基于MBD的零件数字化工艺设计技术

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1、基于MBD的零件数字化工艺设计技术MBD—BasedPaIrtDigitalProcessDesignTechnology北京航空航天大学机械工程及自动化学院吴建平梅中义吴建平硕士研究生。研究方向为数字化设计与制造。近年来，国内飞机研制已经由三维数模取代二维图纸，采用基于模型定义MBD(ModelBasedDefinition)技术的产品定义模型成为新机研制的唯一制造依据。零件工艺设计也在逐渐采用计算机辅助工艺设计(cAPP)系统。但是对于飞机零件的工艺设计，二维工艺设计不能直接利用全数字化MBD模型，需

2、要手工维护大量3D到2D转换等不增值环节，58航空制造技术·2013年第3期MBD技术的应用使三维实体模型成为制造过程中的唯一依据。在零件工艺设计过程中。依据MBD三维模型，首先进行几何特征及工艺信息识别，将工艺路线与制造特征关联起来，形成基于MBD的工艺信息模型存储在数据库中。在制定零件工艺规程同时生成工艺状态模型。没有从根本上实现零件MBD模型到零件工艺信息模型的转变⋯。根据以上分析，本文对基于MBD技术的机加件工艺信息组织结构进行分析研究，提出了基于几何和特征的工艺信息模型和工艺规划方法，利用cAI

3、TAAutomation技术与创成式工艺规划方法完成了基于MBD技术飞机机加件的工艺信息模型存储和工艺规程设计，实现了从CAD到cAPP和cAM的零件工艺信息传递。相关技术1MBD技术MBD技术是将产品的所有相关设计定义、工艺描述、属性和管理等信息都附着在产品三维模型中的先进的数字化定义方法f2】。狭义上说，MBD就是对数字化模型进行规范化的全三维标注；广义上说，MBD不仅是对模型进行三维标注，和传统的以工程图为核心授权资料的生产模式相比，以MBD数据集为唯一依据的制造技术带来了生产模式的变革，更有效地提

4、高了数字化技术带来的便利。2CATIAAutomatjon技术cATIA使用基于c0M(component0bjectModel，组件对象模型)技术的自动化提供二次开发接口。COM是一种二进制兼容规范，使不同语言开发的组件在二进制可执行代码级基础上相互通信，增强了代码的重用，提供对外访问接口。自动化在解释环境下执行，在COM基础上实现，继承了COM的与语言无关、进程透明特点，简化了COM的底层细节，应用更广泛㈣。总体方案设计零件工艺信息模型是描述零件工艺信息结构及特征几何关系的数据结构模型，是设计管理系统

5、、工艺管理系统和生产现场管理系统的数据模型⋯。通过对基于MBD零件工艺设计不同阶段模型的表现形式以及零件工艺规划分析，本文提出了基于MBD飞机零件工艺设计总体方案(图1)。零件工艺信息提取采用CATIA二次开发技术，实现从MBD工艺数模中直接提取相关工艺信息并保存在数据库中，形成了零件工艺信息模型。基于MBD工艺规程设计、基于MBD工艺状态仿真通过读取零件工艺信息模型相关工艺信息实现基于特征几何的工艺规程设计以及工艺状态仿真。本文选取典型机械加工零件对上述工艺设计技术进行实例应用，具体过程见下文。基于MB

6、D的机加件工艺信息组织分析一个完整的基于MBD的机加件应该包括产品的三维几何信息和非几何信息。在cATIA软件中，这些非几何信息都定义在规范树之中。为合理安排信息，规范树采用分类集合的方法，把产品信息进行分类组织管理。表l列出了完整的MBD模型规范树结点信息【4】。表1中在适用范围内容为必需的，一定要在结构树中体现出来，其他则为可选项。基于MBD机加件的工艺信息模型中应该包含在工艺设计过程中的所有工艺信息，主要有以下几类：基准信息、几何尺寸信息、公差信息(尺寸公差、位置公差)、材料信息、热处理信息。对于零

7、件工艺规程制定需要提取的信息依据是：(1)定位基准图1总体方案设计的选择：正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。定位基准在标注集的基准节点中读取。(2)零件表面加工工艺方案的选择：由于表面的要求(尺寸、形状、表面质量、机械性能等)不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。加工方案主要根据表面粗糙度信息以及热处理信息来决定。零件热处理信息位于MBD数据集规范树的零件说明节点下。同时包括零部件的最终处理和零部件标记等信息。(3)加工阶段的划分：对于那些

8、加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为几个阶段，需要从MBD模型中读取尺寸和公差信息以及加工细节特征表1机加件MBD规范树结点信息xypkeCATlA默认必需yz11lanP(：A11lA默认必需强pl蛐eCATIA默认必需Pal．IBodv实体特征造型零件模型根据需要E)【temalReferences关联设计时引用的其它模型几何元素根据需要ConslIlIc“IⅢ(二¨lmP【H建造本模型所必需的·些基础