基于三维模型的工艺设计实践

基于三维模型的工艺设计实践

机加工工艺设计

1.1    工艺参考模型

工艺参考模型是指工艺设计过程中用到的原始参考模型,如果设计模型能够满足工艺设计过程参考要求则可直接使用设计模型。而某些情况下设计模型无法满足工艺设计过程的模型参考要求,需要修改特征或尺寸才行;由于设计模型一般都由设计工程师提交发布,不允许修改,这时就需要通过复制设计模型产生新模型,再修改尺寸来制作可用来指导生产的参考模型,本文中称之为工艺参考模型。下图显示各模型含义及逻辑关系。

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1.1.1           工艺模型

工艺模型指根据工艺参考模型,按照工艺设计过程重新构建的模型。工艺模型是装配件,自动组装工艺参考模型和工件模型。其中工艺参考模型按缺省方式装入制造模型;工件模型是按规则产生的可表达工艺过程的模型。工艺模型创建界面如下:

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1.1.2           工艺规程

根据工艺过程按工步和工序对特征进行组织,并将工步及工序信息以参数形式表达。工步和工序分组定义严格遵循模型树结构关系,分组定义可以先于特征进行,也可以晚于特征进行。每个分组节点下可以定义参数,每个节点下可以带特征(通过选择获取)。

对于工艺模型,工艺规程初始时模型结构,包含了组件级别下的模型和特征,工件模型下的特征。参考模型下的特征将被过滤不显示。

工艺规程构建顺序:创建工序、创建工步、包含特征,填写属性四个基本步骤,工序只能创建在模型下,工步只能创建在工序下,而工序和工步都可独立包含特征。模型、工序、工步都有独立工艺属性。

工艺规程组织界面如下:

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1.1.3           工艺属性输入

工艺模型、工序、工步节点有其自身工艺属性,展开“工艺信息”可浏览。节点不同,工艺属性也不同,各类节点属性在安装后通过配置完成。双击“值”栏位激活属性值选择(有关系值或固定值)或输入(文本值)。下图示意加工方法查找与选择。

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1.1.4           工艺特征重建工具

三维工艺设计最大特点是各工序工步间共享一个工件模型,结果发布时才将其拆分,为了保证拆分发布正确,工件模型必须按照实际加工过程重新构建特征。特征构建方法完全继承Creo标准功能,本文提供几种经过优化后的快捷创建方法。

1.1.5           创建拉伸去材料特征

拉伸去材料创建特征:对于平面类型的加工,拉伸去材料方式来构建,需要定义起始面、终止面和轮廓线。对于一次拉伸得不到最终结果的特征,则需要多次建立。操作界面如下图所示:

 

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1.1.6           机加工工艺符号标注

    工艺符号标注作为全三维系统中的核心功能,特单独列出说明。操作界面如下:

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1.2    钣金工艺设计

钣金件作为一种特殊的零件形式,有其独特的特点,比如全局等厚;加工方式以切割、冲压、折弯为主等。机加工的特征创建方式,钣金件完全适用。而钣金件本身含有大量折弯信息,这类信息是隐含的不可见也不能复制,因此钣金工件不能从毛坯开始从头创建,而是复制原始设计模型,展开,再调整特征及折弯顺序。

1.2.1     钣金工艺模型

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1.2.2     切外轮廓

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在有装配工艺毛坯件的情况下,提供一个切外轮廓的工具,启动时自动获取工艺模型,工件模型和原始参考模型,并列出全部轮廓。每条轮廓前有复选框,表示是否切割。选中每条轮廓时模型区会高亮显示。提供全选、全不选按钮,还可以交互式从模型区域选择。

 

1.2.3     折弯回去

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获取工件模型(从设计模型复制后展平)全部折弯面,选中折弯面在模型区高亮显示,可将面前后移位来调整顺序。用复选框来确定是否折弯。确定后将按照新的顺序创建折弯回去特征,来实现折弯顺序的调整。

 

1.2.4     钣金工艺符号标注

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1.3    装配焊接工艺设计

1.3.1     装配工艺模型

装配工艺模型是在原始装配模型上在构建一级装配,将原始模型按缺省坐标系方式装入,再补充工艺信息,如设备等工艺资源。所有与工艺相关的新信息均保存在顶级模型中,不改变原始设计模型任何数据。创建界面如下:

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装配参考模型

针对装配后机加工类的模型,由于原始设计模型的特征创建方式(可能在元件上也可能在组件上)导致工艺信息表达的差异,和部分元件已经设计了工艺(有工艺模型:参考模型,毛坯元件等)等原因,需要将部分元件的工艺参考模型装入,用作新的特征创建时的参考。

启动时首先判断当前模型是否为装配工艺模型,如果是,则遍历装配结构,缺省情况下按模型结构列出第一级装配元件清单,提供复选框可以展开子装配。

设计模型结构中每个节点前的复选框,表明是否安装该节点对应的参考模型,当然必须参考模型是存在的。

选择按钮提供一个交互式选择工具,由于模型比较多,且存在同名模型多次装配的情况,为了方便节点与实际模型对应,选中时图形窗口对应模型高亮显示,同样,图形窗口中选择模型,模型树结构中对应节点也被选中。

双击参考模型单元格,可激活手动选取模型对话框,允许用户手动指定参考模型。

装配按钮,按节点复选框状态和参考模型单元格内容,将参考模型与设计元件按坐标系对齐方式装入到工艺模型中,并透明显示。

装配参考模型界面如下:

