基于同步建模的工艺设计

    0 引言

    由于数字化制造技术的快速发展，复杂的产品零件对三维工艺模型的需求及其更新替代频率增强，目前三维模型的设计、制造、仿真数字样机技术已成为制造业的主流，三维模型贯穿了整个产品全生命周期。但是大多数设计软件以三维建模为主，工艺图样还在使用二维图，操作人员需要花费时间理解图样内容，有时产生歧义。而且产品的二维工序图与三维模型没有关联性，当设计模型发生改变时，下游的工艺设计部门有可能使用旧的工序图样指导生产加工，从而造成加工零件的报废。

    为了便于加工操作者识图，提高理解图形的效率，同时缩短产品的加工时间，加工制造过程中引人三维工艺模型。西北工业大学的黄瑞采用基于子图同构的方式，在当前二维工序图与三维模型的各个方向投影相对比，重构当前工序的三维模型。陈刚应用本体理论，将工艺信息模型和建模信息模型相映射，生成三维工序模型。石云飞提出一个工艺语义驱动的三维模型构建系统框架，以数字化工艺卡片为研究对象，将工艺语义映射到工序图中，完成三维工序模型的构建。有些研究基于MBD技术生成了零件工艺模型，在三维模型上添加尺寸从而消除了使用二维图，但是比标注尺寸到工序工程图，没有减少制图时间，反而引发了三维模型图样的“刺猬”现象。

    本文采用同步建模技术，快速地生成产品的三维工艺模型并且与设计模型有很好的关联性。首先从三维设计模型中提取的设计特征将其转化为加工特征，实现模型间的数据统一;再根据工艺规则将加工特征归类、排序生成加工零件的工艺过程路线；然后以该路线的逆过程中每道工序的加工特征和加工余量设计工序模型及毛坯模型，实现三维工艺模型的快速生成。

    1 工艺过程路线规划

    工艺过程路线规划的最有效方式是利用零件设计模型，将基于特征设计的建模方法与加工方法相关联，将设计特征映射为加工特征并用于规划工艺路线。

    1.1 加工特征的提取

    设计特征是几何、拓扑和功能基元组合的一个实体，在设计、分析和加工过程中使用，也是产品的局部形状[5]，它也是几何形状及功能的抽象，包括几何尺寸、材料特征、公差、表面粗糙度和精度等;而加工特征是几何形状与加工相关的信息集，包括了该几何特征的加工方法、加工设备、加工属性等。

    为了将设计特征转化为加工特征，需要从设计零件模型中提取产品的几何信息确定零件的加工区域，判断构成零件的基本几何要素：曲面（圆柱面、圆锥面等）、平面等;并识别几何特征类型(孔、槽、倒角、键槽、螺纹等）。根据零件模型的设计过程表示出的特征树，在设计零件时，先画主特征，然后在此基础上添加辅特征，如倒角、圆角、键槽等。将零件设计过程中拉伸、旋转、扫略等建模方法与工艺设计中的加工方法相映射，例如:拉伸可以对应车、铣、钻、磨等加工方法，旋转对应车和磨，在建模过程扫略通常为非规则几何体，在制造加工过程中作为非加工表面。表1说明了将车削加工方法与旋转建模方法的映射关系。