數(shù)控加工機(jī)床的PDM系統(tǒng)引進(jìn).docx

1 緒 論1.1課題的背景及意義機(jī)械建設(shè)目前越來越受到國家的重視，國家也加大了大型工業(yè)機(jī)械的投入，結(jié)構(gòu)件加工方式有很多種，目前的被大量使用的方式仍然是數(shù)控加工，在數(shù)控加工的方式中，銑削方式是的使用量最大，數(shù)控機(jī)床夾具在數(shù)控加工中擁有較大的使用頻率，所以，目前在加工行業(yè)，數(shù)機(jī)床夾得發(fā)展隨著市場的發(fā)展也快速的發(fā)展起來，但是機(jī)床夾的發(fā)展仍然處在開始階段，仍然存在較多的問題。不僅僅數(shù)控機(jī)床得到了大力發(fā)展，高速切削的加工方式也同樣得到了大力的發(fā)展，目前許多制造企業(yè)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)產(chǎn)品加工的時(shí)候就是采用這種方式進(jìn)行的，西飛公司是高速切削技術(shù)的代表公司，在許多大型的結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)上，西飛公司都是采用高速切削的方式進(jìn)行的，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，目前的技術(shù)水平以及設(shè)計(jì)理念已經(jīng)達(dá)到了前所未有的是水平，以前不能夠想象的復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件現(xiàn)在也能夠通過技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，像是飛機(jī)制造這樣的對工件的精度具有極高要求的行業(yè)，也同樣能夠通過現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床高速切削的方式進(jìn)行生產(chǎn)。這些技術(shù)的發(fā)展離不開數(shù)控機(jī)床的夾具的發(fā)展，在某種程度上，數(shù)控機(jī)床家具的發(fā)展，影響著整個(gè)數(shù)控行業(yè)的發(fā)展，目前在我國的整機(jī)廠中，夾具存在著以下幾方面的問題1夾具專門化程度太高我國的飛機(jī)制造業(yè)的專用夾具數(shù)量相當(dāng)大，為了能夠保障制造精密的飛機(jī)零件，制作人員不得不將夾具專門化，但是大量的專門夾具還不能夠全部適合機(jī)床的底座，因?yàn)闄C(jī)床的特殊性，不能夠?yàn)樘厥獾膴A具設(shè)計(jì)專門的底座，因此，大量的機(jī)床底座也就隨著大量的夾具大量增加，這樣大量的夾具和機(jī)床底座會降低生產(chǎn)效率。每次生產(chǎn)不同的機(jī)件都需要變換機(jī)床底座和夾具，時(shí)間利用率非常低。2沒有完善的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行幫助變換系統(tǒng)進(jìn)行輔助 之前實(shí)用家居都是通過相關(guān)的專業(yè)人員進(jìn)行手工的拼裝，但是這種方式需要投入大量的人力和物力，并且生產(chǎn)率還并不是很高。相關(guān)人員的專業(yè)程度基本上決定了裝配數(shù)量的多少盒裝配的快慢，這樣就不能夠保障生產(chǎn)平穩(wěn)進(jìn)行，由于沒有一套整體的系統(tǒng)的上產(chǎn)流程，就會造成生產(chǎn)的不一致，生產(chǎn)管理麻煩，管理起來會十分的麻煩，甚至造成生產(chǎn)混亂，在夾具進(jìn)行一次生產(chǎn)之后，一些不常用的夾具就會被長期放置，進(jìn)行再生產(chǎn)的過程中，一些不常用的工具就會因?yàn)椴蝗菀渍业街匦轮谱?，這種方式大大增加了制造成本3夾具依然采用人工的方式安裝工作所謂家具的自動化程度，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行衡量，首先在夾具的加緊動作分析，也就是夾具對工件的加緊這個(gè)過程，現(xiàn)在大部分的加緊動作還需要人工的方式進(jìn)行加緊。另一方面，是指轉(zhuǎn)換夾具方面的工作以及夾具的拼裝等等工作。如果還是采用現(xiàn)在的作業(yè)方式，夾具的轉(zhuǎn)換時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了生產(chǎn)工件的時(shí)間，現(xiàn)在夾具與機(jī)床的分離的生產(chǎn)方式依然是主要的生產(chǎn)形勢，這樣就會為夾具的自動化發(fā)展帶來一定的困難，夾具不能夠精確地進(jìn)行定位，夾具之間不能夠協(xié)調(diào)工作3?，F(xiàn)代社會的科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了夾具的自動化發(fā)展進(jìn)程，CAD、CAM技術(shù)的應(yīng)用更是錦上添花，傳統(tǒng)的夾具生產(chǎn)方式的弊端越來越明顯，夾具的數(shù)據(jù)被大量的錄入到計(jì)算機(jī)世界，但是目前還仍然缺乏一套完整的，能夠協(xié)調(diào)各個(gè)夾具之間的應(yīng)用的應(yīng)用系統(tǒng)，這也就使得目前的管理工作紛繁復(fù)雜，無從下手，同時(shí)數(shù)據(jù)的安全性和完整性也得不到保證4。所以，在認(rèn)識到傳統(tǒng)的夾具的弊端之后，如何解決夾具的自動化發(fā)展問題，就是本篇文章的主旨所在1.2主要技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展1.2.1三維CAD技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動了CAD技術(shù)的發(fā)展，再結(jié)合了以前的CAD技術(shù)的基礎(chǔ)之上，目前的三維CAD技術(shù)得到了大力的發(fā)展。三維CAD技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)的大發(fā)展，為了能夠快速的占領(lǐng)本行業(yè)的市場，各行業(yè)利用三維CAC技術(shù)來進(jìn)行快速的打印，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，到產(chǎn)品的研發(fā)，最后再到產(chǎn)品的生產(chǎn)完成，都會用到CAD技術(shù)，其中主流的包括模型裝配分析，產(chǎn)品信息管理，以及在設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)等等主流的技術(shù)。這一系列的技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)與否，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞等等都能夠通過CAD技術(shù)進(jìn)行評估，CAD技術(shù)不僅僅對于產(chǎn)品有比較大多作用，在企業(yè)的運(yùn)作方面，CAD技術(shù)同樣能夠提高企業(yè)的管理效率，CAD在制造業(yè)上的發(fā)展速度非常驚人，截止目前為止，8成的產(chǎn)品的生產(chǎn)都會應(yīng)用到CAD技術(shù)CAD技術(shù)是未來發(fā)展的決定性力量，三維CAD技術(shù)是目前為止利用率最高，并且在短時(shí)期內(nèi)不可能被超越的技術(shù)，數(shù)字化的社會，CAD技術(shù)越來越受到重視，我國正在積極開展相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的研發(fā)，力求使CAD技術(shù)能夠朝著更加先進(jìn)的方向發(fā)展，在生產(chǎn)加工方面，將CAD技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)環(huán)節(jié)，包括在設(shè)計(jì)過程中的并行工程的利用，在加工過程的數(shù)字控制的利用，并且最終將這些技術(shù)過程整合成為一個(gè)整體，保障各個(gè)環(huán)節(jié)之間能夠平衡的發(fā)展，無縫連接。為了能夠?qū)AD技術(shù)充分的利用，同時(shí)不會使得CAD顯得十分繁瑣，企業(yè)應(yīng)該積極投入力量進(jìn)行CAD產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在未來社會，CAD技術(shù)會得到更加全面的發(fā)展，隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)會逐漸被取代。