际应用的角度出发基于平台开发了典型特征建模工具如图所示所有的特征资源从典型结构特征库中提取方便设计人员快速进行典型特征建模当典型特征库扩充之后特征建模工具也能实时显示新的内容由特征建模工具创建的模型在参数化工艺设计阶段可以实现特征无缝识别该工具使得设计人员可以通过简单的特征组合得到完整的零件模型且设计人员所使用的对象不再是简单的几何图素而是具有功能要素和携带工艺信息的特征五零件参数化工艺设计由特征建模工具创建的设计模型其每个特征均在数据库中对应了相应的加工方法可以通过特征识别的方式进行提取即每个特征均为一个典型工序工艺人员通过对典型工序进行编排可以生成一整套工艺规程通过不断的积累可以将具有代表性的工艺规程定义4为典型工艺因此基于典型特征的典型工艺是参数化工艺工作的基础特征识别及对比用典型特征建模工具创建的零件使用典型特征识别功能可以快速将所有的典型特征识别出来从零件模型中识别典型特征后软件自动与加工资源库库中该典型特征的优选参数进行比对对于非优选参数或超出现有加工极限的特征显示出来引导设计确认是否更改当特征对比完全通过后说明当前所设计的零件具有成熟的加工方法可保证精度要求图由典型特征编排工艺路线根据特征识别结果与典型加工资源库中的典型工艺类型进行比对若存在典型工序则进行分析某一类特征可能对应多个加工方法通过某一特征如总长或长径比限定自动优选适宜的加工方法在工艺资源库中的每一工序配备有对应的工艺参数数控设备程序刀具清单装夹方案检测要素手动设备装夹方案加工方式及一般性要求并提供列表刀具清单表工装清单表检验表程序包对比后可快速添加入当前工序中并支持修改本文开发了由参数化工艺设计系统根据识别出的典型特征和对应的典型工序来搭建工艺路线如图所示对话框中可以对工序进行编排对于特种工艺或其他不涉及到工5序模型的工艺可以在中间添加新工序完成编排后系统自动在中生成工艺结构并对工序的模型文件进行编码指派如图所示工序模型自动生成在进行零件工艺设计时工序模型的生成是非常耗时的一个环节由于设计人员建模水平参差不齐就使得工艺人员无法使用自动化方法快速完成工序模型修改这对工艺人员的使用水平也提出了较高的要求而使用典型特征建模工具完成零件设计后就使得利用软件开发快速生成工序模型成为了可能本文通过开发在原有设计模型的基础上用软件来完成对工序模型的修改和创建过程如下将设计特征导入所有的工序文件中利用在工艺路线设计中的工序号来判断哪些典型特征属于哪道工序当前工序只保留当前工序号及前面所有工序的特征其后所有的特征自动删除例如工序的模型需要删除工序以后所有的特征由于使用特征建模工具创建的各典型特征之间没有父子关系所以可以方便地删除与本工序无关的特征而不会影响零件的正常更新图所示为利用软件快速生成的工序模型6加工余量及标注零件的设计基准和加工基准无法从特征级别获取到均需要设计人员和工艺人员依据自己的知识和零件的实际形状进行定义工艺人员定义好每道工序的加工基准后就可以对工序模型进行三维标注和加工余量设置本文在特征建模阶段已经预埋了加工余量的值并将值设为在工艺数据资源库中每类典型特征均对应了若干优选的加工余量设计人员只需要结合毛坯尺寸值从数据库中选择优选加工余量将加工余量的值赋给工序模型即可完成工序模型的重新生成图加工仿真由于每道工序所使用的工艺资源信息如设备刀具及切削参数等信息已经在工艺路线设计阶段从工艺资源库中自动获取故在使用在进行加工仿真时可以直接调用这些工艺资源在加工仿真阶段本文开发的参数化工艺设计系统表现了如下的优点系统自动录入与典型特征对应的工艺资源和加工参数减少数据的重复输入提高编程效率典型工艺加工资源库中固化了被实践验证过的最佳工艺参数的应用提升了加工品质提取加工资源库中的信息也提高了数控编程的标准化使用生的成代码可以通过企业的系统传递给现场加工中心进而完成基于技术的零件加工图7六结语本文提出的基于技术的零件参数化工艺设计方法其核心在于利用以往的最佳实践和经验来解决新问题在平台下开发的特征建模工具和参数化工艺系统经过实际使用后提高了系列化零件的设计工艺和加工效率今后通过对企业典型特征库的不断积累和扩充还可形成企业内部的典型零件工艺数据库将更能缩短零件的设计和生产周期