王貴娟、張毅、馬海波

（航天科工慣性技術(shù)有限公司，北京 100074）

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和數(shù)控設(shè)備的發(fā)展，以三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化樣機(jī)、數(shù)控加工

仿真等技術(shù)為核心的數(shù)字化技術(shù)在不同行業(yè)取得了飛躍的發(fā)展，各制造企業(yè)為提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，大批引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備，采用數(shù)字化方式進(jìn)行加工。為了將上游的全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)與下游的先進(jìn)制造工藝及裝備高效靈活地連接起來，迫切需要我們尋求一種新的工藝路線規(guī)劃、工藝規(guī)程編制以及數(shù)控程序編制的方法，達(dá)到有效地承接并傳遞數(shù)字信息。

2 三維數(shù)字化工藝概念及優(yōu)點(diǎn)

三維數(shù)字化工藝是指以三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)和技術(shù)手段，把工藝規(guī)劃、工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)、

工藝仿真與驗(yàn)證以及工藝執(zhí)行過程，以三維數(shù)字化方式表現(xiàn)的一種工藝形式。三維數(shù)字化工藝可以將工藝規(guī)程中的加工內(nèi)容、工藝裝備信息、材料信息、技術(shù)要求、工序圖等信息體現(xiàn)在三維工藝模型中。與二維工藝相比，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）與二維工序圖相比，三維數(shù)字化工序模型更直觀，其表達(dá)的加工過程的信息更容易理解；

（2）基于三維工藝模型編排工序，易于工藝人員加工內(nèi)容的整理，加工余量的檢查和工藝可行性與合理性的驗(yàn)證；

（3）每道三維工藝模型依據(jù)設(shè)計(jì)模型創(chuàng)建，并與設(shè)計(jì)模型關(guān)聯(lián)，若設(shè)計(jì)模型發(fā)生更改，相應(yīng)工序模型相應(yīng)發(fā)生更改，并且更改可控；

（4）工藝人員可直接利用三維數(shù)字化工序模型進(jìn)行數(shù)控程序的編制和仿真驗(yàn)證，大大減少了實(shí)際加工試驗(yàn)件的數(shù)量，縮短了零件的制造周期，提高生產(chǎn)效率。

（5）檢測(cè)技術(shù)人員可直接利用工序模型進(jìn)行復(fù)雜形狀區(qū)域檢測(cè)。

圖1 工藝設(shè)計(jì)流程

3 數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

隨著三維數(shù)字化工藝?yán)砟钪饾u被人們接受與認(rèn)可，其實(shí)際應(yīng)用也在各行業(yè)與企業(yè)內(nèi)不同程度的展開，本文以某航天產(chǎn)品某端蓋為例，基于TC平臺(tái)與UG軟件的無縫連接，進(jìn)行了對(duì)工序流程設(shè)計(jì)、工序三維模型設(shè)計(jì)、工序圖的三維標(biāo)注、自動(dòng)編程與仿真驗(yàn)證的過程與方法的探索。

3.1 數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法與目標(biāo)

三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)主要是以設(shè)計(jì)三維標(biāo)注模型為基礎(chǔ)，參考設(shè)計(jì)模型裝配關(guān)系、技術(shù)

材料信息等進(jìn)行工序模型的設(shè)計(jì)，對(duì)工序模型進(jìn)行三維標(biāo)注和數(shù)控程序的編制和仿真，直至現(xiàn)場(chǎng)加工出實(shí)物。主要過程如圖1所示。

端蓋數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)如下。

（1）充分利用三維模型（包含尺寸信息、裝配信息和技術(shù)條件信息）的直觀性與易讀性，基于TC平臺(tái)進(jìn)行工藝文件編制（包括工序流程、工序內(nèi)容、工序附圖、工藝裝備等內(nèi)容）。

（2）利用UG軟件進(jìn)行工序模型的設(shè)計(jì)、三維標(biāo)注、數(shù)控編程及仿真模擬驗(yàn)證，下發(fā)程序至數(shù)控加工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際加工驗(yàn)證。

（3）利用UG軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的工序模型作為檢測(cè)基體，驗(yàn)證數(shù)控程序的合理性與正確性。

（4）利用TC平臺(tái)與UG軟件的無縫鏈接技術(shù)編制的端蓋機(jī)械加工工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)過程

