基于Creo的三維機(jī)加工工序模型構(gòu)建方法研究

1、團(tuán)|二-謔右匚葉工工匕退i卜吐新烏就基于Creo的三維機(jī)加工工序模型構(gòu)建方法研究作者：暫無來源：智能制造2014年第8期基于三維模型的機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)是當(dāng)前制造領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文在分析三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，結(jié)合Creo2.0軟件平臺(tái)，對(duì)三維機(jī)加工工序模型構(gòu)建技術(shù)進(jìn)行了研究。撰文/西安航天動(dòng)力測(cè)控技術(shù)研究所姜夏一、弓丨言傳統(tǒng)機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)以工程圖為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入，通過二維CAPP（ComputerAidedProcessPlanning，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)）系統(tǒng)完成工藝簡(jiǎn)圖繪制及工藝設(shè)計(jì)，最后打印生成紙質(zhì)工藝文件，與工程圖一起在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。工藝文件作為連接工藝規(guī)劃和一線生產(chǎn)制造之間

2、的信息載體，是一線工作人員的工作指導(dǎo)，具有十分重要的地位。隨著MBD（Model-BasedDefinition,基于模型定義）技術(shù)的發(fā)展和深入應(yīng)用，在三維環(huán)境下開展工藝設(shè)計(jì)已成為發(fā)展趨勢(shì)。MBD是一個(gè)用集成的三維模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法，在設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)、銷售和維修等全生命周期中的每個(gè)階段被賦予本階段的相關(guān)數(shù)據(jù)，能很好地實(shí)現(xiàn)繼承和共享，也能按照需求進(jìn)行分類管理和顯示。按照MBD技術(shù)的思想及要求，工序模型將取代傳統(tǒng)二維工藝紙質(zhì)載體，作為生產(chǎn)制造的唯一信息載體，對(duì)三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的實(shí)施有重要影響。目前主流CAD軟件廠商已實(shí)現(xiàn)在軟件產(chǎn)品中集成特征構(gòu)建、信息三維標(biāo)注等功能，為在三維

3、環(huán)境下開展工藝設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。Creo2.0是PTC公司推出的CAD/CAM/CAE軟件，與Pro/ENGINEER相比在柔性建模、三維標(biāo)注等方面的功能和操作性都得到了較大幅度提升。本文以Creo2.0為軟件平臺(tái)，分析三維機(jī)加工工序模型構(gòu)建的技術(shù)途徑。二、三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景描述目前，設(shè)計(jì)階段的全三維化已基本普及，而工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)仍以二維為主，以三維模型作為設(shè)計(jì)端向下游發(fā)放唯一數(shù)據(jù)載體的趨勢(shì)越來越明顯。傳統(tǒng)二維工藝設(shè)計(jì)方法與上游三維數(shù)據(jù)脫節(jié)，信息提取和轉(zhuǎn)換需依靠手工完成，無法有效保證數(shù)據(jù)一致性和完整性，存在著很多問題，例如無法有效利用設(shè)計(jì)模型信息、數(shù)據(jù)共享困難、設(shè)計(jì)知識(shí)獲取和管理混亂等，與

4、上游的全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和下游的先進(jìn)制造工藝及裝備不相適應(yīng)，逐漸成為技術(shù)發(fā)展的瓶頸。I*會(huì)略.A.三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景如圖1所示，工藝設(shè)計(jì)師接收設(shè)計(jì)任務(wù)，登陸PDM系統(tǒng)下載零件MBD設(shè)計(jì)模型，作為機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的輸入，進(jìn)而開展工藝設(shè)計(jì)。三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)主要包括工藝規(guī)程規(guī)劃、工序模型建模、制造資源制定、數(shù)控程序設(shè)計(jì)等工作，其中工藝規(guī)程規(guī)劃用于確定零件的加工路線；工序模型建模是指構(gòu)建面向制造各工序?qū)?yīng)的三維模型；制造資源指定用于明確加工過程各工序涉及到的各種制造資源，如機(jī)床、刀具、工裝及輔料等；數(shù)控程序設(shè)計(jì)是指根據(jù)加工需要，基于工序模型設(shè)計(jì)數(shù)控程序，并進(jìn)行必要的切削加工仿真和驗(yàn)證。工藝設(shè)計(jì)完

5、成后，進(jìn)行必要的模型檢查，將機(jī)加工工藝數(shù)據(jù)檢入PDM系統(tǒng)，并發(fā)起工藝簽審流程。信息化部門完成簽審后工藝數(shù)據(jù)的歸檔，并向制造部門發(fā)放輕量化工藝數(shù)據(jù)。制造部門根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)排產(chǎn)需求，將對(duì)應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)推送到車間顯示終端，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)加工。其中，工序模型建模是三維機(jī)加工實(shí)施的核心問題。工序模型是用三維手段表現(xiàn)工序加工結(jié)果并承載機(jī)加工工藝信息的模型，表達(dá)了各工序加工后的三維狀態(tài)和加工約束，不僅能直觀地表達(dá)加工結(jié)果，還可以為工藝分析、數(shù)控程序設(shè)計(jì)、加工結(jié)果檢測(cè)提供數(shù)據(jù)來源，其準(zhǔn)確、快速的構(gòu)建直接影響到三維機(jī)加工工藝實(shí)施的效率與效果，是三維工藝的關(guān)鍵問題之一。三、工序模型建模實(shí)施技術(shù)途徑目前，工序模型創(chuàng)建一般

