基于模型的航空零件工艺的研究与应用

◎李凡

工艺设计中所产生的数据是产品生产制造中的重要信息，其可为生产计划的制定以及生产材料的采购提供依据，也可作为生产调度工作开展的重要参考数据。然而目前部分航空制造企业仍采用二维方法进行相关数据与信息的描述，因此，本文对基于模型的航空零件工艺的研究与应用展开探讨具有重要意义。

一、航空行业的发展现状及发展特点分析

在制造领域中，航空国防行业是重要产业之一，其所应用的制造技术较为高超，并且航空零件的制造水平是国家科技发展状况的重要体现。近年来，航空领域取得了稳步的发展与进步，然而在竞争日益激烈、航空零件需求不断提升的当下，航空企业在发展中呈现出了生产效率低下、产能难以提升以及技术工艺创新能力不足的问题，并且生产规模日益扩大，生产综合性逐步提升，产品研发周期不断缩短，对于产品的性能要求不断提升。

二、基于模型的航空零件工艺系统分析

1.方案设计。

基于模型的航空零件工艺解决方案包括协同设计、设计数据获取、工艺分工、工艺设计、工装设计、数控编程及仿真、工艺卡片与报表生成、MES/ERP集成、知识及资源管理等核心功能，实现从产品设计到工艺、制造的业务集成。TCM是基于模型的工艺解决方案中的主要功能模块，它提供了工艺数据标准发布流程与变更流程，并贯通设计、工艺变更的全流程管理。TCM将工艺路线以结构树的方式进行管理，使数据的表达、重组、扩展、汇总变得更加方便，可以更有效地指导生产，同时为MES、ERP等系统的数据准确性及可用性提供了保障。TC集成了NXCAD/CAE/CAM，可以在统一平台下实现零件设计、工装设计及数控编程与验证等功能。

2.系统功能分析。

（1）数据接收与传送功能。

建立航空企业产品数字化定义的成熟度评价标准，设计成熟度等级和详细准则，通过多级成熟度审批流程发放设计数据。工艺部门依据预发放的三维设计模型进行工艺分析，检查结构设计的合理性，并反馈工艺审查意见。

（2）工艺设计功能。

在工序模型建立之前，首先要进行工艺路线的明确，合理进行工艺方案的合理设计与完善，以免在建模过程中进行方案的修改。在工序模型制造时，可采用正向或逆向的方式进行建模。如为正向建模，则可从毛坏的构建入手，利用相应参数并执行相关操作即可完成建模，也可采用反向的方式，将设计模型作为起点进行倒推进而实现工序模型的建立。具体建模时，通过NXWAVELink功能引用设计模型或其他工序模型，运用同步建模对模型进行修改，如增减加工余量、删除或添加孔、槽等特征，方便快捷地建立关联的工序模型。

为各工序创建工序卡时，可在NX中选择工序卡模板，工序卡的内容自动继承零件及工序属性表。在工序编辑界面直接调用资源库中设备、工装，并保存关联关系，在图形区插入3D工序模型、2D投影图，或直接绘制工序图。通过PMI功能进行3D制造信息标注，如工序尺寸公差、加工区域标识、操作说明、检验要求等。在标注时，标注内容与被标注几何体素应当正确关联。如果模型复杂，无法通过一个视图完整清晰地表达所有内容，可定义多个视图，进行分视图标注，同时应灵活运用文字注释和标注分层功能。

钣焊、装配、锻铸、热表及探伤等工艺以非结构化的方式管理，即无需细化到工序，但应支持未来进行结构化改造。完成整套工艺后，进行审批、发放，审批者可方便地进行浏览和圈阅。

3.工艺装备设计与管理。

对于航空制造企业来说，其工艺装备有诸多特点，工艺装备的种类丰富、技术涉及多个学科领域。同时，其生产工艺标准较高，与飞机产品生产相比，不仅生产工艺的精度要求更高，并且需要更加漫长的研制周期。此外，在生产过程中对生产工艺有着较高的要求。航空企业是否具备先进的技术研发能力与高超的生产能力决定着飞机能否制造成功。

基于模型的工装设计将标准及规范引入工装设计应用系统，采用模块化设计理念，形成工装设计知识和经验的积累和重用。通过TC对与工装设计相关数据进行统一管理，如典型工装模板数据、典型设计形状数据、工装产品数据等。针对模具工装，NX提供了专业的功能模块，包括注塑模设计、级进模设计、冲压模设计、电极设计等。

4.数控编程与仿真分析。

在基于模型的工艺解决方案的基础上，梳理数控加工流程，创建控制系统、机床模型、刀具、加工参数等各类资源库。在系统中设置多角色并赋予相应数据操作权限，工艺人员直接利用设计或关联的工序模型进行数控编程，在Vericut中仿真数控加工过程，检查过切、欠切，防止机床碰撞及超行程等异常，分析、优化NC程序代码，减少实际运行风险，提高加工效率和精度。仿真完成后将加工仿真包导入TC系统，同时，也可直接将系统中的仿真项目包导出进行加工过程的仿真。

5.产品生产检测。

产品生产的检测包括检测工艺规划和检测执行。基于模型的检测技术将检测信息集成在三维模型中，进行工序检测工艺的规划，实现了三维模型数据在工艺设计与检测环节的重用。这些数据包括由工序尺寸、公差、几何精度等组成的设计信息以及由检测工艺符号和检测技术要求等组成的检测工艺信息。检测的执行是根据检测工艺规定的内容进行实测，并反馈测量结果。实际操作时可通过常用测量仪器（如游标卡尺、千分尺等）、三坐标测量仪、影像测量设备及特殊测量设备（如粗糙度测量仪）等获得检测结果。

结语：基于模型的航空零件工艺系统实现了制造领域与先进的信息技术手段的有效融合，该系统实现了全三维设计，有利于生产工艺的合理规划，实现工序模型的有效建立与优化，有利于工装设计的高效开展，使工艺管理过程更加科学化。合理进行工艺设计路线的设定，确保基于模型的航空零件工艺数字化设计技术的有效应用，可促进航空企业零件制造技术与研发能力的优化与提升，可加快研发效率，节约研发成本，实现产品生产质量的整体提升。