基于Creo的三维机加工工序模型构建方法研究

1、團|二-谑右匚叶工工匕退i卜吐新乌就基于Creo的三维机加工工序模型构建方法研究作者：暂无来源：智能制造2014年第8期基于三维模型的机加工工艺设计是当前制造领域研究的热点。本文在分析三维机加工工艺设计业务场景的基础上，结合Creo2.0软件平台，对三维机加工工序模型构建技术进行了研究。撰文/西安航天动力测控技术研究所姜夏一、弓丨言传统机加工工艺设计以工程图为设计数据输入，通过二维CAPP（ComputerAidedProcessPlanning，计算机辅助工艺设计）系统完成工艺简图绘制及工艺设计，最后打印生成纸质工艺文件，与工程图一起在生产现场使用。工艺文件作为连接工艺规划和一线生产制造之间

2、的信息载体，是一线工作人员的工作指导，具有十分重要的地位。随着MBD（Model-BasedDefinition,基于模型定义）技术的发展和深入应用，在三维环境下开展工艺设计已成为发展趋势。MBD是一个用集成的三维模型来完整表达产品定义信息的方法，在设计、工艺、制造、检验、销售和维修等全生命周期中的每个阶段被赋予本阶段的相关数据，能很好地实现继承和共享，也能按照需求进行分类管理和显示。按照MBD技术的思想及要求，工序模型将取代传统二维工艺纸质载体，作为生产制造的唯一信息载体，对三维机加工工艺设计的实施有重要影响。目前主流CAD软件厂商已实现在软件产品中集成特征构建、信息三维标注等功能，为在三维

3、环境下开展工艺设计奠定了基础。Creo2.0是PTC公司推出的CAD/CAM/CAE软件，与Pro/ENGINEER相比在柔性建模、三维标注等方面的功能和操作性都得到了较大幅度提升。本文以Creo2.0为软件平台，分析三维机加工工序模型构建的技术途径。二、三维机加工工艺设计业务场景描述目前，设计阶段的全三维化已基本普及，而工艺设计环节仍以二维为主，以三维模型作为设计端向下游发放唯一数据载体的趋势越来越明显。传统二维工艺设计方法与上游三维数据脱节，信息提取和转换需依靠手工完成，无法有效保证数据一致性和完整性，存在着很多问题，例如无法有效利用设计模型信息、数据共享困难、设计知识获取和管理混乱等，与

4、上游的全三维数字化设计和下游的先进制造工艺及装备不相适应，逐渐成为技术发展的瓶颈。I*會略.A.三维机加工工艺设计业务场景如图1所示，工艺设计师接收设计任务，登陆PDM系统下载零件MBD设计模型，作为机加工工艺设计的输入，进而开展工艺设计。三维机加工工艺设计主要包括工艺规程规划、工序模型建模、制造资源制定、数控程序设计等工作，其中工艺规程规划用于确定零件的加工路线；工序模型建模是指构建面向制造各工序对应的三维模型；制造资源指定用于明确加工过程各工序涉及到的各种制造资源，如机床、刀具、工装及辅料等；数控程序设计是指根据加工需要，基于工序模型设计数控程序，并进行必要的切削加工仿真和验证。工艺设计完

5、成后，进行必要的模型检查，将机加工工艺数据检入PDM系统，并发起工艺签审流程。信息化部门完成签审后工艺数据的归档，并向制造部门发放轻量化工艺数据。制造部门根据生产现场任务排产需求，将对应的工艺数据推送到车间显示终端，指导现场加工。其中，工序模型建模是三维机加工实施的核心问题。工序模型是用三维手段表现工序加工结果并承载机加工工艺信息的模型，表达了各工序加工后的三维状态和加工约束，不仅能直观地表达加工结果，还可以为工艺分析、数控程序设计、加工结果检测提供数据来源，其准确、快速的构建直接影响到三维机加工工艺实施的效率与效果，是三维工艺的关键问题之一。三、工序模型建模实施技术途径目前，工序模型创建一般

