基于MBD的工序模型建模方法研究

引言

工艺设计是连接产品设计与制造的桥梁,工艺设计对缩短产品研制周期、提高产品质量和降低制造成本具有重要影响。但在二维工艺设计模式下,工艺设计知识的表达、获取和管理困难,复杂零部件的关键特征属性难以表现,工艺性检验难度大,从而直接影响了工艺水平的提升。

基于模型定义(Model-BasedDefinition,MBD)的工艺设计以三维设计模型为唯一数据源,能准确、直观地表达工件特征、尺寸公差等工艺信息,降低了对工艺信息的理解难度。正因为如此,基于MBD的三维工艺设计近年来得到了广泛重视。但由于三维工艺与二维工艺的设计模式有很大的不同,尤其是基于三维工序模型的工艺表达与传统二维工艺模式相比存在较大差异,导致三维工序模型构建缺少可借鉴的依据。基于此,为保证工序模型的建模质量,本文在NX环境下开展了基于MBD的工序模型建模方法研究,为工序模型的准确建模提供一系列解决方案,进而为相关企业应用三维工艺提供借鉴。

1工序模型的分类及完整性定义要求

1.1工序模型的分类

按照工序类型的不同,可将工序模型分为机加工序模型(需要通过车、铣、钻设备进行加工)、检测工序模型(需要进行过程检测或终检)和其他工序模型(去毛刺、清洗等)。每类工序模型的应用范围有所不同,但建模的方法和信息定义的要求基本一致。

1.2工序模型定义的完整性要求

完整的工序模型应包括几何模型、产品制造信息(PM1)以及工序属性,如图1所示。

1.2.1产品制造信息(PM1)

产品制造信息与几何模型相关联,可作为工艺评价的对象,是形成工艺方案的组成部分。主要包括描述几何形状的加工尺寸以及允许偏差的信息、与制造过程有关的信息、制造资源定义信息等。

1.2.2工序属性

工序属性主要表达工序模型的名称、工序号、材料、工序模型创建者和工序模型版本等信息。

2工序模型构建的一般性要求

2.1工序模型构建要求

工序模型详细要求包括:(1)工序模型提交的模型实体应与零件加工后的最终状态相同:(2)零件的尺寸标注、公差、技术条件等通过PMI模块与模型相关联。

2.2工序模型装配引用集要求

在新建工序模型的初始状态下,部件的引用集应设置为"模型(BoDy)"。

2.3工序模型爆炸视图

为展示零件的加工过程,当整条工艺中所有工序模型建立完成后,需在顶级装配文件中创建爆炸视图(创建到"l-opXX-modle"视图中)。

2.4工序建模基准

同一个机加工艺中,所有工序模型均应在一个基准位置下建立,保证各工序模型加工关联特征的位置重合,方便查看相邻两道工序模型的材料增减情况。工序模型位置确定后,不能对其进行重新定位操作(移动、旋转)。

2.5终检工序一工序模型的创建

为有效重用设计模型与PMI标注,终检工序模型的构建无需使用Waieliin设计模型的方式,可先将设计模型pkt文件拷贝复制、重命名,再将该设计模型pkt文件装配到工艺结构中,之后在该设计模型上修改PMI标注形成终检工序模型。

2.6工序模型特征要求

(1)阵列特征:为缩小工序模型文件的大小,当模型文件中存在阵列特征时,可以用一个特征来表示,并在该特征上用文字注释表明其阵列的数量级规律:(2)螺纹特征:除非零件有特殊要求外,螺纹特征按符合螺纹的方式进行构建:(3)孔特征:在零件的制造状态下所有孔特征均应构建:(4)倒圆倒角特征:除非特殊注明,所有倒圆和倒角特征均应创建:(5)辅助元素要求:辅助几何、标注和标注指向的模型特征应建立关联关系。

3工序模型的构建方法

3.1工序模型构建方法分类

3.1.1工序资源一工序法

(1)添加材料法:工序模型WAVE引用设计模型并直接产生最后一道工序模型形状:通过NX建模工具补充建模完成本工序模型的建模,其余工序模型通过WAVE中上一道工序模型,并经补充建模形成各工序加工之后的形状,并最终形成毛坯模型的形状。

(2)去除材料法:毛坯工序装配毛坯模型由WAVE引用直接产生本工序的毛坯模型:从毛坯模型按加工顺序去除材料创建各工序模型以及最后一道工序模型,其余工序模型通过WAVE到下道工序模型。

(3)混合法:按照加工的顺序WAVE引用工序资源模型的毛坯模型,按加工顺序通过去除材料法创建各个工序模型,下一道工序WAVE引用上一道工序的模型,同时也允许加工逆序操作,即允许最终工艺模型链接工序资源模型的设计模型,通过添加材料创建工序模型,即从两头往中间创建各个工序模型的方式。

3.1.2零件一工序法

零件一工序法中关联引用设计模型,按照逆向机械加工顺序进行补充建模,建立总中间工艺模型,利用时间戳的方法生成接近总中间工艺模型的每道工序模型。

3.1.3余量图法

通过WAVE技术关联余量图模型,与余量图模型存在链接,各个工序模型WAVE关联引用相关余量图曲线,通过旋转、拉伸等特征操作命令创建各个工序模型,此方法主要用于建立旋转类零件工序模型。

3.1.4直接创建法

直接创建法是在非NXWAVE环境下直接创建相互之间不关联的工序模型,主要方法有以下四种:(1)新建工序模型:创建模型文件作为当前工序模型,在建模环境下进行工序模型的创建:(2)复制工序模型:选择一个工序模型文件复制到当前工序下:(3)移动工序模型:选择一个工序模型文件移动到当前工序下:(4)载入外部模型:从外部选择一个已经构建好的模型文件导入到当前工序。

3.2工序模型构建流程

3.2.1工序资源一工序法构建过程

(1)根据工艺路线,建立工序模型结构树,所有的工序模型均在一个总装配模型下:(2)建立工序资源模型,通过建模方法选择关联引用设计模型、毛坯模型还是混合引用,在机加总工艺下管理工序资源模型:(3)在工序模型中利用PMI(产品制造信息)表达工序模型的详细技术要求:(4)完成工序模型构建。

3.2.2零件一工序法构建过程

(1)根据工艺路线,建立工序模型结构树,所有的工序模型均在一个总装配模型下:(2)建立总中间工艺模型,关联引用设计模型,在机加总工艺下管理总中间工艺模型,总中间工艺模型建立的顺序大致按照逆向机械加工顺序进行:(3)每道工序装配总中间工艺模型,利用时间戳的方法生成接近总中间工艺模型的工序模型:(4)利用NX建模工具进行补充建模,形成工艺需要的工序模型:(一)在工序模型中利用PMI(产品制造信息)表达工序模型的详细技术要求:(5)完成工序模型构建。

4结语

工序模型是三维工艺的核心,其构建质量将对三维工艺的编制水平产生直接影响。目前虽然NX、6ATIA等大型商用软件均开发了几何模型构建和三维标注功能,但在实际使用中,需要根据零件的特点及下游应用的需求,选择合适的工序模型建模方法,一方面可大大提高建模的效率,另一方面也会有效提升工序模型的可用性。