基于MBD的数控加工工艺设计系统

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1、基于MBD的数控加工工艺设计系统冰吴容，张丹，魏涛，徐锋，左敦稳(南京航空航天大学机电学院，南京210016)【摘要】MBD模型作为制造过程中唯一依据逐步成为航空制造业的发展趋势，并已应用到CAD／CAM中。但MBD技术尚未在CAPP中展开应用，导致MBD数据集在CAD／cAPP／cAM的集成设计制造过程中无法连续传递。针对航空数控加工需求，建立了基于图层的数控加工MBD工艺模型，提出了基于MBD的数控工艺设计流程，并设计开发了基于MBD的数控加工CAPP系统，实现了UG平台上集成设计制造的MBD应用。关键词：MBD；加工工艺模型；数控工艺设计；CAPPDoI：10．16080巧．i

2、ssnl671-833x．2017．07．056吴容硕士研究生。主要研究方向为智能制造。$基金项目：航空科学基金项目(20141652016)。56航空制造技术·2017年第7期随着三维计算机辅助设计(ComputerAid—edDesign，CAD)技术的深入应用，基于模型定义(ModelBasedDefinition，MBD)的数字化设计与制造技术已逐步成为航空制造业的发展趋势”j。MBD技术是将制造信息和设计信息(三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息)共同定义到产品的三维数字化模型中，用三维MBD模型取代二维工程图，指导产品的设计制造全过程。在MBD模式下零件的设计、制造和

3、检验过程明显加快，然而尚未完全应用到整个产品生命周期中，妨碍其进一步发展的关键因素在于三维计算机辅助工艺规划(ComputerAidedProcessPlanning，CAPP)技术的研究和应用。工艺设计是连接产品设计与制造的桥梁，对产品的质量起到非常关键的作用。为实现产品全生命周期内的MBD应用，本文探索了基于MBD的三维加工工艺设计方法，并开发实现了基于MBD的数控加工工艺设计系统[2-4]。基于MBD的工艺信息模型1工艺信息MBD模型定义工艺信息MBD模型由最终状态的MBD设计模型、最初状态的毛坯模型、中间状态的多工序MBD模型，以及工艺属性信息共同组成。一个零件工艺对应着一个

4、工艺信息MBD模型。因此，工艺信息MBD模型可表示如下：心=必u％U∑蟛。U∑掣(1)l-1』=1式中：坂。表示工艺信息MBD模型；心表示MBD设计模型；鸠表示毛坯模型；尬弘表示第i道工序所对应的工序MBD模型；n表示工序数；A，埘表示第i道工序所对应的工序MBD模型中所属的工艺属性信息口】。其中，^必=GaU∑A。(2)bI式中，倪表示MBD设计模型的三维几何体，由简单的三维几何元素构成，主要包括了模型几何元素和辅助几何元素；A，表示MBD设计模型包含的功能定义的工艺信息集，如材料、尺寸、表面精度和热处理要求等信息。nlml‘孵。=G；。u∑Fiju∑A。MU∑S。(3)j=lk=

5、lt=l式中，G，弘表示第i道工序的三维几何模型；只，表示第i道工序所需要加工的第，个特征；彳篁表示与该道工序所对应的工序属性信息；S。表示本道工序下面的一个工步内容。通常来说，一道工序对应一个工序MBD模型，但是对于简单的零件而言，可以通过一个工序模型来表达多道工序，即多个工序共同对应一个工序模型【5]。2工艺信息MBD模型的表达工艺信息MBD模型上所表达的工艺属性信息以工艺路线的方式组织在各道工序和工步节点下。以每道工序下的工序MBD模型为单元节点，主要表达3个方面的信息：本道工序MBD模型的几何形状信息、尺寸标注信息和与本道工序相关的工艺属性信息。几何形状信息主要是指产品零件在

6、制造过程中的每道工序MBD模型自身的形状信息，包括本道工序需要加工的特征几何形状、特征所在位置和特征间的拓扑结构等。尺寸标注信息主要包括产品零件的总体尺寸及工序MBD模型的加工特征尺寸、公差(形状公差、位置公差和尺寸公差)、表面粗糙度、定位基准和技术要求等信息。工艺属性信息主要指工序和工步下加工该特征所要用到的机床、刀具、工艺装备(夹具、量具等)以及切削参数等。通过自动创建的工序MBD模型来表达从最初状态的毛坯模型到最终状态的设计模型在加工过程中零件形状的演化过程，并按照工艺路线逐步建立工序、工步信息结构。因此，工艺信息MBD模型主要是以工序MBD模型为载体，并将各道工序相关的工艺信

7、息(基准、表面粗糙度、公差和注释等)定义在各工序MBD模型中，从而构成多工序MBD模型，再与设计模型和毛坯模型共同组成工艺信息MBD模型。工艺路线中每道工序对应着一个工序MBD模型，该道工序下又对应着一个或多个工步信息，各道工步下又包含了多个加工特征，并将加工该特征所要用到的加工方法、机床、刀具、工艺装备和切削参数等信息绑定在该特征上，从而获得一个完整规范的工艺信息MBD模型。3工艺信息MBD模型数据存储结构工艺信息MBD模型以工序MBD模型为信息载体，工