三维环境下的机加工工艺设计实施及应用

2023-01-06李淼

黑龙江科学 2022年4期

李淼

(唐山为民职业环境检测有限责任公司，河北唐山 063000)

“工业4.0”时代对机加工产品的尺寸精度、制造速度等各方面提出了更高要求。基于三维环境的机加工技术，将原来的二维平面图形转变成了三维立体模型，使零件设计方案达到了“所见即所得”的效果，兼顾了效率、精度等方面的要求。应用三维机加工技术时，加工工艺设计是一项核心内容，只有明确设计流程，熟练掌握每个环节的技术要点，才能突出三维机加工技术的优势。

1 三维环境下机加工工艺设计的优势

相比于二维机加工工艺设计，三维环境下的机加工工艺设计表现出了以下优势：工艺流程更加直观。在流程导图的指引下，整个工艺流程直观地呈现在设计人员面前，每完成一个设计环节，在导图的帮助下会自动提示下一环节的设计内容，为工艺设计起到了参考和辅助作用，对于设计效率的提升有积极帮助。立体化呈现，所见即所得。将零件的尺寸等基本参数输入到三维软件中，利用该软件把海量的点位坐标转化成三维模型，设计人员能够直观了解零件的加工信息，灵活地完成参数调整、尺寸修改，直到获得理想的零件模型。数据管理更便捷。三维软件对零件相关信息进行自动保存，防止数据丢失，机加工的工艺设计、模型参数等能够以标准文件的方式输出，方便读取和利用。

2 三维环境下机加工工艺设计的实施路径

2.1 数据接收设计

设计人员需要将待加工零件的各项数据输入到三维建模软件中，使计算机明确加工要求。这些数据包括几何信息(如尺寸、形状等)、材料信息、技术信息、管理信息等。所有数据通过USB接口输入，三维建模软件在接收这些数据后，将其存储到数据库中，生成一个独立的文件夹，为下一步数据的调用、存储创设便利条件。

2.2 生成毛坯模型

设计人员通过登录口令的验证后，进入三维机加工工艺设计系统。调取数据库中的数据资料，得到三维零件模型。从工具栏中选择“毛坯设计”，在新弹出的对话框中选择“毛坯材料”，此时可以得到尚未进行任何工艺处理、由原始数据直接得到的毛坯模型。将毛坯模型上多余的特征形状去除，可选择的方法有特征叠加法和特征逐渐减法。将毛坯材料的边界特征、内陷特征、螺纹特征等全部去除，为下一步进行高精度的模型设计和零件加工奠定基础。

2.3 定义工序模型

在正式进行模型定义前，应调用工具栏的“特征识别”工具，对毛坯模型的特征去除效果进行检验。如果识别出该毛坯模型还存在一些几何特征(如角度、余量)、加工特征等，要做进一步处理，直到毛坯模型不存在任何特征后，可以生成工序模型。为了达到三维模型“所见即所得”的效果，要求将每一道工序模型进行重新定义、单独处理，并进行可视化检验，令工艺源模型与工序模型在各个方面保持一致。完成工序模型定义后，再进行下一环节。

2.4 确定工艺特征

工艺特征来源于工艺信息模型的数据组织，决定工艺特征的因素包括：其一，设计者的零件自定义。基于零件的使用需求和功能特性，设计者通常会对零件的某些方面(如材料、形状)有特殊要求，需要通过自定义的方式来实现。其二，工艺规程。涵盖了工艺要求、资源使用、工序资源等内容。工艺特征应尽可能全面地涵盖三维模型的所有特征点，这样才能保证设计出来的三维模型与实体零件之间保持高度的相似性，以满足实体零件对于各种使用功能的基本要求。在确定工艺特征后，要分布步骤生成工序模型，常用的工序模型生成方法有图形拼凑法、特征参数法等。以特征参数法为例，核心部分是CAD/CAPP信息集成系统，从加工特征库、工艺知识库中提取关键信息，经过CAD系统处理后得到零件特征模型，将三维模型扩展到实体，得到工序模型。

2.5 数据信息传递

三维机加工工艺设计需要在模型建立过程中完成其工艺信息的表达，从而进行数据的传递。其表达工艺信息的过程，要注意信息的规范标识，采用统一标识和方法，完成后期的应用推广和施工。信息可以以属性方式隐含在三维模型中，这样后续使用只需通过数据调用就可以完成信息获取。设计者还可以尝试将三维标注直接添加到三维模型的各个模块上，后期想要了解三维模型的基本信息，只需要用鼠标点击对应的模块，即可在新弹出的详情页上完整展示工艺信息，这是数据信息传递的一种有效方法。工艺信息标注可以从属性标注和功能标注中选择其一。

2.6 完成工序设计

按照上述流程，依次完成了毛坯准备、工序设计、数据传递等步骤后，基本上完成了机加工工艺流程。利用已经生成的流程导图，将工艺特征、工艺信息等与流程导图相结合，在得到三维模型之后，将所有数据及工序一并输出。工序设计环节，要通过仿真验证的方式，对工序模型进行验证，验证流程包括特征识别、数控编程、仿真实验、干涉检查等。根据验证结果，对工序模型做后置处理，得到最终的三维工艺模型。

2.7 发布工艺信息

将三维机加工工艺设计中生成的各类数据进行汇总，整理成表格，得到工艺输出表单。继续输出工艺模型，如果模型的组成结构复杂、类型多样，可将其转化为模板并按照特征信息予以分类。发布工艺信息，作为零件加工制造的参考依据。

3 三维环境下机加工工艺设计的应用

利用工艺设计流程规划，确定各种复杂的、高精密度的零件加工路线，以更快速度得到更高精度的产品。用于加工材料、制造设备的流程设计，如机床、刀具、夹具的生产规划等，提高了工件的标准化程度。实现模型二次开发。在机加工工序设计完成后，所得三维模型及其配套数据会单独保存到一个文件夹中，后期如果想要进行模型数据检查或是在模型基础上进行二次开发，可直接调用该文件夹中的数据。用于指导现场加工。将现场加工信息与机加工工艺设计方案对比，对控制加工误差、保证加工精度有积极帮助。