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基于三维模型的工艺设计应用经验

2020/3/14    来源:网络    作者:佚名      
关键字:三维模型  工艺设计  
本文正是基于产品设计的MBD模型,以实现设计、工艺、制造一体化为目标,提出一种三维工艺的解决方案:工序模型来源于设计模型,保证了数据的继承性和来源唯一性;同时工序模型又能被下游的生产系统利用,为智能工厂和数字孪生奠定了基础。
       工艺设计是制造型企业的重要生产活动,连接产品设计与制造的桥梁,是影响产品质量的重要因素。传统工艺设计以固定表格模板的工艺卡片形式输出,用文字、符号描述各工序、工步内容及需要的工艺资源并配以二维工序简图。随着三维设计工具在企业的深入应用,以及企业各系统之间集成的需要,传统的工艺设计方式已经不能满足当前的应用要求。
 
       ●三维产品设计、二维工艺设计,使得设计数据在工艺环节不能有效继承;
 
       ●CAE仿真CAM数控加工等重要活动,离不开三维工序模型的支持;
 
       ●三维工序模型能够节省三维工装设计时间,并支持通过仿真手段检验工装设计的可靠性及合理性;
 
       ●传统卡片式的工艺,无法与下游生产系统(如ERP、MES)集成;
 
       ●没有模型的支持,无法实现工厂仿真及数字孪生技术应用,智能工厂更无从谈起。
 
       最近几年,国内外软件供应商及制造企业也在不断探索三维工艺的解决方案。达索公司推出的数字化设计与制造软件DELMIA中的DPM-Machining Process Planning模块面向三维机加工艺设计;国内的开目公司也研发三维工艺设计产品——3DAST...通力有限公司基于西门子的工业软件(Teamcenter+NX),结合多年的行业经验形成了自主研发的落地解决方案——UMPP,并在多家企业得到实践应用。本文研究的课题是如何有效利用产品设计的三维模型,在三维环境下开展工艺设计并形成结构化的工艺数据,可供下游生产系统识别与利用。
 
1 三维工艺的实现方式
 
       1.三维工艺实现方法研究
 
       如何有效继承三维产品设计数据,快速构建三维工序模型并形成工艺路线,建立设计与工艺的关联,工序模型又能够被下游的仿真和生产活动识别与利用,是三维工艺研究的重要课题。
 
       MBD产品设计模型包含了零部件属性、几何模型、PMI注释等全部信息。利用特征提取技术,可以在不同的工艺设计阶段提取相关数据。提取产品属性、制造要求等信息,结合企业工艺资源库,工艺知识辅助决策工艺路线;通过NX WAVE技术,基于设计模型构建工序模型;工序模型又能直接用作三维工装设计及数控编程;最终形成的三维结构化工艺,通过系统集成传递到下游的生产系统,并且能够被下游系统识别解析。

基于三维设计模型的工艺设计

图1 基于三维设计模型的工艺设计
 
       2.三维机加工艺
 
       三维机加工艺的核心是利用三维工序模型、PMI标注来表达加工过程、技术要求、检验项等。实现基础在于直接利用产品设计的MBD模型进行工艺设计,关联产品、工艺资源、工厂进行工艺的结构化表达。
 
       工序模型来源于设计模型,不需要工艺师重复设计,极大减少工艺师的工作量,并保证了产品的单一数据源。在NX环境中,工序模型可以关联产品设计模型或其他工序模型,通过NX WAVE同步建模技术,对工序模型进行修改,如删除加工特征、增加加工余量等。修改的特征能够根据引用关系在模型间进行传递,工艺设计师可以采用正向(由毛坯到产品)和反向(由产品到毛坯)工序建模方式,方便快速地建立各工序模型。

一组工序模型示例

图2 一组工序模型示例
 
       在NX中通过PMI进行各工序加工内容的描述,如加工特征、尺寸公差、技术要求等。对于复杂的工艺可以采用多视图、剖视图的方式进行表达,还可以采用不同颜色来表达工艺内容。

工序模型内容

图3 工序模型内容
 
       基于MBD构建的工序模型,可以直接用于CAM编程,结合PLM系统的工艺资源库,可以进行加工模拟及机床仿真,提高加工效率及精度。结构化工艺存储方式,与下游的DNC系统集成,可以直接将NC代码传递到生产工位。

基于MBD的数控编程

图4 基于MBD的数控编程
 
       3.三维装配工艺
 
       装配工艺处理的核心信息为MBOM,MBOM又由设计部门提供的EBOM转换而来。工艺师调整EBOM结构,添加必要的工艺虚拟件、辅料等,形成MBOM。

MBOM转换

图5 MBOM转换
 
       依据MBOM进行装配工艺构建,而装配工艺的工序模型设计方式与机加工艺不同,装配工序模型由该工序的装入件构成。当为工序指派了工序消耗,其工序模型自然就由其下的装入零部件模型组成。

装配工序模型

图6 装配工序模型
 
       有了具备三维工序模型的装配工艺,就可以开展装配模拟验证、装配过程仿真、人因工程仿真等,能够解决装配干涉问题、装配顺序问题,可以有效评价和验证装配工艺。
 
       4.工艺卡片输出
 
       在三维环境中完成工艺设计后,可以根据企业模板输出各种格式的工艺卡片,在形式上支持传统二维卡片及三维工艺的输出。

工艺卡片输出

图7 工艺卡片输出
 
       在三维工艺卡片中,可以进行旋转、剖切、测量等操作,查看三维标注、播放三维动画等。
 
2 典型应用案例
 
       结合通力有限公司多年的技术积累,研发了自主的三维工艺设计产品——UMPP。UMPP以三维化和结构化为核心,基于MBD设计数据进行工艺设计,统一了数据来源,保持了再设计、工艺、制造环境中数据的继承性和关联性;通过系统集成,直接将工艺数据传递到生产现场。目前已经在数家制造企业正式上线应用,支持机加、装配、热表等常规工艺的编制,并取得良好的应用成果。

工艺路线规划

图8 工艺路线规划

工序模型设计

图9 工序模型设计
 
3 小结
 
       本文探讨了一种三维工艺的实现方式,并且在企业中得到了应用,对其他企业实施和应用三维工艺有一定的参考价值,同时面临如自动识别零部件特征、工艺要求、工艺知识推送、工艺路线自动决策等问题,通力也在不断探索并提供相应解决方案,为更多客户解决行业痛点与困难。
责任编辑:程玥
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