1.2.2虛擬裝配技術(shù)虛擬裝配技術(shù)目前的發(fā)展水平還有限，還不能夠滿足現(xiàn)在的需求，未來的虛擬技術(shù)會得到很大的發(fā)展，主要面向以下的幾個(gè)方面。1將CAD的接口標(biāo)準(zhǔn)化，將現(xiàn)在的CAD主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，主要輸為了能夠同現(xiàn)在的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對接，這樣就能夠?qū)⑻摂M系統(tǒng)同CAD盡心無縫連接，將CAD的信息傳送給系統(tǒng)。2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬裝配是進(jìn)行工件的加工的不可缺少的環(huán)節(jié)，進(jìn)行工件的裝配包括了很多的環(huán)節(jié)，其中有工藝設(shè)計(jì)，校驗(yàn)等等環(huán)節(jié)，在眾多環(huán)節(jié)中，都需要工作人員進(jìn)行參與，網(wǎng)絡(luò)虛擬裝配的存在就是為了給這些工作準(zhǔn)備裝配的環(huán)境3體統(tǒng)框架需要面對大多數(shù)的使用接口 虛擬系統(tǒng)的開發(fā)是應(yīng)用到虛擬環(huán)境的，這些環(huán)境包括現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)庫，以及實(shí)現(xiàn)用戶交互的用戶界面等等方式，虛擬系統(tǒng)需要進(jìn)行同用戶進(jìn)行互相的信息交換，來彼此進(jìn)行了解，最終進(jìn)行整套系統(tǒng)的完善開發(fā)最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行。4檢驗(yàn)分析裝配質(zhì)量。在進(jìn)行虛擬裝配的過程中，能夠利用相關(guān)的技術(shù)來進(jìn)行零件的擺放位置，零件的尺寸等等是否符合要求，裝配工藝是否能夠滿足最終的需求能夠通過裝配路徑的分析，以及通過仿真評估等等方式來進(jìn)行判定，這樣做的目的是為了最終設(shè)計(jì)產(chǎn)品，生產(chǎn)產(chǎn)品，提供可以參考的意見和建議，在之后的生產(chǎn)過程中加以改進(jìn)1.2.3 PDM技術(shù)研究現(xiàn)狀管理技術(shù)：也稱作PDM技術(shù)，這種技術(shù)的產(chǎn)生是有一定的背景的，在現(xiàn)在社會，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，目前大部分企業(yè)渴望能夠減低自己的管理成本，來實(shí)現(xiàn)企業(yè)的盈利。PDM技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下的四個(gè)階段，第一階段，1980年之后，管理的對象上還很單一，只有圖紙文檔等等一些簡單的文件。在80年代末期，管理對象開始逐漸多元化，工程更改單以及材料清單的加入使管理對象開始逐漸多元化，這一階段的發(fā)展促進(jìn)了PDM的發(fā)展，PDM的價(jià)值開始逐漸顯示出來。緊接著，第三階段開始出現(xiàn)，在之后的20年，PDM開始著手實(shí)現(xiàn)功能的標(biāo)準(zhǔn)化以及交互界面的標(biāo)準(zhǔn)化，這一舉措使得各大PDM系統(tǒng)開發(fā)商從中看到了希望，對這項(xiàng)技術(shù)開始投入更多的關(guān)注，這一階段是PDM生長的催化劑，直接促進(jìn)了其發(fā)展。在2000之后到現(xiàn)在這些年的時(shí)間里，是PDM發(fā)展的最后一階段，也就是第四階段，這樣一階段的PDM開始與現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，主要的領(lǐng)域挪到了web技術(shù)和分布式的開發(fā)等等的研究方面，Teamcenter是一款管理軟件，這款軟件是目前市面上利用最多的一款管理軟件，是由西門子公司開發(fā)。這款軟件的主要功能是進(jìn)行產(chǎn)品的生命周期管理。實(shí)現(xiàn)生命周期管理主要依靠兩方面的功能。其一對產(chǎn)品的生命周一進(jìn)行統(tǒng)一化管理的方式，其二，對不同的行業(yè)，管理系統(tǒng)進(jìn)行即開即用的方式。Teamcenter的管理方式促進(jìn)了產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，加快了產(chǎn)品面世的時(shí)間，這就能夠允許企業(yè)擁有更多的時(shí)間進(jìn)行相關(guān)工作，為企業(yè)占領(lǐng)跟多的市場份額，獲得更多的利潤。保障了企業(yè)能夠?qū)⒏偁幷哌h(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在身后，其他企業(yè)想要加入市場是一件十分困難的事情，因?yàn)槟菍⑹且患M(fèi)時(shí)費(fèi)力同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)十分大的決定。Teamcenter的管理方式能夠滿足大部分的功能，企業(yè)科技進(jìn)行重復(fù)利用，這樣在某些方面節(jié)約了企業(yè)的成本1.3論文主要研究內(nèi)容及方法1.3.1研究的主要內(nèi)容本文主要的研究對象是夾具，在研究中，主要面臨的是實(shí)際工作中的夾具，對加工中心類別的夾具進(jìn)行建模，在建模的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行裝配的仿真。這一系列的工作都是建立在PDM軟件的基礎(chǔ)之上，用PDM進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理工作，這樣，能夠最終將理論用于實(shí)現(xiàn)咋航天行業(yè)的零件制造方面，為航空航天行業(yè)的零件制造和評價(jià)提供有力的理論依據(jù)。我們主要進(jìn)行以下幾個(gè)方向的研究1主要針對加工中心一類夾具，進(jìn)行三維建模2對具體的夾具進(jìn)行三維裝配。3運(yùn)用Ansys來進(jìn)行夾具在夾緊時(shí)的工件變形分析4最終實(shí)現(xiàn)加工中心中的夾具的集中管理1.3.2研究方案 研究路線 Nx建模NX是CA公司推出的一款軟件，這款軟件將CAD/CAM/CAE三種方式集成于一體，這款軟件是一款三維參數(shù)化軟件，目前這款軟件在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括像是日用消費(fèi)品，在交通方面，在機(jī)械方面，以及在電子方面等等方面都有大規(guī)模的應(yīng)用。雖然沒有曲面造型的約束加工中心夾具用起來比較方便，但是在裝配環(huán)節(jié)，對設(shè)計(jì)的尺寸以及安裝過程中的定位要求較高，同傳統(tǒng)的安裝工件方式不同，在進(jìn)行草圖的構(gòu)思階段，NX就開始進(jìn)行嚴(yán)格的約束，這樣能夠保障建模參數(shù)的穩(wěn)定性。減少在建模過程中的大部分失誤，保障參數(shù)關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性，在NX中，還有一項(xiàng)比較實(shí)用的功能，就是分類圖層功能，這項(xiàng)功能發(fā)揮著非常重要的作用，能夠保障建模草圖參數(shù)和裝配過程有效化管理同時(shí)實(shí)現(xiàn)2）三維可視化裝配三維建模擁有自己的優(yōu)勢，三維建模產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)會比少，并且裝配方便，所以我們咋你這個(gè)階段依然采用的是三維建模，我們要咋裝配之前進(jìn)行各個(gè)夾具和元件的精確建模，保證在裝配環(huán)節(jié)能夠順利的完成，對于不同的夾具，我們要進(jìn)行歸類擺放，這樣能夠在想用時(shí)能夠及時(shí)找到，最后，我們根據(jù)各自夾具的特點(diǎn)調(diào)整裝配順序完成裝配，這里采用的裝配方式有很多，可以采用自頂向下，或者自底向上的方式，當(dāng)然也可以采用混和裝配的裝配方式。3）裝配動畫及裝夾仿真夾具的主要任務(wù)是進(jìn)行工件的加緊，夾具能否滿足要求，質(zhì)量是否合格，主要是根據(jù)夾具對元件的加緊程度，夾具與夾件之間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等等來進(jìn)行評估。