三維環(huán)境下的機加工工藝設(shè)計實施與應(yīng)用

譚 川，賈興作

（SEW-工業(yè)減速機（天津）有限公司，天津 300457）

1 三維環(huán)境下的機加工工藝設(shè)計的特征

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

三維機加工工藝設(shè)計顯而易見的是通過三維軟件進行數(shù)據(jù)的標注和應(yīng)用，因此，在建模和標注尺寸過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)所有信息都建立和體現(xiàn)在三維模型上。對于產(chǎn)品的加工信息，現(xiàn)場工作人員能夠直觀的通過三維模型進行了解和提取，立體化的數(shù)據(jù)模式能夠直接在施工過程中進行數(shù)據(jù)的應(yīng)用，相較于二位圖紙更為便捷同時提升可準確性[1]。

1.2 工藝流程透明可見

一般來說，三維機加工工藝設(shè)計，會完成工序流程導(dǎo)圖的模擬和建立，完成的工藝流程會通過各個工序間的需求結(jié)果，形成一個相互間的配套結(jié)合。通過流程導(dǎo)圖的建立，可以對機加工產(chǎn)品、加工工藝流程以及加工所需材料都進行同步的統(tǒng)計和整理。整個工藝流程都是透明和清晰的，工作人員在實際完成工藝流程時，只需要通過導(dǎo)圖的指引就可以對各個工序模型以及加工程序進行了解和進一步操作[2]。

1.3 數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一穩(wěn)定

二維機加工工藝設(shè)計的圖紙等信息數(shù)據(jù)載體，極易出現(xiàn)由于加工對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)計及后續(xù)工作的延時和重復(fù)，重則可能造成企業(yè)的經(jīng)濟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加工設(shè)計的安全性和穩(wěn)定性，并且能夠統(tǒng)一的進行數(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

三維機加工工藝設(shè)計只需要通過計算機軟件，就可以進行三維工序模型的輸出。并且輸出形式為可視化的標準文件，操作便捷且輕松易施行。這是三維機加工工藝設(shè)計所具有的信息化功能之一，不僅是數(shù)據(jù)的設(shè)計方更便捷，對于使用三維模型數(shù)據(jù)的工作人員來說，只需要讀取文件，就可以完成數(shù)據(jù)的傳輸，同樣實現(xiàn)了便捷輕松的工作效果。

1.5 數(shù)據(jù)管理擁有規(guī)范化平臺

相較于二維信息數(shù)據(jù)的保存和傳輸管理形式，三維機加工工藝設(shè)計所采用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是能夠統(tǒng)一實現(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。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)計工具和施工工具的制造方面都能夠?qū)崿F(xiàn)平臺的統(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)的信息化和自動化，不需要人工額外的數(shù)據(jù)對接，減少了人工數(shù)據(jù)管理的差異性。

2 三維環(huán)境下的機加工工藝設(shè)計的實施路徑

2.1 數(shù)據(jù)接收設(shè)計

三維機加工工藝設(shè)計的數(shù)據(jù)接收過程，是通過三維標注的設(shè)計零部件為數(shù)據(jù)輸入端口，打通設(shè)計與工藝數(shù)據(jù)鏈，從而建立立體三維模型和模型數(shù)據(jù)標注，進而完成工藝流程的設(shè)計、工裝設(shè)計直接利用設(shè)計模型的設(shè)計。這個過程在三維環(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、更準確。

2.2 構(gòu)建參考模型

參考模型是機加工工藝設(shè)計的具體參照，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)計模型無法完全滿足后期加工的要求，同時也是為了便于后續(xù)模型關(guān)聯(lián)管理，因此進行的設(shè)計模型尺寸變型設(shè)計，進而生成合并構(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基礎(chǔ)毛坯模型，其主要是依據(jù)參考模型進行進一步的設(shè)計構(gòu)建，最終能夠作為機加工工藝設(shè)計依據(jù)和施工參照。通過三維加工工藝設(shè)計可以完成工件模型的方形和圓柱形毛坯模型模板，同時模板具有高度的三維立體化功能和可編輯性。對已經(jīng)構(gòu)建好的工件模板，還可以進一步的進行二次開發(fā)，調(diào)用典型毛坯模板動態(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，就可以完成加工過程中的工藝特征確定。這個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，進行三維模型的必要特征編輯。簡單的說，就是三維模型的特征點，通過加工順序，可以一次的確定出三維模型上的多個工藝特征[3]。

