基于模型的航空零件工藝的研究與應(yīng)用

◎李凡

工藝設(shè)計(jì)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的重要信息，其可為生產(chǎn)計(jì)劃的制定以及生產(chǎn)材料的采購(gòu)提供依據(jù)，也可作為生產(chǎn)調(diào)度工作開(kāi)展的重要參考數(shù)據(jù)。然而目前部分航空制造企業(yè)仍采用二維方法進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)與信息的描述，因此，本文對(duì)基于模型的航空零件工藝的研究與應(yīng)用展開(kāi)探討具有重要意義。

一、航空行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展特點(diǎn)分析

在制造領(lǐng)域中，航空國(guó)防行業(yè)是重要產(chǎn)業(yè)之一，其所應(yīng)用的制造技術(shù)較為高超，并且航空零件的制造水平是國(guó)家科技發(fā)展?fàn)顩r的重要體現(xiàn)。近年來(lái)，航空領(lǐng)域取得了穩(wěn)步的發(fā)展與進(jìn)步，然而在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、航空零件需求不斷提升的當(dāng)下，航空企業(yè)在發(fā)展中呈現(xiàn)出了生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)能難以提升以及技術(shù)工藝創(chuàng)新能力不足的問(wèn)題，并且生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，生產(chǎn)綜合性逐步提升，產(chǎn)品研發(fā)周期不斷縮短，對(duì)于產(chǎn)品的性能要求不斷提升。

二、基于模型的航空零件工藝系統(tǒng)分析

1.方案設(shè)計(jì)。

基于模型的航空零件工藝解決方案包括協(xié)同設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)獲取、工藝分工、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程及仿真、工藝卡片與報(bào)表生成、MES/ERP集成、知識(shí)及資源管理等核心功能，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝、制造的業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布流程與變更流程，并貫通設(shè)計(jì)、工藝變更的全流程管理。TCM將工藝路線以結(jié)構(gòu)樹(shù)的方式進(jìn)行管理，使數(shù)據(jù)的表達(dá)、重組、擴(kuò)展、匯總變得更加方便，可以更有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，同時(shí)為MES、ERP等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及可用性提供了保障。TC集成了NXCAD/CAE/CAM，可以在統(tǒng)一平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程與驗(yàn)證等功能。

2.系統(tǒng)功能分析。

（1）數(shù)據(jù)接收與傳送功能。

建立航空企業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化定義的成熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)成熟度等級(jí)和詳細(xì)準(zhǔn)則，通過(guò)多級(jí)成熟度審批流程發(fā)放設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。工藝部門依據(jù)預(yù)發(fā)放的三維設(shè)計(jì)模型進(jìn)行工藝分析，檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并反饋工藝審查意見(jiàn)。

（2）工藝設(shè)計(jì)功能。

在工序模型建立之前，首先要進(jìn)行工藝路線的明確，合理進(jìn)行工藝方案的合理設(shè)計(jì)與完善，以免在建模過(guò)程中進(jìn)行方案的修改。在工序模型制造時(shí)，可采用正向或逆向的方式進(jìn)行建模。如為正向建模，則可從毛壞的構(gòu)建入手，利用相應(yīng)參數(shù)并執(zhí)行相關(guān)操作即可完成建模，也可采用反向的方式，將設(shè)計(jì)模型作為起點(diǎn)進(jìn)行倒推進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工序模型的建立。具體建模時(shí)，通過(guò)NXWAVELink功能引用設(shè)計(jì)模型或其他工序模型，運(yùn)用同步建模對(duì)模型進(jìn)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(guān)聯(lián)的工序模型。

為各工序創(chuàng)建工序卡時(shí)，可在NX中選擇工序卡模板，工序卡的內(nèi)容自動(dòng)繼承零件及工序?qū)傩员?。在工序編輯界面直接調(diào)用資源庫(kù)中設(shè)備、工裝，并保存關(guān)聯(lián)關(guān)系，在圖形區(qū)插入3D工序模型、2D投影圖，或直接繪制工序圖。通過(guò)PMI功能進(jìn)行3D制造信息標(biāo)注，如工序尺寸公差、加工區(qū)域標(biāo)識(shí)、操作說(shuō)明、檢驗(yàn)要求等。在標(biāo)注時(shí)，標(biāo)注內(nèi)容與被標(biāo)注幾何體素應(yīng)當(dāng)正確關(guān)聯(lián)。如果模型復(fù)雜，無(wú)法通過(guò)一個(gè)視圖完整清晰地表達(dá)所有內(nèi)容，可定義多個(gè)視圖，進(jìn)行分視圖標(biāo)注，同時(shí)應(yīng)靈活運(yùn)用文字注釋和標(biāo)注分層功能。

