航空發(fā)動機零件加工裝夾過程可視化文件生成*

（南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院，南京 210016）

航空發(fā)動機零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁件多且加工精度要求高等特點，因此對航空發(fā)動機零件提出了更高的加工要求[1-3]。目前航空發(fā)動機制造企業(yè)中，加工人員往往依據(jù)工藝規(guī)程文件進行零件加工裝夾，對于復(fù)雜零件的加工，該工作方式尤其具有表達不直觀，難以理解的問題，常會導(dǎo)致零件加工裝夾過程中工件和夾具錯裝漏裝現(xiàn)象的發(fā)生，極大影響了加工的效率和準確性。

本文針對目前航空企業(yè)零件加工裝夾過程所遇到的問題，提出一種航空發(fā)動機零件加工裝夾過程可視化文件生成方法。首先對PDF進行二次開發(fā)生成零件加工裝夾過程可視化文件模板；其次基于Tecnomatix（Tecnomatix是西門子公司提供的一套數(shù)字化制造的解決方案）二次開發(fā)技術(shù)，開發(fā)出零件加工工藝信息生成模塊，生成XML格式的加工工藝信息，并將UG生成的三維模型文件導(dǎo)入到Tecnomatix，生成零件加工裝夾過程動畫；然后將零件加工裝夾過程動畫及零件加工工藝信息導(dǎo)入到可視化模板文件中生成零件加工裝夾可視化指導(dǎo)文件。最后以某航空發(fā)動機機匣加工為例，驗證此方法的可行性。

1 零件加工裝夾過程可視化文件生成流程

零件加工裝夾是工藝規(guī)劃的下游環(huán)節(jié)，零件加工裝夾過程可視化文件生成主要包括零件加工裝夾過程可視化模板文件的定制、零件加工工藝信息文件的生成、零件加工裝夾過程動畫的生成、可視化文件生成與發(fā)布4個模塊組成。圖1為零件加工裝夾過程可視化文件生成流程示意圖。

圖1 零件加工裝夾過程可視化文件生成流程示意圖Fig.1 Flow chart of the generation of part processing clamping process visualization document

（1）零件加工裝夾過程可視化模板文件的定制：零件加工裝夾過程可視化模板文件是對零件加工裝夾信息的集中展示平臺，實現(xiàn)二維信息與三維裝夾動畫的實時關(guān)聯(lián)響應(yīng)，不同企業(yè)對可視化模板的內(nèi)容和布局要求不盡相同，針對不同企業(yè)，可以開發(fā)定制相應(yīng)的零件加工裝夾過程可視化模板文件。

（2）零件加工工藝信息文件的生成：工藝規(guī)程文件，包含所有零件加工的工序內(nèi)容，將工序內(nèi)容解析為XML（Extensible Markup Language）文件，通過研究提取零件加工工藝信息文件解析組成XML文檔，導(dǎo)入到可視化模板文件中。

（3）零件加工裝夾過程動畫的生成：將三維零件加工裝夾模型，導(dǎo)入到虛擬仿真平臺，對三維零件加工裝夾進行裝夾序列和路徑的規(guī)劃，并運用人機工程檢測裝夾操作工具的可達性，生成符合裝夾要求的零件加工裝夾過程動畫。

（4）可視化文件生成與發(fā)布：生成可視化文件，并發(fā)布帶有三維模型的零件加工裝夾過程可視化文件供操作人員使用。

2 零件加工裝夾過程可視化模板文件定制

零件加工裝夾過程可視化模板文件可以結(jié)合企業(yè)需求進行定制，可展示Tecnomatix制作的裝夾過程動畫和基于XML的零件加工工藝信息，并實現(xiàn)二維裝夾信息和三維裝夾動畫的實時響應(yīng)。Adobe Acrobat提供了二次開發(fā)的Javascript接口函數(shù)，利于對PDF文件進行開發(fā)。如圖2（a）所示為零件加工裝夾過程可視化模板的結(jié)構(gòu)示意圖，11個展示區(qū)域展示了零件加工裝夾的具體操作以及相關(guān)零件屬性信息。圖2（b）為零件加工裝夾過程可視化模板布局，顯示了零件加工裝夾過程可視化文件各個區(qū)域的具體位置。

圖2 零件加工裝夾過程可視化模板Fig.2 Visualization template of part processing clamping process

3 零件加工工藝信息文件生成

零件加工工藝信息包括企業(yè)單位名稱、零件號、工序名稱以及工序號等。本文基于Tecnomatix二次開發(fā)了零件加工工藝信息生成模塊，從工藝規(guī)程相關(guān)信息提取解析成XML文檔并導(dǎo)入到零件加工裝夾過程可視化模板中。

Tecnomatix二次開發(fā)是基于VS2008平臺、以C#為開發(fā)語言，將相關(guān)功能函數(shù)編譯成DLL文件，并集成到Tecnomatix中完成對零件加工工藝信息模塊的開發(fā)，具體包含以下關(guān)鍵技術(shù)[4-6]：

