基于MBD的數(shù)字化制造技術(shù)研究

吳玉文 王 帥 趙恒

摘 要：本文以某支撐座零件加工為載體，結(jié)合MBD及其他技術(shù)，研究精密加工領(lǐng)域數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用。對工件進(jìn)行工藝分析后，利用SolidWorks MBD模塊對支撐座零件進(jìn)行三維標(biāo)注，并建立工序模型;基于支撐座零件三維制造模型完成數(shù)控編程，在機(jī)床仿真無誤后輸出NC代碼;經(jīng)過加工試驗(yàn)，驗(yàn)證三維制造模型應(yīng)用于精密制造中的可行性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化制造;三維;MBD;仿真

中圖分類號：TH164 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0031-03

Abstract： Taking the machining of a support seat part as the carrier， combined with MBD and other technical means， the application of digital manufacturing technology in the field of precision machining is studied. After the process analysis of the workpiece， the SolidWorks MBD module is used to mark the support seat parts in three dimensions， and its process model is established; Based on the three-dimensional manufacturing model of support seat parts， the NC programming is completed and the NC code is output after the machine tool simulation is correct; Through machining experiments， the feasibility of applying 3D manufacturing model to the precision manufacturing is verified.

Keywords：digital manufacturing; three dimensions; MBD; simulation

傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、檢驗(yàn)和檢測等相對獨(dú)立，產(chǎn)品開發(fā)效率低。由于三維模型和二維工程圖之間存在數(shù)據(jù)格式差異，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程存在信息定義方式各異、數(shù)據(jù)傳遞不一致、信息共享程度低等問題[1]。MBD 技術(shù)的出現(xiàn)為上述問題提供了解決方案。MBD（Model-Based Definition）即基于模型的產(chǎn)品數(shù)字化定義，具體是指將產(chǎn)品的所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中的數(shù)字化定義方法[2-3]。王洪申等[4]針對目前商用CAD軟件中MBD功能三維標(biāo)注缺乏正確性校驗(yàn)問題，研究了三維尺寸標(biāo)注與標(biāo)注有效性檢查的問題。胡之有等[5]研究了基于MBD的全三維工藝技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用，闡述了全三維工藝在機(jī)床制造過程中的應(yīng)用流程。王震宇[6]研究了基于MBD技術(shù)的三維數(shù)控設(shè)計(jì)方法，有利于解決采煤機(jī)搖臂殼體生產(chǎn)中設(shè)計(jì)部門與制造部門信息傳遞不完整以及對設(shè)計(jì)意圖理解不完整等問題。上述幾篇文章中，研究了MBD技術(shù)在制造中的應(yīng)用，在精密加工領(lǐng)域數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

基于此，本文以某支撐座零件的加工為載體，結(jié)合MBD及其他技術(shù)手段，研究了在精密加工領(lǐng)域數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用。

1 三維標(biāo)注與模型生成

1.1 案例工藝分析

通過圖1工件圖紙首先確定工件材質(zhì)為6061鋁，其包圍盒尺寸即工件三尺寸為54 mm*44 mm*20 mm，尺寸公差為工T7級，主要加工元素包含平面、直側(cè)面、臺階、沉孔、通孔、槽。反（下）面加工時用臺鉗裝夾毛坯側(cè)面，加工底面特征及工件外形側(cè)壁，正（頂）面加工時將工件繞X軸翻轉(zhuǎn)180°，用臺鉗夾持下面加工過的外形側(cè)壁，加工頂面。

1.2 三維標(biāo)注

傳統(tǒng)制造通常是“三維設(shè)計(jì)+二維工藝”，沒有充分發(fā)揮三維模型的優(yōu)勢，工藝員要把大量的時間用于工藝材料的整理。而三維工藝的發(fā)展，使工藝員可以將更多的精力用于工藝的創(chuàng)新，這與三維標(biāo)注技術(shù)密不可分。三維標(biāo)注通過將設(shè)計(jì)信息、制造信息展示在三維模型上，從而形成三維制造模型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)“無紙化”，代替了傳統(tǒng)二維工程圖紙。

筆者利用SolidWorks MBD實(shí)現(xiàn)支撐座零件的三維標(biāo)注，如圖2所示。在三維標(biāo)注時，可以標(biāo)注基本尺寸、尺寸公差、形位公差等信息。

1.3 三維制造模型生成

圖3為支撐座零件兩側(cè)凹槽加工工序模型。圖中可以查看該工序要加工部分的位置、工序內(nèi)容、所用刀具、設(shè)備等工藝信息。

2 數(shù)控編程及應(yīng)用

2.1 數(shù)控編程

導(dǎo)入igs格式的三維“支撐座模型”和“臺鉗模型”文件工件，其裝夾方案如圖4所示。選擇機(jī)床型號后，根據(jù)前述工藝設(shè)計(jì)，建立刀具表，要體現(xiàn)加工用到的每把刀具的刀具形狀、刀柄型號、刀具裝夾長度等信息，如圖5所示。創(chuàng)建幾何體，即確定工件、毛坯和夾具，并將創(chuàng)建好的幾何體安裝于機(jī)床上。值得注意的是，筆者建立了兩個幾何體，分別是正面幾何體和反面幾何體，用于翻面加工。

編輯加工路徑時，分成反面、正面兩個路徑組，每個路徑組涵蓋該朝向下能加工的所有特征加工路徑，如圖6所示。在加工環(huán)境下，可以進(jìn)行線框模擬和機(jī)床模擬，進(jìn)行過切檢查、碰撞檢查等，如圖7所示。檢查無誤后，輸出刀具路徑即NC程序。

2.2 實(shí)操過程

進(jìn)行三軸機(jī)床加工前的準(zhǔn)備，在工作臺上安裝臺鉗，并進(jìn)行打表;裝夾毛坯;暖機(jī)操作;四點(diǎn)分中，確定工件坐標(biāo)系XY;刀具裝入刀庫，并進(jìn)行標(biāo)定和對刀操作確定工件坐標(biāo)系Z。

導(dǎo)入反面加工程序，并進(jìn)行檢查和編譯。試切加工，確認(rèn)沒有問題后，程控加工。翻面裝夾后，同上所述。檢查加工完成的工件是否符合要求，如有問題，采取措施修補(bǔ);若無問題，拆卸工件，過程見圖8。

3 結(jié)語

以某支撐座零件的加工為載體，結(jié)合MBD及其他技術(shù)手段，研究了在精密加工領(lǐng)域數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用。得出了以下結(jié)論：

①M(fèi)BD技術(shù)可以幫助工程人員建立實(shí)用的三維制造模型;

②自動編程、機(jī)床仿真等數(shù)字化制造技術(shù)，可以提高機(jī)械加工的效率和精度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 辛宇鵬.面向三維數(shù)字化制造的機(jī)加工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2015.

[2] 胡保華，聞立波，楊根軍，等.基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2011（22）：81-85.

[3] 范玉青.基于模型定義技術(shù)及其實(shí)施[J].航空制造技術(shù)，2012（6）：42-47.

[4] 王洪申，王道俊.產(chǎn)品MBD數(shù)據(jù)集三維標(biāo)注的自動校驗(yàn)與實(shí)現(xiàn)[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021（2）：48-53.

[5] 胡之有，馬偉.基于MBD的全三維工藝技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2021（1）：100-103.

[5] 張衛(wèi)國，權(quán)龍，程珩，等.基于真實(shí)載荷的挖掘機(jī)工作裝置瞬態(tài)動力學(xué)分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011（12）：144-149.

[6] 王震宇.基于MBD的搖臂殼體三維數(shù)控工藝設(shè)計(jì)方法研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2020.