復(fù)雜殼體MBD數(shù)字模型輕量化工程應(yīng)用研究

吳澤剛+陳紅霞

摘 要：航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)正在推進(jìn)MBD技術(shù)的應(yīng)用，其中工藝系統(tǒng)面臨數(shù)據(jù)量過大，無法高效發(fā)揮MBD技術(shù)優(yōu)勢等問題，嚴(yán)重影響了MBD技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的推廣進(jìn)程。此課題主要針對輕量化模型在工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用開展研究，解決三維實(shí)體模型占用存儲空間過大，工藝系統(tǒng)平臺（PDM）處理數(shù)據(jù)慢等問題，實(shí)現(xiàn)MBD技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)工藝系統(tǒng)的應(yīng)用的同時，充分發(fā)揮它的技術(shù)優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：MBD技術(shù)；輕量化模型；CAM編程技術(shù)；CMM離線編程；數(shù)控加工仿真

1 概述

MBD（Model Based Definition），即基于模型的定義，是一種用三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法，它規(guī)定了三維實(shí)體模型中產(chǎn)品尺寸、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法。

MBM（Model Based Manufacturer），即基于模型的制造，是應(yīng)用MBD數(shù)字模型開展工藝設(shè)計、加工和仿真的技術(shù)，主要包括：三維工藝規(guī)程的編制、基于三維模型的數(shù)控程序編制、數(shù)控加工模擬仿真及基于三維模型的三坐標(biāo)離線編程檢測等方面內(nèi)容。

航空發(fā)動機(jī)基于模型的制造目前存在的問題之一是數(shù)據(jù)量大，服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)響應(yīng)遲緩。

2 研究目的

輕量化模型是根據(jù)工程應(yīng)用需要，通過文件格式的轉(zhuǎn)換，減小全信息設(shè)計三維模型的信息量，輕量化后的模型在幾何精度上能夠保證相應(yīng)工程應(yīng)用的使用要求。

本課題將通過多種復(fù)雜殼體典型零件進(jìn)行輕量化工程應(yīng)用試驗(yàn)。通過試驗(yàn)來驗(yàn)證輕量化模型在三維工藝規(guī)程編制、基于模型的數(shù)控編程、基于模型的加工仿真、基于模型的三坐標(biāo)測量編程等工程應(yīng)用的可行性。

3 研究內(nèi)容

輕量化模型采用的格式有：JT、Iges、Stl及Step等格式，是通過UG軟件將精確模型進(jìn)行輕量化轉(zhuǎn)換之后得到的文件格式，具有以下特點(diǎn)。

表1 輕量化模型文件格式的特點(diǎn)

本課題選擇的復(fù)雜殼體典型零件來源于發(fā)動機(jī)附件機(jī)匣、滑油泵殼體及齒輪箱殼體。此類零件的特點(diǎn)是空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建模特征繁多、數(shù)據(jù)量大，從而輕量化程度顯著。

表2 精確模型與輕量化模型對比

基于模型的制造主要環(huán)節(jié)包括：三維工藝規(guī)程編制、基于模型的數(shù)控編程、基于模型的加工仿真及基于模型的三坐標(biāo)測量等。

模型輕量化的方法就是將來源于UG軟件平臺的精確模型轉(zhuǎn)化成適用于以上制造環(huán)節(jié)所需的三維模型，在轉(zhuǎn)化的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)模型數(shù)據(jù)量的減小，從而完成設(shè)計模型的輕量化。在輕量化過程中需要保證制造環(huán)節(jié)中所使用的三維模型精度要求。

3.1 輕量化模型在工藝規(guī)程編制中的應(yīng)用驗(yàn)證

試驗(yàn)選取了滑油泵殼體典型零件，將NX精確模型文件轉(zhuǎn)換成JT輕量化模型文件，進(jìn)行工藝規(guī)程編制驗(yàn)證工作，能夠滿足工藝規(guī)程的編制要求。

表3 輕量化模型與精確模型三維工藝編制對照

3.2 輕量化模型在數(shù)控編程中的應(yīng)用驗(yàn)證

試驗(yàn)首先將精確模型的Part（.prt）文件轉(zhuǎn)化成輕量化模型的Par

aSolid（.x_t）文件，在UG NX7.5中直接打開ParaSolid（.x_t）模型文件，進(jìn)入CAM編程加工環(huán)境，完成數(shù)控程序的編制，數(shù)控程序編制如圖1所示。

通過CAM編程試驗(yàn)驗(yàn)證，輕量化模型能夠?qū)崿F(xiàn)在UGNX7.5中的數(shù)控程序編制，生成的NC代碼能夠滿足控制系統(tǒng)的可讀性要求。

3.3 輕量化模型在數(shù)控加工模擬仿真中的應(yīng)用驗(yàn)證

經(jīng)過長期試驗(yàn)驗(yàn)證，STL（.stl）文件格式輕量化模型更適合用于VERICUT軟件中的加工模擬仿真使用。要求輕量化模型采用二進(jìn)制類型輸出，三角公差與相鄰公差不大于0.08。通過數(shù)控加工模擬仿真試驗(yàn)驗(yàn)證，輕量化模型（.stl）文件能夠用于VERICUT軟件的加工仿真使用，能夠滿足仿真軟件的可讀性及運(yùn)算穩(wěn)定性要求。

3.4 輕量化模型在三坐標(biāo)離線編程中的應(yīng)用驗(yàn)證

本課題采用PI（PowerINSPECT）測量軟件進(jìn)行輕量化模型應(yīng)用性的試驗(yàn)驗(yàn)證。選取了多種典型件的精確模型進(jìn)行輕量化處理，得到的輕量化模型用于PI軟件進(jìn)行測量程序編制。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，輕量化模型能夠完成PI中的模型處理、離線編程及編譯程序過程，并實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)測量機(jī)的自動化測量。如圖2。

4 結(jié)束語

本課題針對輕量化模型在基于模型制造的四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的應(yīng)用開展試驗(yàn)研究，結(jié)論如下：

（1）輕量化模型能夠解決基于模型制造中精確模型數(shù)據(jù)量大的問題。

（2）輕量化模型能夠滿足基于模型制造關(guān)鍵環(huán)節(jié)的使用要求。

（3）根據(jù)應(yīng)用要求，應(yīng)適當(dāng)控制輕量化模型的精度。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇春.數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：168-208.

[2]Dimensional Measuring Interface Standard.ISO 2003-All rights reserved

[3]PC-DMIS 3.5 Chinese Reference Manual

作者簡介：吳澤剛（1984-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向：航空制造技術(shù)。