三維環(huán)境下的機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)施與應(yīng)用

譚 川，賈興作

（SEW-工業(yè)減速機(jī)（天津）有限公司，天津 300457）

1 三維環(huán)境下的機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的特征

1.1 加工所應(yīng)用的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維立體化

三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)顯而易見(jiàn)的是通過(guò)三維軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)注和應(yīng)用，因此，在建模和標(biāo)注尺寸過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)所有信息都建立和體現(xiàn)在三維模型上。對(duì)于產(chǎn)品的加工信息，現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠直觀的通過(guò)三維模型進(jìn)行了解和提取，立體化的數(shù)據(jù)模式能夠直接在施工過(guò)程中進(jìn)行數(shù)據(jù)的應(yīng)用，相較于二位圖紙更為便捷同時(shí)提升可準(zhǔn)確性[1]。

1.2 工藝流程透明可見(jiàn)

一般來(lái)說(shuō)，三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)，會(huì)完成工序流程導(dǎo)圖的模擬和建立，完成的工藝流程會(huì)通過(guò)各個(gè)工序間的需求結(jié)果，形成一個(gè)相互間的配套結(jié)合。通過(guò)流程導(dǎo)圖的建立，可以對(duì)機(jī)加工產(chǎn)品、加工工藝流程以及加工所需材料都進(jìn)行同步的統(tǒng)計(jì)和整理。整個(gè)工藝流程都是透明和清晰的，工作人員在實(shí)際完成工藝流程時(shí)，只需要通過(guò)導(dǎo)圖的指引就可以對(duì)各個(gè)工序模型以及加工程序進(jìn)行了解和進(jìn)一步操作[2]。

1.3 數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一穩(wěn)定

二維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的圖紙等信息數(shù)據(jù)載體，極易出現(xiàn)由于加工對(duì)象變換而造成的信息丟失，一旦出現(xiàn)這種情況，需要重新進(jìn)行圖紙的構(gòu)建，數(shù)據(jù)信息就失去統(tǒng)一性和穩(wěn)定性，輕則造成設(shè)計(jì)及后續(xù)工作的延時(shí)和重復(fù)，重則可能造成企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失和加工工藝失誤。而三維加工模型，整體穩(wěn)定易得，并且便于對(duì)象的更替，有利于數(shù)據(jù)信息的溝通和保存。從一定程度上提升了機(jī)加工設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性，并且能夠統(tǒng)一的進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞，不出現(xiàn)保存紕漏。

1.4 輸出數(shù)據(jù)信息便捷輕松

三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)只需要通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，就可以進(jìn)行三維工序模型的輸出。并且輸出形式為可視化的標(biāo)準(zhǔn)文件，操作便捷且輕松易施行。這是三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)所具有的信息化功能之一，不僅是數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方更便捷，對(duì)于使用三維模型數(shù)據(jù)的工作人員來(lái)說(shuō)，只需要讀取文件，就可以完成數(shù)據(jù)的傳輸，同樣實(shí)現(xiàn)了便捷輕松的工作效果。

1.5 數(shù)據(jù)管理?yè)碛幸?guī)范化平臺(tái)

相較于二維信息數(shù)據(jù)的保存和傳輸管理形式，三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)所采用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是能夠統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，產(chǎn)品模型管理以及工藝流程信息管理的規(guī)范化平臺(tái)。其在產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳送方面、工藝流程的審核方面、工藝質(zhì)量的簽發(fā)方面、設(shè)計(jì)工具和施工工具的制造方面都能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理和規(guī)范化操作。并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的信息化和自動(dòng)化，不需要人工額外的數(shù)據(jù)對(duì)接，減少了人工數(shù)據(jù)管理的差異性。

2 三維環(huán)境下的機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的實(shí)施路徑

2.1 數(shù)據(jù)接收設(shè)計(jì)

三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)接收過(guò)程，是通過(guò)三維標(biāo)注的設(shè)計(jì)零部件為數(shù)據(jù)輸入端口，打通設(shè)計(jì)與工藝數(shù)據(jù)鏈，從而建立立體三維模型和模型數(shù)據(jù)標(biāo)注，進(jìn)而完成工藝流程的設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)直接利用設(shè)計(jì)模型的設(shè)計(jì)。這個(gè)過(guò)程在三維環(huán)境下，能夠?qū)崿F(xiàn)流程的完成性以及統(tǒng)一性，效率更高、更準(zhǔn)確。

2.2 構(gòu)建參考模型

參考模型是機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的具體參照，能夠完成基礎(chǔ)的模型數(shù)據(jù)供給。這是由于考慮到設(shè)計(jì)模型無(wú)法完全滿(mǎn)足后期加工的要求，同時(shí)也是為了便于后續(xù)模型關(guān)聯(lián)管理，因此進(jìn)行的設(shè)計(jì)模型尺寸變型設(shè)計(jì)，進(jìn)而生成合并構(gòu)建參考模型。

2.3 依據(jù)參考模型完成工件模型構(gòu)建

工件模型就是代表零件加工的一個(gè)基礎(chǔ)毛坯模型，其主要是依據(jù)參考模型進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)構(gòu)建，最終能夠作為機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)依據(jù)和施工參照。通過(guò)三維加工工藝設(shè)計(jì)可以完成工件模型的方形和圓柱形毛坯模型模板，同時(shí)模板具有高度的三維立體化功能和可編輯性。對(duì)已經(jīng)構(gòu)建好的工件模板，還可以進(jìn)一步的進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，調(diào)用典型毛坯模板動(dòng)態(tài)快速構(gòu)建毛坯模型。

