機械設(shè)計中制造功能的實現(xiàn)

楊振強

(齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 緒論

機械工程中的協(xié)同機械設(shè)計是指機械工程或機械產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計。機械協(xié)同設(shè)計是一個過程，來自不同學(xué)科的參與者分享他們對機械產(chǎn)品設(shè)計過程和內(nèi)容的知識?？紤]使用共享的思維模型來促進參與者之間的共享理解，這對于協(xié)作機械設(shè)計至關(guān)重要[1]。從設(shè)計的角度出發(fā)，提出了共享設(shè)計思維模型(SDMM)作為共享思維模型的核心組成部分，它利用了協(xié)同設(shè)計的設(shè)計原理，設(shè)計思維過程模型已經(jīng)被提出來代表SDMM。

傳統(tǒng)CAD/CAM系統(tǒng)創(chuàng)建的模型主要包含低級幾何信息，盡管這可能適合設(shè)計工程師，但產(chǎn)品開發(fā)周期中的所有其他專家都需要解釋幾何模型，因為該模型不包含較為直接的信息。因此，為了讓模型創(chuàng)建過程自動化，就需要功能識別系統(tǒng)。但是，功能識別非常容易出錯。為了消除此問題，可以使用較高抽象級別的要素來構(gòu)建設(shè)計。

現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)的確為使用特征提供了一定程度的支持，但是這些特征是基于幾何的，因此與制造過程沒有直接聯(lián)系。盡管可以產(chǎn)生特征的制造過程可能與特征幾何相關(guān)，但僅幾何還不夠。其他參數(shù)，例如產(chǎn)量，材料，公差和表面光潔度，對工藝選擇有重要影響。因此，重要的是在設(shè)計的構(gòu)造中使用的功能確實包括與制造相關(guān)的信息。

基于特征的設(shè)計最重要的方面之一是可以將“制造設(shè)計”(DFM)原理整合到模型的構(gòu)建塊中。但是，也許可以中找到最全面的針對制造設(shè)計的規(guī)則和準(zhǔn)則集合。盡管這些準(zhǔn)則中的許多準(zhǔn)則早已為工程師所熟知，但很少包含在CAD模型中[2]。

多年來，已經(jīng)進行了許多有價值的嘗試來創(chuàng)建基于功能的設(shè)計系統(tǒng)。其中一些涉及特征識別，即從已經(jīng)可用的CAD模型中提取特征。其他人則使用特征本身來構(gòu)建模型。但是，商業(yè)CAD/CAM系統(tǒng)仍未包含完整的制造特征。這項研究的目的是創(chuàng)建一個軟件系統(tǒng)，使商用CAD/CAM系統(tǒng)能夠使用制造特征來創(chuàng)建機械設(shè)計。

2 系統(tǒng)描述

機械設(shè)計是加工的第一步，也是重要的零件加工。好的機械設(shè)計不僅可以提高機械產(chǎn)品的性能，而且可以保證機械質(zhì)量。機械加工與機械制造相互依存，相輔相成。討論了現(xiàn)代機械設(shè)計的基本原理的發(fā)展方向，探討了早期的機械設(shè)計、程序設(shè)計、技術(shù)設(shè)計以及機械設(shè)計技術(shù)中的機械設(shè)計，然后簡要介紹了機械后處理技術(shù)。

這項研究的基本思想是開發(fā)一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許從與制造過程相關(guān)的實體構(gòu)造零件。例如，所設(shè)計的零件就由幾個制造功能組成。對于設(shè)計工程師而言，這可能是違反直覺的，因為他們的主要關(guān)注點是零件的功能，而不是生產(chǎn)零件的過程。但是，如果在設(shè)計階段考慮制造，則可以消除昂貴的制造過程。

支持基于特征的設(shè)計的商業(yè)CAD/CAM系統(tǒng)會根據(jù)其幾何形狀對特征進行分類，即使在許多情況下，也會使用制造方面的術(shù)語。然而，在提出的系統(tǒng)中，基于幾何和制造過程的組合層次特征分類被開發(fā)出來。分類器的分層性質(zhì)使其更簡單易管理。它還使將DFM和設(shè)計功能(DF)規(guī)則應(yīng)用于功能變得更加容易。

現(xiàn)有數(shù)千種DFM和DF準(zhǔn)則。除非將它們組織成分層結(jié)構(gòu)，否則將它們應(yīng)用到復(fù)雜的特征庫將是非常困難的任務(wù)。在這項研究中，層次結(jié)構(gòu)規(guī)則/準(zhǔn)則是使用繼承原則實現(xiàn)的：更通用的規(guī)則應(yīng)用于要素層次結(jié)構(gòu)的更高級別。子功能從其父級繼承規(guī)則，并且在層次結(jié)構(gòu)的較低級別添加了更具體的規(guī)則。

當(dāng)從功能庫中選擇一個特征并與現(xiàn)有模型相關(guān)時，系統(tǒng)將確保特征幾何與其功能一致，即不違反設(shè)計功能(DF)規(guī)則，它還確保應(yīng)用DFM指南。

為了簡化尺寸標(biāo)注，可以使用模板定義參數(shù)化的幾何形狀。如果某個功能違反DF或DFM準(zhǔn)則，則將其突出顯示并生成警告消息。盡管設(shè)計人員可以忽略建議的解決方案，但這意味著設(shè)計可能會在以后階段引起制造問題。

使用Pro/Toolkit開發(fā)了基于功能的設(shè)計軟件(包括圖形用戶界面)作為Pro/Engineer的擴展。

3 結(jié)果與討論

為了評估所開發(fā)系統(tǒng)的功能，創(chuàng)建了多個測試部件。其中之一是塊狀部件。創(chuàng)建特征的順序與零件的正常制造順序相對應(yīng)。在很多情況下，這對于設(shè)計工程師來說似乎有些局限，尤其是如果他們在制造工程方面的專業(yè)知識不全面的話。

還設(shè)計了用于插入功能之一(“通過T形槽”功能)的菜單系統(tǒng)。分層功能組織使您可以輕松快速地找到任何功能。一旦選定了特征并與零件中的現(xiàn)有特征相關(guān)，就會出現(xiàn)列出特征的信息面板。

所開發(fā)的系統(tǒng)還可以應(yīng)用于未使用制造特征構(gòu)成的設(shè)計(無需實現(xiàn)制造特征庫)。在這種情況下，通過將功能庫系統(tǒng)的DFM和DF規(guī)則應(yīng)用于提取的特征來評估零件的可制造性。然后，系統(tǒng)創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)文件，列出的違反DFM或DF規(guī)則的功能并突出顯示它們。

一旦設(shè)計完成，它將同時包含幾何和制造信息。在產(chǎn)品開發(fā)的相對早期階段考慮制造有助于實現(xiàn)更理想的成本分配功能。但是，必須說設(shè)計師可能會自然而然地拒絕使用基于制造特征的設(shè)計系統(tǒng)，因為這將迫使他們在制造方面進行思考，在某些情況下甚至可能會限制他們的選擇。

4 結(jié)語

制造功能提供了一種自然的方式來集成產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計和制造階段，開發(fā)的系統(tǒng)擴展了現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)的功能，它確保設(shè)計僅包含不與功能和制造規(guī)則相抵觸的功能，從而減少了不必要的制造成本。