基于模型的航空零件工藝的研究與應用

◎李凡

工藝設計中所產生的數據是產品生產制造中的重要信息，其可為生產計劃的制定以及生產材料的采購提供依據，也可作為生產調度工作開展的重要參考數據。然而目前部分航空制造企業仍采用二維方法進行相關數據與信息的描述，因此，本文對基于模型的航空零件工藝的研究與應用展開探討具有重要意義。

一、航空行業的發展現狀及發展特點分析

在制造領域中，航空國防行業是重要產業之一，其所應用的制造技術較為高超，并且航空零件的制造水平是國家科技發展狀況的重要體現。近年來，航空領域取得了穩步的發展與進步，然而在競爭日益激烈、航空零件需求不斷提升的當下，航空企業在發展中呈現出了生產效率低下、產能難以提升以及技術工藝創新能力不足的問題，并且生產規模日益擴大，生產綜合性逐步提升，產品研發周期不斷縮短，對于產品的性能要求不斷提升。

二、基于模型的航空零件工藝系統分析

1.方案設計。

基于模型的航空零件工藝解決方案包括協同設計、設計數據獲取、工藝分工、工藝設計、工裝設計、數控編程及仿真、工藝卡片與報表生成、MES/ERP集成、知識及資源管理等核心功能，實現從產品設計到工藝、制造的業務集成。TCM是基于模型的工藝解決方案中的主要功能模塊，它提供了工藝數據標準發布流程與變更流程，并貫通設計、工藝變更的全流程管理。TCM將工藝路線以結構樹的方式進行管理，使數據的表達、重組、擴展、匯總變得更加方便，可以更有效地指導生產，同時為MES、ERP等系統的數據準確性及可用性提供了保障。TC集成了NXCAD/CAE/CAM，可以在統一平臺下實現零件設計、工裝設計及數控編程與驗證等功能。

2.系統功能分析。

（1）數據接收與傳送功能。

建立航空企業產品數字化定義的成熟度評價標準，設計成熟度等級和詳細準則，通過多級成熟度審批流程發放設計數據。工藝部門依據預發放的三維設計模型進行工藝分析，檢查結構設計的合理性，并反饋工藝審查意見。

（2）工藝設計功能。

在工序模型建立之前，首先要進行工藝路線的明確，合理進行工藝方案的合理設計與完善，以免在建模過程中進行方案的修改。在工序模型制造時，可采用正向或逆向的方式進行建模。如為正向建模，則可從毛壞的構建入手，利用相應參數并執行相關操作即可完成建模，也可采用反向的方式，將設計模型作為起點進行倒推進而實現工序模型的建立。具體建模時，通過NXWAVELink功能引用設計模型或其他工序模型，運用同步建模對模型進行修改，如增減加工余量、刪除或添加孔、槽等特征，方便快捷地建立關聯的工序模型。

為各工序創建工序卡時，可在NX中選擇工序卡模板，工序卡的內容自動繼承零件及工序屬性表。在工序編輯界面直接調用資源庫中設備、工裝，并保存關聯關系，在圖形區插入3D工序模型、2D投影圖，或直接繪制工序圖。通過PMI功能進行3D制造信息標注，如工序尺寸公差、加工區域標識、操作說明、檢驗要求等。在標注時，標注內容與被標注幾何體素應當正確關聯。如果模型復雜，無法通過一個視圖完整清晰地表達所有內容，可定義多個視圖，進行分視圖標注，同時應靈活運用文字注釋和標注分層功能。

鈑焊、裝配、鍛鑄、熱表及探傷等工藝以非結構化的方式管理，即無需細化到工序，但應支持未來進行結構化改造。完成整套工藝后，進行審批、發放，審批者可方便地進行瀏覽和圈閱。

3.工藝裝備設計與管理。

對于航空制造企業來說，其工藝裝備有諸多特點，工藝裝備的種類豐富、技術涉及多個學科領域。同時，其生產工藝標準較高，與飛機產品生產相比，不僅生產工藝的精度要求更高，并且需要更加漫長的研制周期。此外，在生產過程中對生產工藝有著較高的要求。航空企業是否具備先進的技術研發能力與高超的生產能力決定著飛機能否制造成功。

基于模型的工裝設計將標準及規范引入工裝設計應用系統，采用模塊化設計理念，形成工裝設計知識和經驗的積累和重用。通過TC對與工裝設計相關數據進行統一管理，如典型工裝模板數據、典型設計形狀數據、工裝產品數據等。針對模具工裝，NX提供了專業的功能模塊，包括注塑模設計、級進模設計、沖壓模設計、電極設計等。

4.數控編程與仿真分析。

在基于模型的工藝解決方案的基礎上，梳理數控加工流程，創建控制系統、機床模型、刀具、加工參數等各類資源庫。在系統中設置多角色并賦予相應數據操作權限，工藝人員直接利用設計或關聯的工序模型進行數控編程，在Vericut中仿真數控加工過程，檢查過切、欠切，防止機床碰撞及超行程等異常，分析、優化NC程序代碼，減少實際運行風險，提高加工效率和精度。仿真完成后將加工仿真包導入TC系統，同時，也可直接將系統中的仿真項目包導出進行加工過程的仿真。

5.產品生產檢測。

產品生產的檢測包括檢測工藝規劃和檢測執行。基于模型的檢測技術將檢測信息集成在三維模型中，進行工序檢測工藝的規劃，實現了三維模型數據在工藝設計與檢測環節的重用。這些數據包括由工序尺寸、公差、幾何精度等組成的設計信息以及由檢測工藝符號和檢測技術要求等組成的檢測工藝信息。檢測的執行是根據檢測工藝規定的內容進行實測，并反饋測量結果。實際操作時可通過常用測量儀器（如游標卡尺、千分尺等）、三坐標測量儀、影像測量設備及特殊測量設備（如粗糙度測量儀）等獲得檢測結果。

結語：基于模型的航空零件工藝系統實現了制造領域與先進的信息技術手段的有效融合，該系統實現了全三維設計，有利于生產工藝的合理規劃，實現工序模型的有效建立與優化，有利于工裝設計的高效開展，使工藝管理過程更加科學化。合理進行工藝設計路線的設定，確保基于模型的航空零件工藝數字化設計技術的有效應用，可促進航空企業零件制造技術與研發能力的優化與提升，可加快研發效率，節約研發成本，實現產品生產質量的整體提升。