2.5 數(shù)據(jù)信息傳遞

三維機加工工藝設(shè)計的數(shù)據(jù)傳遞，是其重要的功能。三維機加工工藝設(shè)計需要在模型建立過程中完成其工藝信息的表達，從而進行數(shù)據(jù)的傳遞。其表達工藝信息的過程，要注意信息的規(guī)范標識，采用整個加工過程的統(tǒng)一標識和方法，完成后期的應(yīng)用推廣和施工進展。信息可以以屬性方式隱含在三維模型中，這樣后續(xù)使用只需通過數(shù)據(jù)調(diào)用就可以完成信息的獲取?；蛘呖梢酝ㄟ^三維標注直觀的標識整個三維模型的各項工藝信息。一般來說，工藝信息標注的過程，沒有明確的規(guī)定何種方式來進行，因此，可采用屬性方式和標識方式并行而進行工藝信息的標注，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，是整個三維機加工工藝設(shè)計中提供設(shè)計工作順暢保證的部分，能夠完成工藝路線的順序規(guī)劃，以及確定機加工工藝的路線，構(gòu)建整個機加工工藝的結(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程的數(shù)據(jù)組織，從而進一步實現(xiàn)產(chǎn)品、工藝、資源的有效組合。這個過程，需要進行導(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

全面完成模型以及工序的設(shè)計和輸出，是三維機加工工藝設(shè)計的最后實施路徑。這個過程需要將所有的標注數(shù)據(jù)和信息輸出成一個三維工序模型，并顯示模型的特征、各項信息以及工序特征和加工需求，最終完成一個整機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)境下的機加工工藝設(shè)計的實施應(yīng)用

三維機加工工藝設(shè)計應(yīng)用廣泛，其設(shè)計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)輸出過程，進而開展高效、便捷的工藝設(shè)計工作。

其設(shè)計工藝規(guī)程規(guī)劃可以應(yīng)用于確定零件的加工路線；設(shè)計制造資源流程設(shè)計到各種制造資源，如機床、刀具、工裝及輔料的實際規(guī)劃等；數(shù)控程序設(shè)計能夠根據(jù)加工需要，基于工序模型設(shè)計數(shù)控程序從而明確加工過程各工序；工藝設(shè)計完成后，還可根據(jù)三維數(shù)據(jù)信息，進行必要的模型數(shù)據(jù)檢查和二次開發(fā)；對應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)推送到車間顯示終端；可以指導(dǎo)現(xiàn)場加工。

工序模型建模是三維機加工實施的核心問題，各工序三維建模加工后呈現(xiàn)的三維狀態(tài)和進行的加工約束，不僅能夠直觀標注和顯示加工結(jié)果，還可以為工藝分析、數(shù)控程序設(shè)計、加工結(jié)果檢測等后續(xù)過程提供有效和便捷的數(shù)據(jù)來源。三維機加工工藝設(shè)計能夠影響三維機加工工藝實施的效率與效果，是重要的機加工設(shè)計應(yīng)用。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)的絕大多數(shù)機加工工藝設(shè)計仍然采用傳統(tǒng)的二維工藝設(shè)計技術(shù)，而在國外，已經(jīng)有大型的航天、汽車等制造企業(yè)實現(xiàn)了基于三維模型的設(shè)計施工技術(shù)使用。這就意味著，在我國的航天、汽車等復(fù)雜精密的制造領(lǐng)域，已經(jīng)落后于國際先進的生產(chǎn)設(shè)計水平。我國企業(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)計需求，往往存在獲取、管理和分享技術(shù)信息的困難，無法完成有效的技術(shù)交流，對于產(chǎn)品制造參數(shù)和設(shè)計參數(shù)的一致性難以保證。由此可見，能夠?qū)⒅圃旒庸ぜ夹g(shù)與現(xiàn)代的三維設(shè)計技術(shù)相結(jié)合的三維建模標注設(shè)計技術(shù)具有更高的適應(yīng)性，具有更為先進的特性。