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1.3.2     工艺合件节点与工艺合件模型

对于工艺设计端来说,由于并不改变原始设计模型结构,所以不存在工艺拆分件一说。但由于工艺需要,却存在工艺合件,即将原来不是一个组件模型的几个元件,组成一个新的组件模型,然后再往上一级装配。

对于工艺合件的处理,分两个层级:

工艺合件节点:仅仅在工艺结构中创建相应的节点表示,并不创建真实模型;

工艺合件模型:在工艺合件节点基础上,创建真实的合件模型。

1.3.3     BOM&三维球标

在三维环境(图形窗口)中绘制并显示BOM表,与工序、工步关联,自动获取工序、工步所包含的模型清单。表格分两部分:标题栏和清单栏,其中标题栏支持参数,清单栏支持重复区域定义。在三维环境下标注球标,与工序、工步关联,自动获取工序、工步所包含的模型清单。

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1.3.4     PBOM预览

装配工艺设计完成后,工艺BOM结构不同于原始的设计BOM结构,包括层次关系,先后顺序等都作了调整,并且作为PLM管理时的依据和发布到ERP后的结构,客户端提供一个PBOM的预览界面,如下图:

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工艺信息标注

1.3.5     标注平面定义

定义三维环境下的标注平面,类似Creo标准功能,如下:

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1.3.6     文本标注

文本工具主要对PROE的文本功能增强,主要有以下几个方面明。

技术要求

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功能:通过界面实现常用技术要求的管理,用户可以在上述界面中实现技术要求的分类管理,并且可以对现有技术要求进行编辑。

1.3.7     表面结构标注

表面结构---调用国标(GB/T 131-2006)表面结构符号

此功能用户可以自行配置各个关键值,以便后续直接调用。

使用方法:

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1.3.8     基准标注

功能:工程图的基准标注,用户可以根据自身需要选取基本符号类型,放置符号的位置为实体边,用户可以使用CTRL重复放置。

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1.3.9     尺寸公差标注

尺寸公差功能为用户提供动态配置常用公差的功能,使用此功能用户可以在Creo中直接调用配置好的公差。

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修改尺寸公差

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1.3.10  无外形变化的信息表达

包含了没有外形的变化的信息 ,如油漆、镀涂、热处理、去毛刺、检验检测等

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1.4    工艺结果发布及浏览

1.4.1     工艺结果发布

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以模型中表达书数据为准,仅对工艺模型(ASM)有效,或者只有一个工件模型时对该工件模型也有效。

发布工艺结果采用与组织工艺过程相同界面。

工艺模型发布是将建立好的模型发布为ProductView格式文件,以方便查阅。工艺模型发布过程、需要处理以下几件事:

l  根据工步(在模型中表现为组)自动隐含和恢复,特征及标注的工艺信息;

l  根据工步自动给加工面上色和恢复;

l  提取工序及工步信息记录到数据库;

将发布结果保存到指定位置。

特征的隐含和恢复要求特征严格按照工步分组,并且独立的特征间不要有参照关系,以免部分特征隐含后导致模型再生失败。三维标注的信息包含的工步的组内,隐含对象针对工步组而不针对具体的特征和标注。

隐含时隐含对象是某个工步后所有工步(按特征树的先后顺序),恢复时则是一个一个工步逐步恢复。

为了明确表达加工面,我们需要给加工面上颜色以示区分其他非加工面。而加工面是针对当前工步,所以上颜色是一个动态过程,并且切换到下一工步时,颜色还需要恢复。因此需要记录的颜色有2个,一个是模型本身的颜色,另一个加工面的颜色。模型本身颜色由设计师设定,加工面的颜色用参数保存在工步的特征组中,而需要上色的面则记录面的ID

1.4.2 工艺发布结果浏览

外部独立浏览

从浏览器直接浏览,则在浏览器地址栏中直接输入本系统的URL即可,URL内容请咨询系统管理员。

浏览结果如下:

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1.4.3           发布页面功能展示

整体区域展示

全面介绍三维发布页面每个区域所展示的信息,以及信息的来源。

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l  工序、工步节点区:显示当前模型的所有工序工步信息。

l  基本信息区:显示当前模型的信息。

l  工艺信息区:显示当前选中工序的信息,以及选中工步时,显示所属工序的信息

l  三维工艺模型区:显示当前选择的模型、工序、工步节点的可视化文件。

l  工步信息区:选择工序时,显示当前工序下所有的工步信息,当选择工步时,显示当前选择工步的信息。

l  审核信息区:显示当前模型在PDM系统中审核流程信息。

点击节点,关联信息

展示选中树形节点时,自动查询出其他区域的相关信息。

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l  选择树形节点时,自动查询和显示可视化文件,工序、工步信息。

l  当选择节点为焊接装配时,工艺信息区域则显示物料信息,以及工艺装备信息。

l  基本信息和审核信息是根据根节点(模型)查询。

 

结论:

基于PDM的一体化三维工艺设计系统已经在新型号上线应用,通过该系统的应用,改变了传统二维工艺设计与工艺数据管理的理念,实现了新型号设计制造更改过程的一体化、三维工艺数据的结构化、工序和资源的标准化管理。同时,通过PDM系统与数字化生产制造执行系统的集成应用,使三维工艺数据能够及时、快速、有效地发布到生产现场,指导车间工人顺畅完成装配制造工作。