我們在接下來的環(huán)節(jié)中進(jìn)行對夾具的三維模型進(jìn)行裝配仿真，在進(jìn)行真正的運(yùn)用之前，需要進(jìn)行運(yùn)動仿真，我們分別用不同方式的里作用于夾件，來模擬在實(shí)際中的運(yùn)動，這樣做能夠很快檢測出三維模型設(shè)計(jì)的合理性，以及夾具的可裝配性。4）裝夾工件變形分析目前的生產(chǎn)方式大多是工序集中性，這樣的生產(chǎn)方式能夠保障生產(chǎn)效率十分的高。但是這種生產(chǎn)方式會帶來一些附加的問題。我們進(jìn)行工件的加工過程中，通常會在一次夾緊之后完成對工件的所有加工操作，這樣，就要求我們進(jìn)行工件夾緊時(shí)要一次完成，直至加工工件完成之后，不會發(fā)生工件松動的情況。考慮到加工車間的工時(shí)昂貴，以及加工的切削力很大等等特點(diǎn)，現(xiàn)在我們就采用動力夾緊的方式進(jìn)行工件的加緊工作，目前的大多數(shù)加工中心能夠滿足動力夾緊的要求，這種方式相對于人工夾緊來說能夠節(jié)省夾緊時(shí)間，加緊力度較大，不容易松動。同時(shí)這種夾緊方式便于進(jìn)行控制。我們在氣壓以及動涯夾緊的情況下進(jìn)行變形分析，分析夾件的變形程度，為最終的實(shí)現(xiàn)裝夾提供可靠數(shù)據(jù)來源。5）PDM數(shù)據(jù)管理PDM是近年來比較流行的數(shù)據(jù)管理手段，目前的PDM軟件能夠管理大部分的有用數(shù)據(jù)，西門子公司開發(fā)的Teamcenter是目前比較流行的一款軟件，這款軟件能夠滿足大部分的用戶需求，在處理問題的寬度和廣度上都是非常好的。從NX文件的導(dǎo)入，到中間進(jìn)行的重用庫，以及高級搜索，一直到文件的輸出等等眾多環(huán)節(jié)，又能夠在NX管理模塊中得到實(shí)現(xiàn)。1.3.3采用的技術(shù)平臺現(xiàn)在主流的技術(shù)平臺主要有以下幾種。Teamcenter、Ansys12.0、Unigraphics NX5.0三維設(shè)計(jì)軟件這三款。1.4論文章節(jié)安排本文主要從六個(gè)主要部分入手，來進(jìn)行論述。第一部分，這一部分主要交代寫作的背景和意義，論述了本篇論文研究意義，論述了我研究的課題對于現(xiàn)在的社會的作用，強(qiáng)調(diào)了夾具在目前生產(chǎn)中的作用，對課題的研究方向進(jìn)行規(guī)劃，闡述課題的重點(diǎn)研究對象，以及本文涉及的技術(shù)的未來發(fā)展方向。在本章最后，歸納了研究的主要方式方法，以及對文章進(jìn)行總體的安排第二部分主要對PDM技術(shù)進(jìn)行介紹，簡述了PDM技術(shù)的現(xiàn)狀，闡述了PDM的基本原理，同時(shí)也對未來的PDM技術(shù)進(jìn)行分析預(yù)測。同時(shí)也提出了目前的PDM技術(shù)存在的缺陷和產(chǎn)生缺陷的原因。最后舉出具體例子來闡述PDM工作原理和內(nèi)容。第三章主要是進(jìn)行夾具的分析。在這部分，我們選取了具體的加工中心夾具進(jìn)行具體分析，從多個(gè)方面對夾具進(jìn)行介紹和分析，我們選取了具體的夾具進(jìn)行仿真模，對仿真夾具進(jìn)行三維仿真裝配，而且我們不僅僅停留在理論上，還具體的進(jìn)行實(shí)踐，采用干涉分析，裝配序列動畫生成，以及可視化注釋等等方式方法來進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。來為我們的論文提供有力的證據(jù)第4章 主要是介紹加工中心。針對具體的工件，我們運(yùn)用所學(xué)的靜力學(xué)知識，用analyze所謂分析手段，針對加工中心中的元件的受力情況進(jìn)行分析，來得到我們想要的數(shù)據(jù)。第5章 。在進(jìn)行了前四章的基礎(chǔ)上，我們得到了大量的數(shù)據(jù)，為本章節(jié)提供了大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，我們通過利用Teamcenter、NX5.0的集成方法、數(shù)據(jù)交換的模型等等方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，最終為我們進(jìn)行管理提供有效的依據(jù)。第6章 對本文進(jìn)行總結(jié)，支出本文的不足，展望未來的發(fā)展方向。2 PDM同加劇管理的結(jié)合在本章，我們主要針對PDM進(jìn)行分析，介紹PDM平臺的構(gòu)成，應(yīng)用具體實(shí)例來闡述PDM的工作過程和原理2.1 PDM簡介在當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶動了大多數(shù)企業(yè)的發(fā)展，同時(shí)制造行業(yè)也越來越成熟。CADCAM技術(shù)也被廣泛應(yīng)用。信息是技術(shù)的發(fā)展就會產(chǎn)生一系列的問題，大量的數(shù)據(jù)信息如果不能夠及時(shí)有效的進(jìn)行處理，就會造成數(shù)據(jù)的混亂，隨著PDM技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)開始注重?cái)?shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，PDM為企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理提供了一個(gè)可靠地平臺，使得企業(yè)能夠利用PDM技術(shù)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理工作，目前的PDM技術(shù)主要應(yīng)用于制造業(yè)，機(jī)械行業(yè)等等，這會為企業(yè)節(jié)省相當(dāng)可觀的一筆成本2.1.1 PDM的基本概念PDM是由production date manger縮寫而來，意思是數(shù)據(jù)管理。這項(xiàng)技術(shù)主要通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理工作，PDM的工作涉及產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)階段，是一項(xiàng)集成技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)得開發(fā)對象是廣大的制造業(yè)企業(yè)，過程、數(shù)據(jù)、資源三要素是PDM開發(fā)的根本要素。PDM針對產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)原則，首先PDM的設(shè)計(jì)是采用動態(tài)的但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是靜態(tài)的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是核心內(nèi)容，PDM會圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行資源的整合，以及信息的獲取等等活動，這是其他的同類型產(chǎn)品不能夠同PDM比擬的地方。物料、項(xiàng)目和信息管理系統(tǒng)都是靜止的管理信息系統(tǒng)，不涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體環(huán)節(jié)，只關(guān)注管理任務(wù)。但是到了動態(tài)的管理方面，就會涉及到產(chǎn)品的開發(fā)過程。PDM在這個(gè)過程中會進(jìn)行整個(gè)數(shù)據(jù)整合管理任務(wù)，力爭將每個(gè)數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)進(jìn)行完善管理，做到數(shù)據(jù)的分析，重復(fù)利用等等諸多環(huán)節(jié)。PDM會做到數(shù)據(jù)有序，信息可共享，過程可以優(yōu)化等等優(yōu)勢。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，PDM是整體的骨架，負(fù)責(zé)提供支撐，在PDM的基礎(chǔ)上，將各個(gè)功能逐漸的添加到PDM中，最后形成一套能夠滿足數(shù)據(jù)的存儲，挖掘的系統(tǒng)。如果我們從產(chǎn)品的開發(fā)來進(jìn)行觀察，就會很容易發(fā)現(xiàn)。PDM已經(jīng)幾乎能夠滿足所有要求，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和變更投產(chǎn)等等環(huán)節(jié)24。