0引言

葉輪零件是多種航空產品中的主要零部件,精度高,加工難度大,生產周期長,往往是生產交付的瓶頸。很多航空企業(yè)已基本實現(xiàn)三維設計,但三維工藝的應用還未推廣, 目前仍普遍使用二維CAPP^[1]。葉輪零件采用二維工藝存在以下缺點:

1)葉輪零件幾何外形較為復雜,涉及多個復雜曲面,二維工藝卡片往往通過二維簡圖和信息描述體現(xiàn)設計要素和工藝設計,很難進行清晰直觀有效的表達,致使生產制造環(huán)節(jié)易出現(xiàn)理解偏差,最終影響產品質量。

2)葉輪零件數(shù)控加工工序多,二維工藝編制完成后,需重構三維工序模型才能完成數(shù)控加工業(yè)務,存在大量的重復性勞動。

3)目前仍以二維設計圖為工藝設計數(shù)據(jù)源,沒有直接重用三維設計模型(或者三維設計模型不合法),設計數(shù)據(jù)傳遞效率低下。

三維工藝設計作為支撐基于MBD的三維數(shù)字化設計制造一體化(TCM)研制模式的關鍵環(huán)節(jié)^[2],負責確定產品制造過程以及制造所需的制造資源、制造時間等,是連接產品設計與制造的橋梁。基于MBD 技術設計的三維設計數(shù)據(jù)直接作為三維工藝的輸入,能夠降低信息傳遞出錯的概率,確保設計信息自始至終地準確表達,同時三維的展現(xiàn)形式也使得應用于生產制造現(xiàn)場的工藝文件可讀性更強,表達更為準確^[3—5]。

通過試點產品和零件的應用打通了基于MBD的產品設計、工藝設計、制造全過程, 目前國內領先的航空企業(yè)已初步建立了基于MBD的三維數(shù)字化工藝設計系統(tǒng),但與MBD的全面推廣應用還有一定距離,還沒有將MBD數(shù)據(jù)真正應用于實際的生產和加工,生產現(xiàn)場無法獲取并查看與任務數(shù)據(jù)集成的三維工藝數(shù)據(jù)?；谝陨蠁栴},選擇葉輪零件,利用MBD三維工藝設計平臺編制葉輪零件的三維工藝,真正將三維工藝技術推向下游車間,利用MBD三維工藝技術完成葉輪零件的加工制造。

1 葉輪零件的三維工藝設計

1.1 葉輪零件結構化工藝路線構建

利用現(xiàn)有TCM工藝平臺,接收設計數(shù)據(jù)后完成葉輪零件的工藝路線創(chuàng)建。在制造工藝規(guī)劃器中選中新建工藝,在彈出的新建工藝窗口選擇專業(yè)工藝種類,單位代號默認為編制人員所在單位,點擊生成工藝編號,編輯工藝名稱,選擇工藝類別,創(chuàng)建工藝集過程如圖1所示。最終系統(tǒng)在工藝集版本下新建了專業(yè)工藝。

工藝版本下制造目標關聯(lián)零組件最新版本設計數(shù)據(jù)版本對象,若存在PBOM對象,關聯(lián)最新版的 PBOM對象。通過在工藝集下新建工序,并賦予各工序不同屬性,完成下料工序、加工工序、檢驗工序等的創(chuàng)建,最終完成工藝路線框架的構建,如圖2所示。

隨后,為工序節(jié)點指派工藝資源,如加工設備、工裝夾具、刀具、量具等資源,工藝資源直接從TC分類管理器中調用,如圖3所示。

基于TCM工藝平臺搭建的工藝文件將產品、工藝、制造資源整合在一起,形成2PR模型,在此基礎上建立工藝順序結構樹,工藝結構樹的每一分支為一道工序。

1.2 葉輪零件全三維工序模型設計

對于工序模型的設計有兩種方式:方式一使用WAVELINK方式創(chuàng)建,這種方式可以保持設計模型與工序模型的關聯(lián)、工序間模型的關聯(lián);方式二采用導入設計模型或工序模型的方式在此基礎上創(chuàng)建工序模型,這種方式設計模型、工序模型都是獨立的模型,之間沒有建立聯(lián)系與關聯(lián)。

