工艺设计与加工仿真集成技术研究

    作为连接产品设计与产品制造的桥梁，计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning，CAPP)系统与其它分系统之间的集成在计算机集成制造系统中起着极其重要的作用。飞机结构件由于其大尺寸、复杂性等特点，工艺设计人员以及操作人员在其制造过程中都迫切需要看到零件的加工仿真过程，单纯的CAD／CAPP／CAM系统之间的集成已不能满足该类零件制造过程的需求。针对这一问题，本文详细讨论了工艺设计和加工仿真系统之间的集成技术，该技术的实现对于整个产品生产效率、质量的提高有着重大作用。首先，对于数控加工，其加工过程得到了及时展现，工艺人员能够实时地对工艺设计过程进行优化，有效地提高了工艺的设计质量；其次，利用工艺在线浏览技术，实现了工艺信息和仿真动画的在线浏览，提高了制造过程的可视化程度；最后，在CAPP平台上实现仿真数据的统一管理，用工序驱动仿真，有助于提高加工仿真效率和仿真准确度。
   
    本文是在成都飞机制造公司"基于知识融合的飞机结构件快速工艺设计系统"项目的研究和开发基础上，深入研究了工艺设计系统和加工仿真系统之间的集成，并得以实现。
   
    1 工艺设计和加工仿真集成系统总体设计
   
    工艺设计和加工仿真集成技术，是在CAD／CAPP／CAM系统集成的基础上实现的加工过程仿真。其基本思想是：在CAPP系统中对仿真所需文件进行设计和管理，生成VERICUT配置文件，再依据工序载入配置文件，最终启动VERICUT系统进行仿真。该技术实现的主要功能：
   
    (1)工艺设计环境中，实现仿真文件的设计和管理，并能将这些文件结合起来生成对应的仿真配置文件。
    (2)工序驱动仿真，每道工序生成一个刀具清单文件，每道工步对应一个刀轨文件，对需要进行仿真的工序进行文件载入，实现加工仿真。
    (3)CAD、CAPP、CAM三者协同，实现对仿真结果的处理。仿真生成的信息包括：干涉、错误、警告、加工时间等信息，这些信息是仿真结果的一个反映。
    (4)提供三维仿真动画给操作现场，实现操作人员对仿真动画的浏览，处理操作人员对工艺的信息反馈。
   
    工艺设计与加工仿真集成系统，以CAPP为平台，在CAPP系统中工艺员可以实现仿真环境的配置，能看到整个加工仿真过程。但对于CAD、CAM和操作现场来说，如果也要实现仿真环境的配置，看到加工仿真过程，不仅过程繁琐而且代价较高，是不经济的实施方式。工艺设计与加工仿真集成系统，能够满足各方面人员的需求。
   
    (1)对于设计人员，实现了夹具、机床等干涉信息的反馈，设计人员可以根据这些信息判断出三维模型设计是否合理，刀轨生成是否正确等。
    (2)对于工艺人员，实现了仿真过程的可视化操作，对于工艺路线的可实施性、经济性判断，有了最直观的判断依据。
    (3)对于操作人员，基于Web的工艺信息的网络发放，实现了三维仿真动画的在线浏览。操作人员可以随时在现场浏览器上看到仿真过程，并能把自己的建议反馈给工艺设计人员。
   
    2 工艺设计和加工仿真集成系统框架
   
    工艺设计与加工仿真集成系统如图1，由刀具清单设计、仿真文件管理、关键参数录入、仿真结果处理等几个模块组成。