2.1.2 PDM的基本原理PDM是信息處理中心，PDM相當(dāng)于是信息的加工中心CAX信息通過信息通道匯聚到PDM中心，信息能夠在信息中心進(jìn)行加工處理，PDM利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助，最終將有用的信息進(jìn)行匯總輸出。產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)就以這些有用數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)能夠?qū)Ξa(chǎn)品的用用數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬描述，創(chuàng)造一個(gè)具有虛擬屬性的產(chǎn)品，這樣將產(chǎn)品的動態(tài)數(shù)據(jù)同靜態(tài)屬性進(jìn)行結(jié)合，就能夠搭建出整個(gè)產(chǎn)品的整體構(gòu)架。圖2.1 PDM是信息孤島的橋梁2.2 PDM的現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢2.2.1 PDM的現(xiàn)狀分析PDM技術(shù)是一項(xiàng)數(shù)據(jù)集合整理分析技術(shù)，并不是一成不變的，隨著其涉及的管理對象的不斷變化，PDM的技術(shù)形式也一直在變化，這種變換是由于PDM基于先進(jìn)的管理思想，這是持續(xù)改進(jìn)的思想，這種思想能夠保證PDM一直有新鮮的血液，跟隨著企業(yè)文化一同進(jìn)步。這樣的管理方式也能夠及時(shí)調(diào)整來適應(yīng)與企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，最終為企業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的動力雖然我國已經(jīng)開始接觸使用PDM技術(shù)，但是對于PDM系統(tǒng)的使用，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到普及的程度，只有小部分企業(yè)擁有PDM系統(tǒng)，相較國外的使用率，我們還有許多應(yīng)該做的事，首先我國的PDM系統(tǒng)使用剛剛開始，剛剛引進(jìn)技術(shù)，還沒能夠進(jìn)行自主研發(fā)，不懂相關(guān)產(chǎn)品的核心技術(shù)，目前企業(yè)只關(guān)心PDM能否為自身帶來利潤，不注重PDM技術(shù)的研究開發(fā)，這樣就會使我國對PDM的開發(fā)缺失動力其次，部分企業(yè)不能夠深入了解PDM技術(shù)，只能利用部分功能，同時(shí)，進(jìn)行PDM系統(tǒng)的搭建需要進(jìn)行大量的人力財(cái)力投資，在短時(shí)期內(nèi)投入回報(bào)比過大。一般情況下，企業(yè)想要引進(jìn)一個(gè)PDM系統(tǒng)，需要投入大約幾百萬的費(fèi)用，而且需要建設(shè)兩年左右的時(shí)間，即使建設(shè)完畢，在使用期間，根據(jù)不同的系統(tǒng)功能，也需要在繼續(xù)安插節(jié)點(diǎn)，安插節(jié)點(diǎn)所購買的設(shè)備等等也是一筆不小的投資，支付這些資金對中小企業(yè)來說是非常困難的。因此，PDM在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r還不是很好。我國的軟件行業(yè)不發(fā)達(dá)，軟件開發(fā)的水平有限，不能夠滿足用戶的要求，我國的軟件茶葉存在很多問題。同國外的軟件相比，我國的軟件大多只能在某些單一的平臺運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)跨平臺兼容，并且軟件的設(shè)計(jì)目的性強(qiáng)，一款軟件就只有幾項(xiàng)特定的功能。大多數(shù)的軟件連接特定的數(shù)據(jù)庫，不能夠兼容大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫。最后，目前的軟件大多不能夠?qū)⒂脩羰褂玫南到y(tǒng)進(jìn)行封裝，開放性非常低。由于我國的PDM引進(jìn)量比較少，所以還沒有能夠擁有大量的專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開發(fā)，PDM本身是一套先進(jìn)的管理系統(tǒng)，這就要求操作人員的專業(yè)水平比較高，基于PDM的開放性和動態(tài)變化性的特點(diǎn)，PDM相關(guān)工作人員要有較強(qiáng)的專業(yè)水平，但是目前我國還沒有這樣能夠滿足需求的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，這在一定程度上阻礙了我國的PDM發(fā)展進(jìn)程2.2.2 PDM的發(fā)展動向隨著各項(xiàng)技術(shù)的逐步發(fā)展，根據(jù)企業(yè)的多樣化的需求，PDM技術(shù)的發(fā)展顯示出了一些新的動向。1) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用。抽象性和封裝性是面向?qū)ο蟮姆椒ǖ娘@著特征，這種特點(diǎn)使其有了明確的目標(biāo)及范圍，也符合未來的發(fā)展方向，有很強(qiáng)的市場適應(yīng)性。2) 提供企業(yè)信息建模方法論。在發(fā)展的過程中，企業(yè)要求越來越高，該項(xiàng)技術(shù)需要為企業(yè)提供合適的信息建立方法論，而不單純的作為管理技術(shù)而存在。3) 基于Internet /Intranet 平臺的PDM 產(chǎn)品。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深度與廣度不斷地?cái)U(kuò)大，企業(yè)之間的商務(wù)活動將更多的里利用互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺，作為企業(yè)信息支柱的PDM，怎么樣去完善自身，以適應(yīng)這種趨勢，是目前急需解決的問題之一?；诨ヂ?lián)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的PDM產(chǎn)品將在未來的市場占領(lǐng)一席之地。4) 從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向三層結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)C/S 體系結(jié)構(gòu)見圖2.2中a圖?？蛻舳塑浖墓δ馨ㄌ幚碛?jì)算數(shù)據(jù)、顯示處理結(jié)果，兩者緊密結(jié)合使得用戶需求的任何變更，都會使整個(gè)程序重新編譯。這種方式的可維護(hù)性便降低了。三層體系結(jié)構(gòu)見圖2.2中b圖，圖中表示了系統(tǒng)把這一過程分為三個(gè)層次：最低一層是客戶端，用來描述邏輯；中層用來進(jìn)行業(yè)務(wù)處理邏輯、最高一層進(jìn)行數(shù)據(jù)存取邏輯。其中最低一層的客戶端只負(fù)責(zé)結(jié)果的顯示，細(xì)微的改動只須在此層上進(jìn)行，不會影響其他環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。三層體系結(jié)構(gòu)各個(gè)環(huán)節(jié)之間有良好的獨(dú)立性，也使得結(jié)果顯示與數(shù)據(jù)處理可以相互滲透，系統(tǒng)可維護(hù)性提高，這就必然使得PDM的開發(fā)的方向發(fā)生轉(zhuǎn)變。圖2.2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向三層結(jié)構(gòu)5)PDM系統(tǒng)的通用化與標(biāo)準(zhǔn)化。PDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化指的是管理對象的標(biāo)準(zhǔn)化和管理過程的標(biāo)準(zhǔn)化。管理對象標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)需要系統(tǒng)提供與各子系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)接口，例如封裝接口和數(shù)據(jù)接口。