6、包括修訂式和創(chuàng)成式兩種方式。修訂式的建模方式就是利用機(jī)加工前后工序模型的相似性，通過繼承、布爾運(yùn)算和參數(shù)修改等方式創(chuàng)建。而創(chuàng)成式的建模方法即是通過三維建模軟件來構(gòu)建，主要針對(duì)某些復(fù)雜型面通過簡(jiǎn)單的繼承、移除和參數(shù)修改等操作很難實(shí)現(xiàn)，或者是不能滿足精度要求等情況，但工作量大。機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的輸入是零件MBD設(shè)計(jì)模型，附帶大量的設(shè)計(jì)信息，如材料、圖號(hào)、技術(shù)要求、尺寸及公差等。采用創(chuàng)成式建模方法創(chuàng)建工序模型時(shí)，需要從MBD設(shè)計(jì)模型中繼承上述信息，存在信息錄入、重復(fù)標(biāo)注及建模工作量大等問題，尤其對(duì)于某些復(fù)雜機(jī)加工零件，加工特征數(shù)量多，存在大量標(biāo)注信息，工藝設(shè)計(jì)師需要重復(fù)標(biāo)注。采用修訂式建模方法創(chuàng)建工序

7、模型，需要基于MBD設(shè)計(jì)模型通過“增材料”方式生成工序模型，對(duì)MBD設(shè)計(jì)模型的建模方式要求較高，尤其對(duì)于某些采用增材料和減材料混合方式建模的零件模型，通過繼承、布爾運(yùn)算和參數(shù)修改等方式創(chuàng)建工序模型的工作量往往也難以承受。Creo2.0軟件的柔性建模模塊可在繼承設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行特征快速編輯，使采用修訂式快速構(gòu)建工序模型成為可能。在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合Creo2.0軟件平臺(tái)，提出了機(jī)加工工序模型建模實(shí)施方法及步驟，如圖2所示。毛坯模型創(chuàng)建繼承MBD設(shè)計(jì)模型創(chuàng)建毛坯模型，利用柔性建模技術(shù)將繼承的設(shè)計(jì)模型快速變?yōu)槊髂Ｐ?。工序模型?chuàng)建考慮到機(jī)加工工序之間的漸進(jìn)特點(diǎn)，即前后兩工序?qū)?yīng)的工序模型之間

8、存在相似性，工序模型應(yīng)從前一個(gè)工序模型繼承或復(fù)制，并通過柔性建模技術(shù)將繼承的模型快速變?yōu)楸竟ば驅(qū)?yīng)的工序模型。各工序模型采用裝配管理的方式進(jìn)行管理，形成零件工藝模型(后綴為asm)。注釋信息編輯完成模型特征快速構(gòu)建后，還需要對(duì)注釋信息進(jìn)行編輯。注釋信息編輯主要是隱藏部分繼承注釋信息及添加工藝注釋，用以表達(dá)制造要求。工藝注釋一般可分為尺寸標(biāo)注、形位公差標(biāo)注、工裝符號(hào)標(biāo)注和加工特征標(biāo)注。尺寸標(biāo)注和形位公差標(biāo)注的附加對(duì)象為三維工序模型上的幾何對(duì)象。工裝符號(hào)用以表達(dá)加工過程中工裝的使用方法及其與工件之間的位置關(guān)系。加工特征標(biāo)注用于更加直觀地表達(dá)如加工面、加工基準(zhǔn)等工藝特征。4保存并檢入將經(jīng)過模型檢查的

9、工序模型保存并檢入到PDM系統(tǒng)，建立零件工藝模型與MBD設(shè)計(jì)模型、工序模型與工藝規(guī)程的工序工步節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。四、機(jī)加工工序模型建模示例下面結(jié)合某零件實(shí)例，介紹Creo2.0平臺(tái)下三維機(jī)加工工序模型建模實(shí)施過程。圖3為某擋板類機(jī)加零件，材料為鋁板，毛坯為方料，結(jié)合三維標(biāo)注技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于模型的設(shè)計(jì)信息表達(dá)及標(biāo)注信息的分層管理。分析該零件的工藝性，確定加工工藝為：備料一粗銑一線切割f鉗f精銑f檢驗(yàn)f鋁氧化f檢驗(yàn)，采用上述技術(shù)建立所有的三維機(jī)加工工序模型，如圖4所示。毛坯模型和工序模型采用裝配建模方式進(jìn)行管理，工序模型在繼承上一工序模型的基礎(chǔ)上，利用Creo2.0柔性建模模塊快速生成對(duì)應(yīng)特征，并進(jìn)行注釋信息編輯，包括隱藏部分繼承注釋信息及添加工藝注釋。同時(shí)，由于工序模型與上一工序模型的繼承性(毛坯模型繼承設(shè)計(jì)模型創(chuàng)建生成)，當(dāng)發(fā)生變更時(shí)，可通過更新繼承的方式進(jìn)行部分特征和尺寸的繼承變更。圖4(a)所示為毛坯模型和工序模型的管理示意，圖4(b)為更新繼承示意，圖4(c)所示為毛坯模型，圖4(d)為線切割工序?qū)?yīng)的工序模型，圖4(e)為精銑工序?qū)?yīng)的工序模型。五、結(jié)語傳統(tǒng)二維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)存在很多問題，例如二維工序圖繪制繁瑣且易產(chǎn)生歧義，無法為后期的加工檢測(cè)與公