（1）環(huán)境配置：用C#語言開發(fā)應(yīng)用程序，須引用Tecnomatix.Engineering.dll文件，以調(diào)取相關(guān)函數(shù)及接口。

（2）模塊的程序設(shè)計：將本課題組已經(jīng)研究完成的相關(guān)函數(shù)嵌入到程序中。

（3）DLL應(yīng)用程序的生成：將編寫好的程序編譯生成DLL文件，并拷貝在DotNetCommands文件夾下。

（4）應(yīng)用程序的注冊：運行Tecnomatix/empower下CommandReg.exe，選擇對應(yīng)的.DLL文件完成注冊。

（5）快捷鍵的定制：打開Tecnomatix，進入客戶端定制界面完成快捷鍵定制。

圖3為從工藝規(guī)程中根據(jù)零件加工需要提取之后的零件加工藝信息XML文檔。

圖3 零件加工工藝信息實例XML文檔Fig.3 XML document of parts processing information

4 零件加工裝夾過程動畫生成

Tecnomatix中的Process Designer模塊可以對零件加工裝夾進行工序設(shè)計，Process Simulation模塊可以對零件加工裝夾進行路徑規(guī)劃。

本文基于Tecnomatix的Process Designer和Process Simulation兩個模塊提出了一種裝夾過程動畫生成過程，如圖4所示。

4.1 裝夾物料清單管理

將UG生成的夾具裝夾零組件以及相關(guān)工裝工具等.JT輕量化模型導(dǎo)入Process Designer模塊，對夾具零組件物料清單表順序以及名稱等進行初步調(diào)整。

4.2 裝夾序列規(guī)劃

針對某航空發(fā)動機機匣加工裝夾裝配體（圖 5（a）），在Process Designer模塊上控制零部件的顯隱性，按照航空發(fā)動機零件加工裝夾序列規(guī)劃要求，得到如圖5（b）的機匣加工裝夾順序[7-8]。

按照裝夾順序構(gòu)建裝夾工步序列，針對每一個裝夾工步確定相應(yīng)工裝、工裝工具以及工時，得到Pert圖（圖5（c）），為后續(xù)裝夾路徑規(guī)劃提供依據(jù)。

4.3 裝夾路徑規(guī)劃

圖4 裝夾過程動畫生成過程Fig.4 Generation of clamping process simulation animation

裝夾路徑規(guī)劃是基于虛擬現(xiàn)實條件下對夾具零件移動和旋轉(zhuǎn)的運動軌跡進行記錄的過程，避免裝夾過程中零件和工裝工具在路徑上的干涉碰撞，同時通過干涉情況分析也可對裝夾順序進行優(yōu)化[9-10]。

圖6為基于Process Simulation平臺對某航空發(fā)動機機匣加工裝夾的路徑規(guī)劃示意圖。

圖5 裝夾序列規(guī)劃實例Fig.5 Example of clamping process design

圖6 零件加工裝夾路徑規(guī)劃Fig.6 Path planning of part processing clamping

5 可視化文件生成與發(fā)布

在Tecnomatix軟件平臺上配置PDF插件，選擇打開相應(yīng)的零件加工裝夾過程可視化模板文件，然后將虛擬裝夾過程動畫及相關(guān)零件加工工藝信息導(dǎo)入到該模板文件中，最終把生成的3D PDF文件發(fā)布給零件加工人員。

6 實例驗證

本文以航空發(fā)動機機匣加工為例，將利用上述方法生成的機匣加工工藝信息和機匣加工裝夾過程動畫導(dǎo)入到可視化模板文件中，生成零件加工裝夾可視化指導(dǎo)文件，可實現(xiàn)二維信息和三維動畫信息的關(guān)聯(lián)響應(yīng)，如圖7所示，在表單區(qū)域單擊某一行會執(zhí)行右側(cè)模型動畫的一步操作，并在下方的指導(dǎo)信息框中顯示裝夾步驟文字指導(dǎo)信息以及注意事項，輕量化模型區(qū)域可對三維模型進行縮放、旋轉(zhuǎn)、渲染，播放控件區(qū)域可對動畫的步驟進行控制。

圖7 零件加工裝夾可視化文件實例Fig.7 Example of part processing clamping visualization document

7 結(jié)束語

目前航空發(fā)動機制造企業(yè)加工人員往往依據(jù)工藝規(guī)程信息來指導(dǎo)零件加工裝夾，為了便于加工人員準確、快速、高效地完成航空發(fā)動機零件加工裝夾，本文基于三維模型，提出了一種航空發(fā)動機零件加工裝夾過程可視化文件生成方法，目前已經(jīng)在企業(yè)中得到應(yīng)用，提高了航空發(fā)動機零件加工裝夾的效率和準確性。

參 考 文 獻

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