通用化是指PDM系統(tǒng)能在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。6) 支持并行工程的PDM系統(tǒng)框架。并行工程的定義是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程) 的系統(tǒng)方法。這說明并行工程本身就是一種先進(jìn)的管理理念，即能組織協(xié)調(diào)各方面人員，對所需要的資源進(jìn)行有效的整合。在方法理念上，PDM與并行工程有相似之處，相似之處在于實(shí)現(xiàn)信息共享。不同之處在于PDM是一種系統(tǒng)，是可以實(shí)現(xiàn)并行工程的平臺，能支持不同終端、不同地區(qū)的人對同一模型顯示。同時(shí)保證在不同終端上可以對模型進(jìn)行操作，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢的最大發(fā)揮。2.3 PDM在夾具管理方面的應(yīng)用2.3.1 應(yīng)用目標(biāo)及步驟在企業(yè)中，各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件被PDM 管理系統(tǒng)所融合，企業(yè)具體目標(biāo)的確定也同樣取決于企業(yè)自身的各項(xiàng)因素，因此對與PDM的要求千差萬別，就夾具管理方面而言，為夾具數(shù)據(jù)庫提供共享平臺和集成框架是夾具PDM化管理的應(yīng)用目標(biāo)。準(zhǔn)確的實(shí)施管理步驟是除企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際情況確定應(yīng)用目標(biāo)以外，成功運(yùn)用PDM系統(tǒng)極為重要的因素是極重要的因素，夾具的PDM化管理也不例外。PDM 實(shí)施的原則是：效益驅(qū)動，總體規(guī)劃，重點(diǎn)突出、分步實(shí)施25。夾具的PDM化管理具體的實(shí)施步驟包括8個(gè)方面，如圖 2.3所示。 圖2.3 夾具PDM化管理實(shí)施步驟2.3.2夾具PDM 化管理應(yīng)用效益PDM 系統(tǒng)對夾具的管理應(yīng)用效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）縮短新夾具產(chǎn)品的投入使用時(shí)間。PDM 系幫助設(shè)計(jì)人員通過客戶端獲得所有的信息源，極大地降低了搜索信息的時(shí)間成本，與此同時(shí)在研發(fā)過程中實(shí)施并行工程的方法，即時(shí)性地集中員工開發(fā)思想及點(diǎn)子，協(xié)調(diào)不同意見，同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程，突破地域、時(shí)域限制。2）降低夾具設(shè)計(jì)制造成本。節(jié)省了技術(shù)部門員工的工作時(shí)間，等于降低了產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)濟(jì)成本。對已有產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及模型的重利用率高，以改良代替重新設(shè)計(jì)。3）提高夾具設(shè)計(jì)制造質(zhì)量。PDM 系統(tǒng)對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)把關(guān)嚴(yán)格，且按照相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施管理，各個(gè)環(huán)節(jié)的品質(zhì)得以保障。夾具的全方面質(zhì)量提升，極大的保證了企業(yè)的加工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。夾具也同樣的作為產(chǎn)品，經(jīng)過PDM化的管理，為企業(yè)直接或間接的帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 3 加工中心夾具的裝配與仿真研究3.1機(jī)床夾具的概念及分類機(jī)床夾具的概念是：在機(jī)床上用于裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。準(zhǔn)確定位工件是其主要作用，其次在機(jī)床和刀具之間有正確的位置，不干擾加工且能使工件在某個(gè)方向夾緊固定。3.1.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展18世紀(jì)后期，由于工業(yè)革命的到來、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，夾具隨著機(jī)床問世。目前夾具已從原來的輔助工具成為現(xiàn)在門類齊全的工藝裝備。1）機(jī)床夾具的現(xiàn)狀國際工業(yè)產(chǎn)品研究協(xié)會的統(tǒng)計(jì)表明，訂單批量少，生產(chǎn)種類繁多的情況已占生產(chǎn)總數(shù)的85%左右。市場對產(chǎn)品要求的提高，使得企業(yè)對產(chǎn)品不斷的更新升級，以此來保持競爭力。然而，在機(jī)械制造業(yè)，一些中型工廠和企業(yè)中仍然習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，通常它們擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；此外，在生成多樣生產(chǎn)的企業(yè)中，34年就要更新5080%左右專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量僅為1020%左右，這兩者很不成比例。近年來，成組技術(shù)、加工中心、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的投入使用，使得夾具也必須做出相應(yīng)的調(diào)整，對夾具有了新的要求：生產(chǎn)成本上要能迅速使新產(chǎn)品投產(chǎn)，縮短準(zhǔn)備周期能；通用性上要至少運(yùn)用于一種相似工件；精度上要能滿足精密加工的夾持要求；效率上能采用液壓等為動力源的高效夾緊裝置，減輕人力勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率；標(biāo)準(zhǔn)化上能使某些常用原件遵循一套標(biāo)準(zhǔn)體系。2）機(jī)床夾具的發(fā)展方向現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展有四個(gè)主要方向：標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化。標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)化和通用化對于機(jī)床夾具是不可分割的兩個(gè)方面。我國也針對夾具制訂了國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148T225991。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，使得夾具的通用性效果增強(qiáng)，也利于商品化生產(chǎn)，利于規(guī)范設(shè)計(jì)及生產(chǎn)。精密化：機(jī)械產(chǎn)品精度要求的提高，也對夾具的精度有了更嚴(yán)格的要求。這類夾具的的結(jié)構(gòu)類型現(xiàn)在很多，如多齒盤（用于精密分度），精度可達(dá)0.1；高精度三爪自定心卡盤（用于精密車削），定心精度為5m。高效化：夾具的高效化主要表現(xiàn)在裝夾工件自動化，夾緊過程動力化，夾具轉(zhuǎn)換自動化三個(gè)方面。最終的目標(biāo)是減少工件加工輔助時(shí)間，減輕工人勞動強(qiáng)度。自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具是目前常用的高效化夾具。高效化夾具的使用效果明顯，例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，既可以保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能穩(wěn)定地夾緊，使切削速度有提高的空間。除此之外，在數(shù)控機(jī)床上，特別是在加工中心上，自動裝夾夾具和自動更換夾具設(shè)備，使數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢充分發(fā)揮。