隨著數字化制造技術的迅猛發展，三維設計軟件在汽車、船舶、航空航天、通用機械及電子工業等工程設計領域得到了廣泛應用。NX是集計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助工程(CAE)于一體的三維參數化設計軟件，為產品設計及加工過程提供了造型和驗證手段。MBD (Model Based Definition)指基于模型的定義，是一種面向計算機應用的產品數字化定義技術，核心思想是用一個集成的三維實體模型來完整地表達產品定義信息，并將其作為產品制造過程中的唯一依據。隨著MBD技術在設計過程中的應用，產品設計信息逐漸由二維工程圖變為MBD三維數據集。為了發揮MBD技術的優勢，縮短生產周期，降低生產成本，提高產品質量，開展MBD三維工藝設計技術研究具有重要意義。

    1 三維工藝設計思路

    二維工藝設計無法有效利用設計模型中的信息，產品設計模型與工藝模型相分離，數據共享、集成及變更困難。為了彌補二維環境下工藝設計存在的不足，可以推進MBD技術的應用，建立支持三維的工藝設計平臺，提供方便、快捷的工藝設計手段和支撐工具。

    目前，MBD工藝設計技術實現途徑通常采用工具編輯模式，對工藝人員的圖形編輯技術要求比較高，編制工藝周期比二維工藝時間長約2—5倍，工藝質量沒有顯著提高。為了克服工具編輯模式的不足，筆者采用基于特征推理模式。

    基于特征推理工藝設計模式是以零件特征為工藝設計最小定義單元（如孔、型腔等），同時在制造資源庫中詳細定義了刀具、機床、夾具、量具、加工方法。采用MBD定義零件，計算機能夠識別出零件特征對應的材料、公差、基準、表面粗糙度等信息，再由基于特征推理的工藝系統關聯起來，輔助創建從毛坯到產品的工序模型，從而得到完整的工藝文件。

    三維工藝設計過程中，獲取零件工藝信息和全三維模型文件后，對三維模型中的制造特征進行自動識別，采用基于知識的參數化設計思想，智能化生成各制造特征的加工方法，再通過人機交互，生成面向零件的機加工工藝過程。根據零部件模型和工藝過程，自動生成毛坯模型、各工序的中間模型，以及三維模型工藝卡。工藝設計技術路線如圖1所示。

    圖1 三維工藝技術路線

    2 NX與MBD三維工藝設計過程

    2.1 制造特征自動識別

    特征識別是從零件的設計模型中抽取具有特定工程意義的幾何形狀信息。對于加工特征，必須包括零件加工過程中與該加工工序相關的加工信息集合，能夠支持加工工藝的設計。

    開發特征自動識別與定義工具，如圖2所示。建立制造特征庫，包括單特征和組合特征，具體有端面、平面、內孔、階梯孔、鍵槽、螺紋等。通過制造特征自動識別功能，能夠有效地識別出三維模型上的相關制造特征，作為后續智能生成特征工藝的基礎。對于無法識別處理的特征，可采用自定義的形式，為后續推理提供支持。

    圖2 特征自動識別與定義工具

    2.2 特征工藝智能生成

    基于工藝設計用模型和制造特征庫，利用制造特征自動識別工具，快速識別三維模型的相關制造特征。對于復雜特征，可利用特征定義工具進行特征的選擇和定義，最終形成零件工藝特征樹。

    基于加工知識庫，智能生成以特征為單位的加工工藝單元，加工工藝單元包含尺寸、公差、表面粗糙度、技術要求、材料屬性、加工方法等制造信息。對于自定義的加工特征，可定義其加工特征的工藝方法。零件特征工藝智能生成系統如圖3所示。

    圖3 零件特征工藝智能生成系統圖

    通過零件模型的特征提取，形成零件特征樹。系統基于知識庫，實現特征工藝的智能生成。通過面向特征的加工方法推理過程，形成零件特征工序樹。特征工序樹以特征為節點，以單個特征的加工工序為節點屬性，加工方法通過流程推理獲得，如圖4所示。

    圖4 零件特征工序樹

    2.3 零件工藝結構快速生成

    零件工藝結構是基于工藝特征推理生成的，通過將工藝特征與工藝知識進行組合，從而構建零件工藝特征推理機制。工藝設計時，在界面中選擇工藝用設計模型，基于工藝知識庫進行特征推理，自動識別并生成加工特征，根據實際情況，可以進行加工特征的排序、合并及重組，從而快速形成零件工藝結構。零件工藝結構快速生成系統如圖5所示。

    圖5 零件工藝結構快速生成系統 

    2.4 交互式機加工工藝設計

    鑒于工藝決策受經驗、資源等因素約束，在特征工藝智能生成的基礎上，工藝設計人員以特征加工方法為基礎，對方法進行重排。通過人機交互，新建或插入工序與工步，再針對每個工序或工步，選擇相關聯的特征，形成加工工序樹，如圖6所示。

    圖6 零件加工工序樹

    加工工序樹中，加工工序為一級子節點，節點下為零件的加工工序。加工工序是以特征的加工工序為基礎的，對其進行重排，形成零件的實際加工工序。零件每個特征的加工方法經過組合、合并、排序，得到最終的零件工藝路線。    

    2.5 毛坯及工序模型生成

    在選定的機床資源與定義的工藝路線基礎上，自動推理相關刀具、切削參數、工裝等資源．然后采用工序模型生成技術，以加工特征為核心、以余量尺寸為驅動，生成工序模型，如圖7所示。各工序模型與設計模型采用WAVE技術關聯。

    圖7 工序模型界面

    同時，在工序模型的基礎上，利用NX的PMI工具，對工序內容進行自動定義與PMI標注。

    3 結論

    通過對基于特征識別的工藝設計的研究，探索出快速、有效、可執行的三維工藝實現方法和操作流程，提升了工藝設計水平與效率，并推動三維工藝在實際生產中的應用，為推廣應用三維工藝設計方法提供了借鑒。         

核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/

本文標題：NX環境下MBD三維工藝設計技術研究

本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019321410.html