6、包括修订式和创成式两种方式。修订式的建模方式就是利用机加工前后工序模型的相似性，通过继承、布尔运算和参数修改等方式创建。而创成式的建模方法即是通过三维建模软件来构建，主要针对某些复杂型面通过简单的继承、移除和参数修改等操作很难实现，或者是不能满足精度要求等情况，但工作量大。机加工工艺设计的输入是零件MBD设计模型，附带大量的设计信息，如材料、图号、技术要求、尺寸及公差等。采用创成式建模方法创建工序模型时，需要从MBD设计模型中继承上述信息，存在信息录入、重复标注及建模工作量大等问题，尤其对于某些复杂机加工零件，加工特征数量多，存在大量标注信息，工艺设计师需要重复标注。采用修订式建模方法创建工序

7、模型，需要基于MBD设计模型通过“增材料”方式生成工序模型，对MBD设计模型的建模方式要求较高，尤其对于某些采用增材料和减材料混合方式建模的零件模型，通过继承、布尔运算和参数修改等方式创建工序模型的工作量往往也难以承受。Creo2.0软件的柔性建模模块可在继承设计模型的基础上进行特征快速编辑，使采用修订式快速构建工序模型成为可能。在上述分析的基础上，结合Creo2.0软件平台，提出了机加工工序模型建模实施方法及步骤，如图2所示。毛坯模型创建继承MBD设计模型创建毛坯模型，利用柔性建模技术将继承的设计模型快速变为毛坯模型。工序模型创建考虑到机加工工序之间的渐进特点，即前后两工序对应的工序模型之间

8、存在相似性，工序模型应从前一个工序模型继承或复制，并通过柔性建模技术将继承的模型快速变为本工序对应的工序模型。各工序模型采用装配管理的方式进行管理，形成零件工艺模型(后缀为asm)。注释信息编辑完成模型特征快速构建后，还需要对注释信息进行编辑。注释信息编辑主要是隐藏部分继承注释信息及添加工艺注释，用以表达制造要求。工艺注释一般可分为尺寸标注、形位公差标注、工装符号标注和加工特征标注。尺寸标注和形位公差标注的附加对象为三维工序模型上的几何对象。工装符号用以表达加工过程中工装的使用方法及其与工件之间的位置关系。加工特征标注用于更加直观地表达如加工面、加工基准等工艺特征。4保存并检入将经过模型检查的

9、工序模型保存并检入到PDM系统，建立零件工艺模型与MBD设计模型、工序模型与工艺规程的工序工步节点关联关系。四、机加工工序模型建模示例下面结合某零件实例，介绍Creo2.0平台下三维机加工工序模型建模实施过程。图3为某挡板类机加零件，材料为铝板，毛坯为方料，结合三维标注技术实现基于模型的设计信息表达及标注信息的分层管理。分析该零件的工艺性，确定加工工艺为：备料一粗铣一线切割f钳f精铣f检验f铝氧化f检验，采用上述技术建立所有的三维机加工工序模型，如图4所示。毛坯模型和工序模型采用装配建模方式进行管理，工序模型在继承上一工序模型的基础上，利用Creo2.0柔性建模模块快速生成对应特征，并进行注释信息编辑，包括隐藏部分继承注释信息及添加工艺注释。同时，由于工序模型与上一工序模型的继承性(毛坯模型继承设计模型创建生成)，当发生变更时，可通过更新继承的方式进行部分特征和尺寸的继承变更。图4(a)所示为毛坯模型和工序模型的管理示意，图4(b)为更新继承示意，图4(c)所示为毛坯模型，图4(d)为线切割工序对应的工序模型，图4(e)为精铣工序对应的工序模型。五、结语传统二维机加工工艺设计存在很多问题，例如二维工序图绘制繁琐且易产生歧义，无法为后期的加工检测与公