柔性化：柔性化的定義對于夾具和機(jī)床是一致的，它的含義是對象通過調(diào)整、組合等方式來適應(yīng)外部變化等因素的能力。對夾具而言，變化主要是工藝的變化，工序特征、生產(chǎn)批量、零件結(jié)構(gòu)和尺寸大小都屬于可變因素。擴(kuò)大夾具的柔性化程度，使不可拆卸結(jié)構(gòu)為可拆卸結(jié)構(gòu)，適應(yīng)多種類產(chǎn)品制造。成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具是典型的具有柔性化特征夾具的代表。3.1.2機(jī)床夾具的分類按專門化程度分類：1）通用夾具。這類夾具的元件組成部分按照一定的標(biāo)準(zhǔn)手冊生產(chǎn)制作，可以用作加工同類不同尺寸的工件，我們把這類夾具統(tǒng)稱為通用夾具。例如，車床三爪卡盤可以裝夾不同軸徑的工件。這類夾具常常在生產(chǎn)中起到機(jī)床附件的作用，適應(yīng)性廣但效率不高，不適合多種、大批量生產(chǎn)時(shí)運(yùn)用。2）專用夾具。專用夾具顧名思義是為某一工件的某道工序而專門設(shè)計(jì)的夾具。這類夾具一般結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，而且不會影響所要求的加工精度，不足之處是代價(jià)較大，時(shí)間成本和制造設(shè)計(jì)成本遠(yuǎn)大于其他夾具。此外，這類夾具再利用價(jià)值較低，夾具會隨著產(chǎn)品的下架而無法再使用，造成結(jié)構(gòu)功能可用但已報(bào)廢的情況。適用于特定產(chǎn)品，批量較大的生產(chǎn)中。 3）通用可調(diào)夾具和成組夾具。這類夾具可以根據(jù)被加工零件的需要，對夾具結(jié)構(gòu)中的部分元件進(jìn)行替換或調(diào)整。成組夾具用于相似零件的成組加工，通用可調(diào)夾具與成組夾具相比，加工對象多樣，適用范圍更廣一些。 4）組合夾具。這是由一些現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床附件元件和部件專用部件組合而成的夾具。這類夾具根據(jù)加工零件的不同而進(jìn)行不同的組裝，因此靈活多變，萬能性強(qiáng)，元件重復(fù)利用率較高，非常適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn)。 5）隨行夾具。這類夾具一般在自動線生產(chǎn)上應(yīng)用，夾具會隨著工位的轉(zhuǎn)化而移動，以完成不同工序的加工。按使用的機(jī)床分類：因?yàn)闄C(jī)床種類不同，各自工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式都存在很多不同的地方，相應(yīng)的對用于機(jī)床的夾具結(jié)構(gòu)也不同。因此按機(jī)床種類來分，夾具可分為：車、銑、鉆、鏜、磨床夾具和其他機(jī)床夾具。 按夾緊動力源分類：根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，又可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、磁力夾具等。3.2加工中心夾具特點(diǎn)及類型3.2.1加工中心夾具特點(diǎn)加工中心夾具通常具有以下特點(diǎn)：（1）加工中心具有自動換刀的功能，這一功能決定了它的刀具為懸臂式，因此在夾具上不安裝引導(dǎo)刀具的導(dǎo)向件，如鏜模套、鉆模板等；（2）為了使待加工表面充分暴露在外，要求夾具最大限度開敞，必要時(shí)可以在夾具體上銑出空洞，避開鉆夾頭、鏜桿等，避免其與夾具體發(fā)生干涉，使得可以刀具懸伸長度縮短，可以提高剛度；（3）在工件待加工面與底面相交的時(shí)，應(yīng)在夾具上設(shè)能將工件提高一定高度的等高元件，以方便進(jìn)刀，也能滿足主軸與工作臺面最小距離的要求。此外，工件夾具不得與機(jī)床的各元件相互干涉，安裝后的工件和夾具最高點(diǎn)不能影響主軸換刀操作，否則會影響效率。與通用機(jī)床相比，加工中心所用的夾具的要求要更簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、精度高，裝夾便利、快速，具有一定的柔度26。3.2.2加工中心夾具類型加工中心的普及使用，使得用于加工中心的夾具也出現(xiàn)一些分類，總體上說與機(jī)床夾具分類相似，就其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而言可以分為： 1）組合夾具。變化多、重組快，用于加工精度要求不高的情況。2）可調(diào)夾具。剛性好、功能多、配置齊全，用于多品種、中小批量生產(chǎn)。3）專用夾具。裝夾穩(wěn)定、操作便利、結(jié)構(gòu)簡單，用于工件形狀復(fù)雜加工精度要求高的情況。4）成組夾具。針對成組加工工藝，可改裝性強(qiáng)，用于加工同類多品種產(chǎn)品的情況。3.3加工中心夾具數(shù)字化裝配與仿真3.3.1加工中心夾具數(shù)字化裝配仿真的意義綜上所述，加工中心在機(jī)械加工領(lǐng)域越來越重要，加工中心機(jī)床上所用的夾具的作用也隨之?dāng)U大。加工中心夾具的快速發(fā)展使得這類夾具的分類細(xì)化，由于此類機(jī)床要求的精度較高，所以要求機(jī)床的各個(gè)部件也需要在結(jié)構(gòu)和功能上到達(dá)一定的精度，傳統(tǒng)夾具工裝設(shè)計(jì)在當(dāng)今時(shí)代不能滿足要求，數(shù)字化技術(shù)的實(shí)施，使得加工中心機(jī)床及夾具都邁向了一個(gè)新的臺階，替代傳統(tǒng)的工裝設(shè)計(jì)已是歷史的必然。數(shù)字化裝配及仿真具體能解決加工中心夾具的以下問題：1）預(yù)知加工中心夾具裝配不易發(fā)現(xiàn)的碰撞（即干涉）；2）虛擬加工進(jìn)行時(shí)的場景，排除換刀、夾具轉(zhuǎn)換時(shí)的錯誤路徑；3）可視化裝配圖準(zhǔn)確指導(dǎo)現(xiàn)場夾具拼裝；4）數(shù)字化仿真分析能得出加工中心夾具的參考夾緊力，以防夾壞工件。3.3.2數(shù)字化裝配及仿真應(yīng)用流程數(shù)字化裝配及仿真涵蓋的內(nèi)容較多，基本包括了從加工中心夾具的設(shè)計(jì)理念形成到裝配成品，其中涉及到了很多環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，科學(xué)的規(guī)劃這些環(huán)節(jié)能減少工作量，同時(shí)加工中心產(chǎn)品的生產(chǎn)流程制度。加工中心夾具的數(shù)字化裝配及仿真應(yīng)用流程如圖3.1所示。圖3.1加工中心夾具數(shù)字化裝配及仿真流程3.4加工中心夾具庫的建立本文擬對一類加工中心夾具進(jìn)行建立及PDM管理，所以加工中心夾具庫的建立是工作的第一步，也是最基礎(chǔ)、最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。模型的質(zhì)量決定著裝配的質(zhì)量，承載著數(shù)據(jù)管理的意義。1）參數(shù)化建模。整套夾具體的裝配離不開標(biāo)準(zhǔn)件的輔助及支撐。因此夾具的三維工裝設(shè)計(jì)必須有健全的標(biāo)準(zhǔn)件庫以供調(diào)用。由于標(biāo)準(zhǔn)件種類繁多，數(shù)量龐大，一種型號多個(gè)參數(shù)的前提，故采用三維參數(shù)化建模，確保標(biāo)準(zhǔn)件準(zhǔn)確性，規(guī)范性。具體步驟如下：（1）建立標(biāo)準(zhǔn)件名稱，item等。（2）創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件名片。如圖3.2所示。（3）建立種子部件。（4）創(chuàng)建部件族。 圖3.2 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件名片 部件族創(chuàng)建流程見圖3.3 圖3.3 部件族創(chuàng)建流程零件的驅(qū)動參數(shù)表達(dá)式是參數(shù)化建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，編輯表達(dá)式的方式有兩種，一種是在建模草圖及特征參數(shù)輸入時(shí)，對系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)名進(jìn)行修改自定義，如圖3.4所示；另一種是在建模之后打開參數(shù)公式編輯器進(jìn)行自定義參數(shù)名，可以增加或者修改系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)名。