3.2.1 數(shù)字化工序流程設(shè)計(jì)

通過UG軟件瀏覽設(shè)計(jì)零件三維圖尺寸信息、技術(shù)條件信息和裝配關(guān)系進(jìn)行工藝性分析。

利用TC平臺(tái)建立設(shè)計(jì)零件與工藝文件的關(guān)聯(lián)，使零件加工工藝文件繼承設(shè)計(jì)零件代號(hào)、零件名稱、材料牌號(hào)等相關(guān)信息，從而在TC平臺(tái)上進(jìn)行零件工序流程的設(shè)計(jì)，如圖2為端蓋工序流程設(shè)計(jì)。

3.2.2 數(shù)字化工序模型設(shè)計(jì)

數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是工序模型設(shè)計(jì)，而工序模型的設(shè)計(jì)是以設(shè)計(jì)三維模型為基礎(chǔ)，按照最大包容原則，合理安排加工余量，建立工序模型與設(shè)計(jì)模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系，即當(dāng)其中一道工序模型發(fā)生變化時(shí)，其相關(guān)聯(lián)的工序模型可自動(dòng)更新，無法再進(jìn)行手工更改，減少了人為干預(yù)因素，如圖3端蓋工序模型圖。每道工序的工序模型既是相應(yīng)工序圖實(shí)現(xiàn)的載體，又是數(shù)控編程的加工幾何體和下一道工序的毛坯模型，因此設(shè)計(jì)正確完整的工序模型對(duì)整個(gè)零件的加工過程至關(guān)重要。

圖2 端蓋工序流程設(shè)計(jì)

圖3 端蓋工序模型圖

3.2.3 數(shù)字化工序圖的標(biāo)注

為使加工工序內(nèi)容表達(dá)更容易理解，數(shù)字化工藝的工序圖采用三維模型視圖或基于模型視圖建立的剖視圖進(jìn)行三維標(biāo)注實(shí)現(xiàn)，如圖4為利用Ug軟件PMI實(shí)現(xiàn)的端蓋工序模型和三維尺寸標(biāo)注工序圖，三維尺寸標(biāo)注與傳統(tǒng)的二維尺寸標(biāo)注一樣，需建立完整的繪圖標(biāo)準(zhǔn)體系，該體系的建立也是每個(gè)企業(yè)不斷優(yōu)化和完善的過程。

圖4 端蓋三維標(biāo)注工序圖

3.2.4 數(shù)字化加工程序的編制與仿真

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，是采用數(shù)控自動(dòng)編程軟件對(duì)二維的零件圖樣進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，然后利用編程軟件自動(dòng)生成加工程序，并將生成的加工程序傳送至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工。端蓋數(shù)控銑各加工工序均采用Ug軟件自動(dòng)編程，并建立了對(duì)應(yīng)的刀具庫(kù)和對(duì)應(yīng)機(jī)床的后處理文件，并通過仿真驗(yàn)證經(jīng)DNC傳送至加工機(jī)床，直到零件完成加工。如圖5為端蓋工序3數(shù)控銑刀具路徑和仿真，如圖6為端蓋工序3數(shù)控銑現(xiàn)場(chǎng)加工。

圖5 端蓋工序3數(shù)控銑刀具路徑和仿真

4 數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)的展望

數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)高效率和高質(zhì)量的優(yōu)越性雖已深入人心，但相對(duì)于發(fā)展比較成熟的二維

工藝設(shè)計(jì)而言，其發(fā)展仍然處于起步階段。數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的信息化管理平臺(tái)的建立，數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的缺少和不完備，大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，工藝人員在CAD/CAM技術(shù)方面的不斷提高，加工現(xiàn)場(chǎng)瀏覽設(shè)備的配備等都是建立完善完整的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)體系需要解決的問題。不同的企業(yè)在數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方面發(fā)展程度也不一樣，針對(duì)自己的實(shí)際情況，綜合考慮軟件、硬件，人員素質(zhì)和管理制度，在不同時(shí)期、不同階段對(duì)其做出不同的改進(jìn)，使之服務(wù)于企業(yè)，推動(dòng)企業(yè)向前發(fā)展。

圖6 端蓋工序3數(shù)控銑現(xiàn)場(chǎng)加工