2.4 確定工藝特征

構(gòu)建好工件模型后，同步以參考模型為基礎(chǔ)參照，就可以完成加工過(guò)程中的工藝特征確定。這個(gè)工藝特征是一種具體的模型特征體現(xiàn)，能夠完成模型上的依據(jù)構(gòu)建，進(jìn)行三維模型的必要特征編輯。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是三維模型的特征點(diǎn)，通過(guò)加工順序，可以一次的確定出三維模型上的多個(gè)工藝特征[3]。

2.5 數(shù)據(jù)信息傳遞

三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳遞，是其重要的功能。三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)需要在模型建立過(guò)程中完成其工藝信息的表達(dá)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。其表達(dá)工藝信息的過(guò)程，要注意信息的規(guī)范標(biāo)識(shí)，采用整個(gè)加工過(guò)程的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和方法，完成后期的應(yīng)用推廣和施工進(jìn)展。信息可以以屬性方式隱含在三維模型中，這樣后續(xù)使用只需通過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)用就可以完成信息的獲取。或者可以通過(guò)三維標(biāo)注直觀的標(biāo)識(shí)整個(gè)三維模型的各項(xiàng)工藝信息。一般來(lái)說(shuō)，工藝信息標(biāo)注的過(guò)程，沒(méi)有明確的規(guī)定何種方式來(lái)進(jìn)行，因此，可采用屬性方式和標(biāo)識(shí)方式并行而進(jìn)行工藝信息的標(biāo)注，完成數(shù)據(jù)傳遞。

2.6 完成工藝流程規(guī)劃

工藝流程規(guī)劃，是整個(gè)三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)中提供設(shè)計(jì)工作順暢保證的部分，能夠完成工藝路線(xiàn)的順序規(guī)劃，以及確定機(jī)加工工藝的路線(xiàn)，構(gòu)建整個(gè)機(jī)加工工藝的結(jié)構(gòu)。其能夠?qū)崿F(xiàn)各種制造資源的整合以及完成三維工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)組織，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、工藝、資源的有效組合。這個(gè)過(guò)程，需要進(jìn)行導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)的建立，將工藝流程導(dǎo)圖和工藝特征、標(biāo)注、工藝信息之間形成關(guān)聯(lián)和必要的形式結(jié)合，為之后的三維機(jī)加工模型提供數(shù)據(jù)輸出支持。

2.7 數(shù)據(jù)輸出設(shè)計(jì)

全面完成模型以及工序的設(shè)計(jì)和輸出，是三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的最后實(shí)施路徑。這個(gè)過(guò)程需要將所有的標(biāo)注數(shù)據(jù)和信息輸出成一個(gè)三維工序模型，并顯示模型的特征、各項(xiàng)信息以及工序特征和加工需求，最終完成一個(gè)整機(jī)的從毛坯到加工完成的數(shù)據(jù)整合模型，并輸出為信息化文件。

3 三維環(huán)境下的機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)的實(shí)施應(yīng)用

三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用廣泛，其設(shè)計(jì)的三維模型能夠完成數(shù)據(jù)的接受、模型建立以及數(shù)據(jù)輸出過(guò)程，進(jìn)而開(kāi)展高效、便捷的工藝設(shè)計(jì)工作。

其設(shè)計(jì)工藝規(guī)程規(guī)劃可以應(yīng)用于確定零件的加工路線(xiàn)；設(shè)計(jì)制造資源流程設(shè)計(jì)到各種制造資源，如機(jī)床、刀具、工裝及輔料的實(shí)際規(guī)劃等；數(shù)控程序設(shè)計(jì)能夠根據(jù)加工需要，基于工序模型設(shè)計(jì)數(shù)控程序從而明確加工過(guò)程各工序；工藝設(shè)計(jì)完成后，還可根據(jù)三維數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行必要的模型數(shù)據(jù)檢查和二次開(kāi)發(fā)；對(duì)應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)推送到車(chē)間顯示終端；可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)加工。

工序模型建模是三維機(jī)加工實(shí)施的核心問(wèn)題，各工序三維建模加工后呈現(xiàn)的三維狀態(tài)和進(jìn)行的加工約束，不僅能夠直觀標(biāo)注和顯示加工結(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)等后續(xù)過(guò)程提供有效和便捷的數(shù)據(jù)來(lái)源。三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)能夠影響三維機(jī)加工工藝實(shí)施的效率與效果，是重要的機(jī)加工設(shè)計(jì)應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)的絕大多數(shù)機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)仍然采用傳統(tǒng)的二維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)，而在國(guó)外，已經(jīng)有大型的航天、汽車(chē)等制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)了基于三維模型的設(shè)計(jì)施工技術(shù)使用。這就意味著，在我國(guó)的航天、汽車(chē)等復(fù)雜精密的制造領(lǐng)域，已經(jīng)落后于國(guó)際先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)水平。我國(guó)企業(yè)處于行業(yè)上游的企業(yè)，如果具有基于三維模型的包括尺寸、精度、配合和材料等方面的設(shè)計(jì)需求，往往存在獲取、管理和分享技術(shù)信息的困難，無(wú)法完成有效的技術(shù)交流，對(duì)于產(chǎn)品制造參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)的一致性難以保證。由此可見(jiàn)，能夠?qū)⒅圃旒庸ぜ夹g(shù)與現(xiàn)代的三維設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合的三維建模標(biāo)注設(shè)計(jì)技術(shù)具有更高的適應(yīng)性，具有更為先進(jìn)的特性。