第二種方法雖然操作方便但是為后來的參數(shù)混淆可能性較大，參數(shù)重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，也會造成計(jì)算機(jī)的重復(fù)計(jì)算，故在進(jìn)行此環(huán)節(jié)時(shí)應(yīng)用第一種方法。標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化建模應(yīng)注意的細(xì)節(jié)：在標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化建模過程中，螺紋是出現(xiàn)頻率最高的，也是驅(qū)動部件族出錯率最高的，在做標(biāo)準(zhǔn)件內(nèi)螺紋時(shí)，必須注意符號螺紋的參數(shù)驅(qū)動，以免種子文件生成的部件族文件沒有螺紋參數(shù)或螺紋參數(shù)錯誤，造成工程人員無法有效調(diào)用該標(biāo)準(zhǔn)件。具體步驟分三步：定義螺距參數(shù)，采用手動輸參；在種子文件上創(chuàng)建孔特征及相應(yīng)的符號螺紋；將上述孔、符號螺紋公稱直徑（Minor Diameter）、攻絲尺寸（Tapped Drill Size）表達(dá)式編輯為（DD-1.0825*P）；其他照常設(shè)置，參數(shù)名稱需正確區(qū)分大小寫。圖3.4 驅(qū)動參數(shù)名稱定義在進(jìn)行完參數(shù)自定義命名和表達(dá)式的編輯之后，需要對原始驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)的輸入在格式上有一定的要求，在數(shù)據(jù)輸入的表格中，零件的型號和名稱不能重復(fù)，否則生成部件族文件會報(bào)錯。數(shù)據(jù)數(shù)入表如圖3.5所示。圖3.5 驅(qū)動原始參數(shù)輸入經(jīng)過部件族創(chuàng)建的參數(shù)化模型都經(jīng)軟件系統(tǒng)默認(rèn)存儲在文件夾Family Members里，每個(gè)部件族都一一對應(yīng)自身的部件族文件夾。在參數(shù)化設(shè)計(jì)成功之后，需要進(jìn)一步檢查種子文件中的參數(shù)表格是否保存完整，如保存完整，則該參數(shù)化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)件可以投入使用。2）標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用。在模型進(jìn)行裝配需要使用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，和裝配專用件步驟相同，選擇添加組件功能按鈕。進(jìn)入PDM數(shù)據(jù)管理界面選擇Search功能欄，在框內(nèi)輸入標(biāo)準(zhǔn)件號，選擇所需參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)件即可，如圖3.6所示。圖3.6 標(biāo)準(zhǔn)件編號表3）加工中心夾具專用件建模。在完成了標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立之后，開始對加工中心的專用件進(jìn)行建模及裝配。在進(jìn)行建模之前，對軟件環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，以方便統(tǒng)一管理。此外為了方便模型修改及草圖管理，將圖層規(guī)定為草圖層、基準(zhǔn)層、標(biāo)注層、實(shí)體層、片體層。由于NX建模技術(shù)已很成熟，在此不進(jìn)行詳細(xì)敘述。本文對實(shí)際參與生產(chǎn)的加工中心夾具建立了若干套模型，以完成本次課題。由于模型較多，在此不做展示，加工中心夾具庫中部分夾具編號見圖3.7 。下文中選出一套典型的夾具作為完成裝配及仿真分析的實(shí)例。圖3.7 部分加工中心夾具編號列表3.5 三維裝配3.5.1三維裝配的定義三維裝配一般可以這樣定義：三維裝配是指三維產(chǎn)品模型的裝配過程，是一種基于虛擬環(huán)境的裝配技術(shù)，一定環(huán)境下也叫虛擬裝配。三維裝配利用計(jì)算機(jī)工具，以模型為基礎(chǔ)進(jìn)行與裝配相關(guān)的工作，它不需要實(shí)體產(chǎn)品或零件支持，相反還可以支持實(shí)體產(chǎn)品裝配，在軟件平臺中，只需通過分析、先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖梢暬蛿?shù)據(jù)表達(dá)等手段模擬物理實(shí)驗(yàn)。三維裝配是虛擬制造的一個(gè)非常重要、關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是未來數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造中將不斷改進(jìn)的重點(diǎn)。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)二維裝配工藝中，單純的表格、文字、二維圖已經(jīng)不能全面的表達(dá)復(fù)雜的裝配工藝了。由于企業(yè)三維CAD(Computer Aided Design)軟件的普及應(yīng)用，基于三維模型的裝配技術(shù)可以很好解決這個(gè)問題27。在三維虛擬的環(huán)境下，可以進(jìn)行模型檢驗(yàn)、干涉檢查、可視化數(shù)據(jù)表達(dá)、模擬裝配過程等方法，這些方法能很好的幫助工藝設(shè)計(jì)者直觀地看到裝配的工藝及對可行性有了感官的判斷28。3.5.2三維裝配的實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)三維裝配的過程及結(jié)果，需要確定幾個(gè)方面的因素，也就是說根據(jù)不同的情況，運(yùn)用相應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)三維裝配及過程。1）選取所用軟件平臺。三維裝配技術(shù)的深化離不開軟件的支持，近年來三維設(shè)計(jì)軟件發(fā)展迅速，目前國內(nèi)外運(yùn)用廣泛的三維軟件有如下幾種：CATIA軟件：該軟件是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM一體化軟件，在CAD/CAE/CAM領(lǐng)域是不論是功能還是運(yùn)用廣泛性上都占據(jù)重要地位，廣泛應(yīng)用于高科技及傳統(tǒng)制造行業(yè)，它所擁有的集成解決方案幾乎覆蓋了所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域29。SolidWorks軟件：該軟件是生信公司推出針對機(jī)械設(shè)計(jì)，基于windows環(huán)境開發(fā)的一款軟件。該軟件的優(yōu)勢在于建模能力，有很全面的模型庫，操作簡捷方便，同時(shí)也包括結(jié)構(gòu)分析等模塊，為制造業(yè)提供解決方案30。UG（NX）軟件：這款軟件是Unigraphics Solutions公司的拳頭產(chǎn)品。該軟件在CAE方面優(yōu)勢非常明顯，在經(jīng)過升級后，開發(fā)出一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)，使得UG中優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能很好的結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實(shí)踐證明是非常有效的，且被大部分CAD/CAE軟件廠商采用。Pro/Engineer軟件：該系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司的產(chǎn)品。該公司提出的數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這個(gè)概念已普遍被認(rèn)可并且成為了當(dāng)今機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。采用該理念開發(fā)出的第三代產(chǎn)品會涉及到生產(chǎn)過程，使相關(guān)用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，即實(shí)現(xiàn)并行工程。