面向三維數(shù)字化制造的機加工藝設計與優(yōu)化技術研究

樊燕

摘 要：三維數(shù)字化制作技術，是以三維建模為基礎設計工程圖，并將工程圖用于機械加工的一種技術。本文簡要闡述了三維數(shù)字化制造體系的構成情況，對系統(tǒng)各層面的功能進行了分析，并強調了對機加工藝進行優(yōu)化設計的重要性。基于此，重點從系統(tǒng)結構、系統(tǒng)功能等方面，探討了工藝的優(yōu)化方法。通過案例分析，證實了優(yōu)化后的工藝的應用效果。

關鍵詞：三維數(shù)字化制造；機加工藝；優(yōu)化設計

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0190-01

前 言

隨著信息化及自動化技術的不斷發(fā)展，社會對機械加工工藝水平的要求顯著提升。為提高機械加工質量，有關領域將三維數(shù)字化制造技術，應用到了機加工藝中。將機械的二維圖紙，轉變?yōu)榱巳S模型，極大的提高了機械加工過程的可視化水平，使得機加工藝及技術，得到了優(yōu)化。為使我國機加行業(yè)的生產力能夠得到持續(xù)性的提高，對工藝的優(yōu)化方法加以研究較為必要。

1 三維數(shù)字化制造體系的構成

機械加工行業(yè)的三維數(shù)字化制造體系，共由信息管理層、應用層、方法層與資源層構成。其中，信息管理層的功能，在于實現(xiàn)對三維標注工具以及瀏覽工具等系統(tǒng)工具的管理[1]。應用層由應用程序及接口等構成，是確保系統(tǒng)性能正常的主要層面。方法層，又稱技術方法層，功能在于對機加工藝進行優(yōu)化，并將最優(yōu)的加工方案，以工藝指令的形式提交給有關人員，為機械加工的過程提供參考。資源層中，主要包括特征庫、設備庫等。功能在于對相應的生產設備以及資源進行存儲，以供未來應用[2]。將該體系應用到機加工藝的設計與優(yōu)化過程中，對于工藝方案合理性的提升，以及機加效率的提高，具有重要的意義。

2 面向三維數(shù)字化制造的機加工藝設計與優(yōu)化方法

本部分從優(yōu)化方案以及應用案例等方面，對面向三維數(shù)字化制造的機加工藝設計與優(yōu)化方法進行了探討：

2.1 機加工藝設計與優(yōu)化方案

2.1.1 結構設計

本系統(tǒng)的操作平臺，由硬件層以及協(xié)議層等構成。具體設計方法如下：①操作系統(tǒng)：TC/NX/UG-CAPP集成平臺。②協(xié)議層：TCP/IP以及SMTP等。③硬件層：由以太網以及客戶端等構成。④規(guī)劃器：為提高數(shù)據傳輸?shù)膶崟r性，本系統(tǒng)將規(guī)劃器模塊，納入到了TC之中。該模塊可與UG-CAPP共同發(fā)揮作用，確保數(shù)據能夠實現(xiàn)同步傳輸。

2.1.2 系統(tǒng)功能

機加工藝系統(tǒng)的功能，主要包括工藝決策與優(yōu)化、創(chuàng)建工序模型、發(fā)布三維指令等。以工序指令的發(fā)布為例，設計人員可對制圖模塊進行二次開發(fā)，在此基礎上，使指令能夠自動生成。為進一步提高系統(tǒng)性能，可采用NX與Adobe Acrobat集成開發(fā)的方式，使工藝設計方案，能夠以文件的形式體現(xiàn)。同時，以3D-PED的格式，被存儲在系統(tǒng)當中，以供發(fā)布WEB指令。

2.1.3 運行流程

系統(tǒng)的運行流程如下：①用戶登錄系統(tǒng)，查看任務表，新建工藝，選擇產品，并設計MBD模型。②根據產品的設計需求，進入至工藝界面，提取出產品的特征信息。③工藝設計完成后，利用系統(tǒng)的自動決策功能，對工藝進行優(yōu)化。④將優(yōu)化后的參數(shù)（如夾具參數(shù)及機床參數(shù)等）進行統(tǒng)一整理，使之形成三維模型，形成最終的設計方案。

2.2 優(yōu)化設計后的機加工藝的應用

2.2.1 加工案例

為評估優(yōu)化設計后的機加工藝的應用效果，本課題以雙面大框結構構件為例，對加工效果進行了評價。該構件的加工方式，主要包括鉆及磨等。由于工藝設計難度大，且對精度要求高，因此生產效率極其低下。為提高工藝水平，本課題決定將三維數(shù)字化制造技術，應用到工藝設計過程中，生成了三維工藝指令，并通過對工藝應用效果的觀察，對工藝的應用價值進行評估。

2.2.2 工藝路線

面向三維數(shù)字化制造的機加工藝流程如下：①接收工藝任務，建立構件MBD模型，將其存儲在UG-CAPP系統(tǒng)當中。②獲取工藝信息，并在選擇加工幾何型面、選擇特征類型的基礎上，提取加工特征。③根據所提取的加工特征，優(yōu)化加工鏈。根據特征的約束規(guī)則，生成工藝路線。將加工鏈與工藝路線結合，生成最終的優(yōu)化方案。

2.2.3 工序設計

面向三維數(shù)字化制造的機加工藝工序設計方法如下：①采用UG-WAVE技術，對加工工序進行幾何建模。②采用MBD技術，定義MBD模型，并在模型中，標記不同的加工面。③建立結構樹，確定工藝步驟，逐一對每一工藝步驟進行優(yōu)化設計。根據加工元對象，標識每一加工元的編碼，提高加工工序的設計水平，提高工藝水平。

2.2.4 環(huán)境配置與指令發(fā)布

虛擬的加工環(huán)境，是否與實際加工環(huán)境相同，是決定加工工藝設計方案是否能夠被應用于實踐的主要因素。本課題所應用的三維制造環(huán)境配置與指令發(fā)布方法如下：①環(huán)境配置：在TC中搭建資源分類模型，導入資源，并添加屬性信息后，既可完成對環(huán)境的配置。②指令發(fā)布：利用結構樹，生成工藝指令。借助3D-PED以及WEB網頁，將指令發(fā)布給工藝人員。

2.3 應用效果

通過對優(yōu)化前后工藝的應用效果的觀察發(fā)現(xiàn)：①與工藝優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的工藝，工序更加合理。且有效解決了部分產品及零件設計加工困難的問題，使得工藝設計的可視化程度，得到了明顯的提高，極大的提高了機械加工效率。②與工藝優(yōu)化前相比，將優(yōu)化后的工藝應用到機械加工過程中所得到的產品，在質量方面的缺陷率更低，加工質量明顯提升。

3 結 論

綜上所述，本課題借助三維數(shù)字化制造技術，對機械加工工藝進行了優(yōu)化，取得了顯著的成效。機械加工行業(yè)可根據自身的需求，將該技術應用到工藝優(yōu)化過程中。通過建立三維模型的方式，提高設計的可視化水平。在此基礎上，選出最優(yōu)的設計工藝，并將其應用到加工過程中。最終達到提高機械加工效率、提高產品及零件質量的目的。

參考文獻

[1]孔 炤，倪中華，劉曉軍.一種基于后綴數(shù)組的三維機加工藝工序間模型輕量化文件壓縮技術[J].機械制造與自動化，2016，45（04）：24～27.

[2]蔡瑞環(huán)，賈曉亮.基于CATIA與DELMIA集成的三維機加工藝設計技術研究[J].航空制造技術，2014（05）：47～51.

收稿日期：2018-3-15