鈑焊、裝配、鍛鑄、熱表及探傷等工藝以非結(jié)構(gòu)化的方式管理，即無(wú)需細(xì)化到工序，但應(yīng)支持未來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化改造。完成整套工藝后，進(jìn)行審批、發(fā)放，審批者可方便地進(jìn)行瀏覽和圈閱。

3.工藝裝備設(shè)計(jì)與管理。

對(duì)于航空制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，其工藝裝備有諸多特點(diǎn)，工藝裝備的種類豐富、技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。同時(shí)，其生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)較高，與飛機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)相比，不僅生產(chǎn)工藝的精度要求更高，并且需要更加漫長(zhǎng)的研制周期。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)工藝有著較高的要求。航空企業(yè)是否具備先進(jìn)的技術(shù)研發(fā)能力與高超的生產(chǎn)能力決定著飛機(jī)能否制造成功。

基于模型的工裝設(shè)計(jì)將標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范引入工裝設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，形成工裝設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累和重用。通過(guò)TC對(duì)與工裝設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，如典型工裝模板數(shù)據(jù)、典型設(shè)計(jì)形狀數(shù)據(jù)、工裝產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。針對(duì)模具工裝，NX提供了專業(yè)的功能模塊，包括注塑模設(shè)計(jì)、級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)、沖壓模設(shè)計(jì)、電極設(shè)計(jì)等。

4.數(shù)控編程與仿真分析。

在基于模型的工藝解決方案的基礎(chǔ)上，梳理數(shù)控加工流程，創(chuàng)建控制系統(tǒng)、機(jī)床模型、刀具、加工參數(shù)等各類資源庫(kù)。在系統(tǒng)中設(shè)置多角色并賦予相應(yīng)數(shù)據(jù)操作權(quán)限，工藝人員直接利用設(shè)計(jì)或關(guān)聯(lián)的工序模型進(jìn)行數(shù)控編程，在Vericut中仿真數(shù)控加工過(guò)程，檢查過(guò)切、欠切，防止機(jī)床碰撞及超行程等異常，分析、優(yōu)化NC程序代碼，減少實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高加工效率和精度。仿真完成后將加工仿真包導(dǎo)入TC系統(tǒng)，同時(shí)，也可直接將系統(tǒng)中的仿真項(xiàng)目包導(dǎo)出進(jìn)行加工過(guò)程的仿真。

5.產(chǎn)品生產(chǎn)檢測(cè)。

產(chǎn)品生產(chǎn)的檢測(cè)包括檢測(cè)工藝規(guī)劃和檢測(cè)執(zhí)行?；谀Ｐ偷臋z測(cè)技術(shù)將檢測(cè)信息集成在三維模型中，進(jìn)行工序檢測(cè)工藝的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了三維模型數(shù)據(jù)在工藝設(shè)計(jì)與檢測(cè)環(huán)節(jié)的重用。這些數(shù)據(jù)包括由工序尺寸、公差、幾何精度等組成的設(shè)計(jì)信息以及由檢測(cè)工藝符號(hào)和檢測(cè)技術(shù)要求等組成的檢測(cè)工藝信息。檢測(cè)的執(zhí)行是根據(jù)檢測(cè)工藝規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)測(cè)，并反饋測(cè)量結(jié)果。實(shí)際操作時(shí)可通過(guò)常用測(cè)量?jī)x器（如游標(biāo)卡尺、千分尺等）、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、影像測(cè)量設(shè)備及特殊測(cè)量設(shè)備（如粗糙度測(cè)量?jī)x）等獲得檢測(cè)結(jié)果。

結(jié)語(yǔ)：基于模型的航空零件工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制造領(lǐng)域與先進(jìn)的信息技術(shù)手段的有效融合，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全三維設(shè)計(jì)，有利于生產(chǎn)工藝的合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)工序模型的有效建立與優(yōu)化，有利于工裝設(shè)計(jì)的高效開(kāi)展，使工藝管理過(guò)程更加科學(xué)化。合理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)路線的設(shè)定，確?；谀Ｐ偷暮娇樟慵に嚁?shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的有效應(yīng)用，可促進(jìn)航空企業(yè)零件制造技術(shù)與研發(fā)能力的優(yōu)化與提升，可加快研發(fā)效率，節(jié)約研發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的整體提升。