在實(shí)際工程運(yùn)用中，可根據(jù)目標(biāo)項(xiàng)目的難易程度，需要達(dá)到的要求及工作人員對軟件的掌握程度選擇合適的三維設(shè)計(jì)軟件。本論文一方面為了和企業(yè)所用達(dá)成統(tǒng)一，另一方面因?yàn)檠芯繉ο筇卣饕?，故選用NX5.0作為軟件平臺。2）平臺相應(yīng)的裝配模式。本文采用NX5.0平臺，研究NX的裝配方式得出：NX軟件自身提供兩種裝配模式，一是多組件裝配，此裝配方式是指裝配過程中將所有零部件的模型及數(shù)據(jù)復(fù)制到裝配操作界面中，裝配中的零部件與引用的部件之間不存在關(guān)聯(lián)性。二是虛擬裝配模式，這種方式的原理是通過部件之間的裝配關(guān)系建立裝配體，它的優(yōu)點(diǎn)是裝配所需空間小，裝配速度很快，形成的裝配都是由零部件和子裝配體組成的，子裝配在高一級的裝配中作為組件被運(yùn)用。在NX 的裝配關(guān)系中有重合、對齊、同心、角度等七種配對關(guān)系，這七種裝配關(guān)系完全可以完成機(jī)械類復(fù)雜的裝配關(guān)系。虛擬裝配方式因其優(yōu)點(diǎn)在裝配工作中用到得概率比較大，幾乎在非特殊情況下都采用這種方式。多組件裝配一般在只描述零組件位置情況下采用，常采用重定位方式對部件進(jìn)行編輯，另外在進(jìn)行裝配序列動畫時(shí)也會運(yùn)用多組件裝配方式。裝配和建模是分不開的，建模是裝配的基礎(chǔ)，裝配是建模的結(jié)果和目的。在NX中，基于建模與裝配之間的緊密關(guān)系和在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)在裝配后需要優(yōu)化建模的情況，系統(tǒng)提供了三種方式，自底向上裝配和自頂向下模式、混合裝配。自底向上裝配是指從最低層的元素也就是模型逐層形成裝配，基本順序是先建立模型，接著組成子裝配，再由子裝配組成總裝配。自頂向下模式是指在裝配級中使用建模功能創(chuàng)建相關(guān)的零部件，順序是從裝配體系中的高階層向下產(chǎn)生低階層的元素模型，配合使用了UG/WAVE技術(shù)和零部件表達(dá)式技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)過程中能全盤考慮所要設(shè)計(jì)零部件的結(jié)構(gòu)及位置關(guān)系。混合裝配則是將前兩者方式交叉結(jié)合起來使用。3.5.3三維可視化裝配方法三維可視化裝配是指利用三維設(shè)計(jì)軟件（本論文采用的是NX5.0軟件）把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配工藝的信息表示出來的過程，最終以圖形表現(xiàn)，即三維可視化裝配圖。在現(xiàn)實(shí)中的裝配現(xiàn)場，工人們雖然可以從設(shè)計(jì)師的計(jì)算機(jī)終端上看到三維設(shè)計(jì)模型及裝配過程，但由于人為記憶力及理解力有限，往往不能很好地利用立體模型指導(dǎo)工裝，三維技術(shù)的直觀、形象地展現(xiàn)裝配關(guān)系這一功能發(fā)揮不了作用。三維可視化裝配圖可以使三維裝配技術(shù)最大限度的服務(wù)指導(dǎo)現(xiàn)場工人完成裝配作業(yè)，據(jù)調(diào)查與以往的文字表達(dá)方式裝配工藝相比，工人至少節(jié)約了40%的看圖和理解文字工藝規(guī)程的時(shí)間；此外還減少了人工閱讀歧義，大大提高了裝配的準(zhǔn)確率和效率31。設(shè)計(jì)三維可視化裝配圖的方法有兩種，其共同點(diǎn)是都是以三維裝配體為基礎(chǔ)，由裝配模型（包括所有專用件、標(biāo)準(zhǔn)件等）出發(fā)，對裝配圖進(jìn)行圖形處理達(dá)到裝配圖效果。不同之處在于處理圖形時(shí)所用的平臺及方法不同。1）設(shè)計(jì)KMCAPP制作工藝卡KMCAPP是由武漢開目公司研發(fā)的一款工藝卡制作軟件。在制作工藝卡之前第一步需要獲取模型的三維裝配體，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)。一是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供；二是從PDM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中下載。關(guān)于如何運(yùn)用PDM獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)將在后面的章節(jié)做具體敘述，在此不過多描述。獲取模型后，開始設(shè)計(jì)KMCAPP裝配工藝卡。具體步驟：創(chuàng)建 KMCAPP 裝配工藝卡；擬制裝配工藝路線；創(chuàng)建工序、工步卡；將NX界面的三維裝配視圖拷屏； “粘接”在作圖板上，裁掉不需要的邊框，輸出生成“*.bmp”文件；打開“*.bmp”文件，選定圖形區(qū)進(jìn)行“拷貝”；將拷貝內(nèi)容 “粘接”在在 KMCAPP 工藝簡圖界面中；在該工藝簡圖界面中調(diào)整裝配圖，找準(zhǔn)位置；在工藝?yán)L圖界面中對裝配零件的序列號及其相關(guān)裝配技術(shù)要求說明進(jìn)行標(biāo)注；依次按照的步驟，完成各個(gè)工序、工步的的視圖整合，完成三維可視化裝配圖32。2）基于PMI功能的三維裝配標(biāo)識針對數(shù)字化產(chǎn)品定義，西門子公司提供了產(chǎn)品和制造信息模塊，簡稱PMI(Product and Manufacturing Information )，此模塊是NX軟件的一項(xiàng)重要功能。隨著三維技術(shù)的發(fā)展，客戶及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)人員對這一技術(shù)提出更高的要求，PMI變得越來越重要，尤其對未來無紙化作業(yè)而言。為什么PMI如此重要，其原因有三：一是使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠?qū)θS零件或裝配表達(dá)出制造人員制造它們時(shí)所需要的全部信息。二是改變了所有流程的溝通方式，以二維圖紙的溝通轉(zhuǎn)變?yōu)槿鏄?biāo)注的三維模型。三是與合理的二維圖相結(jié)合，最準(zhǔn)確高效的傳遞產(chǎn)品和制造信息的功能得到使用客戶的完全認(rèn)同。NX5.0中PMI傳遞的信息包括零件的幾何公差信息、表面粗糙度、材料規(guī)格；裝配的裝配說明、裝配工藝信息、企業(yè)標(biāo)識等。二種方法比較：第一種方法操作簡單，著重對三維模型的圖形進(jìn)行處理，但步驟較繁瑣，只適用于簡單裝配模型；第二種方法需要全面掌握PMI知識，以處理實(shí)體模型視圖為手段來完成信息傳遞，在表達(dá)效果上較前者更勝一籌。根據(jù)本文所用三維模型復(fù)雜程度、軟件的兼容性、企業(yè)的要求、課題的任務(wù)量等因素，本文選擇第二種方法（即PMI方式）來完成模型的三維可視化裝配圖。3.5.4可視化裝配應(yīng)用方法及效果1）NX的PMI預(yù)設(shè)置。預(yù)設(shè)置界面如圖3.8所示 圖3.8 PMI設(shè)置操作注視平面：設(shè)置PMI注釋的放置默認(rèn)平面。顯示在所有視圖中：創(chuàng)建的尺寸信息是否生成在所有視圖中，勾選項(xiàng)則在生成視圖中顯示。通過有色模型顯示PMI：當(dāng)PMI被實(shí)體遮擋，PMI是否會變色顯示。視圖旋轉(zhuǎn)后更新讀取方向：當(dāng)尺寸旋轉(zhuǎn)180度后，數(shù)字是否會更新顯示。以上四種基本設(shè)置是進(jìn)行PMI標(biāo)識的第一步，根據(jù)具體情況選擇不同設(shè)置，每個(gè)設(shè)置選項(xiàng)內(nèi)容都是在實(shí)際操作中經(jīng)常遇到的，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。NX PMI用戶界面如圖3.9所示 圖3.9 用戶界面及功能圖標(biāo)2）NX PMI添加注釋用戶可以在常規(guī)的六個(gè)平面里對模型進(jìn)行標(biāo)注，也可以把任意屏幕停留視圖當(dāng)做一個(gè)平面進(jìn)行注釋，如圖3.10所示圖3.10注釋流程圖3）NX PMI添加截面視圖按照需求創(chuàng)建盡可能多的橫截面視圖，查看裝配部件之間是如何交互的。添加截面效果見圖3.11圖3.11 添加截面視圖4）NX的PMI布局添加因?yàn)镻MI標(biāo)注反應(yīng)模型某一個(gè)平面的說明信息，對于稍復(fù)雜的裝配或零件模型單個(gè)視圖不能把全部信息表示出來，所以通過布局將模型多個(gè)方位的信息表達(dá)出來。布局添加如圖3.12所示圖3.12 添加所需布局格式5）成果展示加工中心夾具三維可視化裝