對于工序模型的設計順序,也分為三種:正向設計、逆向設計、正逆向結合的方式。正向設計:就是從毛坯到零件演變的過程,是零件上增加細節(jié)特征的過程,也是零件的加工過程(刀具去除材料的過程)。逆向設計:就是從零件到毛坯演變的過程,是刪除特征的方式,也就是增加材料的過程。通常采用逆向的設計方法。

通過對葉輪工藝路線的分析,銑加工葉型前道工序模型是前后工序銜接的重要節(jié)點,因此構建為“中間工序模型”,其他工序在此基礎上,通過增減特征或余量,向前、向后推理獲得,所有“中間工序模型”是創(chuàng)建工序模型過程中的重要工序。

根據(jù)葉輪零件 自身工藝特點的分析、總結、歸納,形成如圖4所示創(chuàng)建工序模型思路。

根據(jù)葉輪工序模型的創(chuàng)建思路,形成如圖5所示葉輪工序模型創(chuàng)建的步驟。

1.3 葉輪零件工序模型三維標注

在葉輪工序模型建立完成后,需遵循MBD工序模型三維標注規(guī)范,完成葉輪工序模型的三維PMI標注。在NX中使用“PMI關聯(lián)復制”功能,將需要設計模型或工序模型中的PMI標注,直接復制到當前工序模型中。同時在建立適當視圖的基礎上快速完成工序模型的三維標注,機加工序完成對加工面的著色處理,三維標注需完整包括形位公差、幾何公差、工藝特殊符號、基準特征符號、基準目標符號、工步信息、特殊技術要求等,如圖6所示。

1.4 工藝審批

零件工藝編制完成后,將整個工藝結構通過相應審簽流模板,完成電子審批流程,完成審批流程后審簽記錄自動寫入NX相關屬性。

2 三維工藝的數(shù)據(jù)發(fā)布及現(xiàn)場執(zhí)行

葉輪三維工藝編制完成后,其正確性和先進性需通過車間現(xiàn)場的實際應用才能得到驗證。三維工藝數(shù)據(jù)下車間指導現(xiàn)場生產,與二維數(shù)據(jù)不同的是,三維工藝數(shù)據(jù)沒有二維工藝卡片,為下游車間展示的是帶三維標注的三維工序模型。通過現(xiàn)場各工位部署的終端,將輕量化的三維工序模型傳遞給MES,實現(xiàn)三維零件工藝現(xiàn)場查看。

葉輪三維工藝使直接來源于設計的三維數(shù)模成為生產制造過程中的唯一標準,確保最大化傳遞和繼承設計信息的準確性,能夠減少工藝對設計信息理解上的錯誤,同時增強工藝信息的可讀性,降低出錯概率,提高生產制造階段的效率。現(xiàn)場使用過程中,加工者在MES個人任務窗口即可點擊瀏覽當前工序三維工藝,通過不同視圖的切換、各種三維模型瀏覽操作(包括放大、縮小、旋轉和高亮顯示等)、簡便的測量工具,能夠清晰地讀取到全部工藝信息。

3 總結與展望

本文通過編制葉輪零件三維工藝并應用于生產制造,直接傳遞和繼承基于MBD技術設計的三維設計數(shù)據(jù),取代原有的二維工藝,解決葉輪零件工藝設計及現(xiàn)場生產中存在的數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一、工藝數(shù)據(jù)表達不直觀、工藝數(shù)據(jù)的傳遞和執(zhí)行效率不高等問題,真正提高了工藝的可讀性和準確率,使基于三維工藝的生產制造成為現(xiàn)實。

但是, 目前全三維工藝設計軟件平臺的 自動化和智能化水平低下,仍需要較多的交互操作,對工藝人員的經驗依賴程度高,缺乏專用的軟件工具提升工藝設計自動化和智能化水平。同時,當前沒有完全

發(fā)揮全三維工藝的優(yōu)勢,現(xiàn)場工藝展示僅限于工藝信息,工序屬性、工序資源、CAM程序等并未全部體現(xiàn)。隨著基于MBD三維工藝的深入應用,如何與其他信息系統(tǒng)進行集成,使得三維工藝的編制更為高效,三維工藝的管理更為嚴謹,充分發(fā)揮數(shù)據(jù)流、信息流集成優(yōu)勢,提高效率和工藝的標準化、規(guī)范化水平,縮短工藝編制周期并最終達到縮短產品研制周期、生產周期和提高產品質量的 目的,還需要不斷研究和探索。

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2024年第19期第19篇