CN102722615B - 一种基于三维模型的工艺信息表达方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于三维工艺设计领域，是一种基于三维模型的机加工工艺信息表达方法。其特征是：这种基于三维模型的工艺信息表达方法按照如下的三个步骤进行：工艺信息标识符号构建；工艺信息组合符号动态生成；工艺信息三维标注。该工艺信息表达方法通过三维标注实现工艺信息与三维模型相关联，将设计与工艺统一在三维平台上，取代纸制二维工艺卡片，解决目前二维工艺信息表达不直观、形式多样、难以管理等问题。

Description

一种基于三维模型的工艺信息表达方法

技术领域

本发明属于三维工艺设计领域，是一种利用三维标注技术实现机加工工艺信息规范表达方法，特别是一种基于三维模型的工艺信息表达方法。

背景技术

目前的工艺设计大多是在二维图纸基础上进行，设计人员除了建立三维模型外，还需要花大量时间和精力用于把三维模型转化为二维图纸；工艺人员需要重新进行三维建模，并设计二维工艺卡片，提交制造厂使用。这种频繁的更改不但增加了工作量，而且还难以保证数据的唯一性，存在着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问题，逐渐成为数字化制造的瓶颈。在目前“三维设计+二维制造”的模式下，工艺信息表达也限于二维形式，不能与三维模型特征直接关联，无法直观反映工艺细节，且表达方式多样，给操作人员理解、使用带来困难。

随着MBD技术的发展和推广应用，实现基于模型的三维工艺设计已成为可能。MBD技术采用集成的三维实体模型来完整表达产品几何形状信息与尺寸、公差、工艺等信息，将工艺与设计、制造相结合，在三维环境下开展工艺设计，打通设计与工艺的三维数据链。目前基于MBD的三维工艺技术研究集中在三维数字化装配工艺规划、装配过程仿真、数据信息管理等方面，借助三维装配工艺路径规划和装配过程仿真构建装配工艺三维工艺卡片，生成三维装配动画，而关于机械加工工艺信息（加工方法、设备信息、刀具信息、工艺参数等）在模型上规范表达方法的研究还尚属空白。因此，急需一种基于模型的工艺信息规范表达方法，克服目前工艺信息表达不直观、形式多样、难以管理等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维模型的工艺信息表达方法，并提供相应工具来实现基于三维模型的机加工工艺信息规范表达，通过三维标注实现工艺信息与三维模型相关联，将设计与工艺整合于统一的三维设计平台，继而取代二维工艺卡片，解决目前二维工艺信息表达不直观、形式多样、难以管理等问题。

本发明的技术方案是一种基于三维模型的工艺信息表达方法，其特征是：这种基于三维模型的工艺信息表达方法按照如下的三个步骤进行：

步骤1，工艺信息标识符号构建；设计人员在国内已有标准给出部分工艺信息标识符号的基础上，在Pro/E环境下通过二次开发动态定义表达符号，以Oracle为数据库，对工艺信息标识符号进行模板化定制和扩充，构建符合相关标准要求的工艺信息标识符号；

步骤2，工艺信息组合符号动态生成；根据步骤1中构建的符号，对定制的标识符号进行处理，将各类工艺信息标识符号进行有序排列，构建工艺信息组合符号，并基于Pro/E二次开发接口程序，开发交互式组合符号动态生成模块，实现组合符号动态快速生成；

步骤3，工艺信息三维标注；在零件各道工序模型基础上进行标注。

所述的工艺信息是指机械加工过程中常用的工艺信息，如定位夹紧方式、机床信息、刀具信息、切削液信息和加工方法等。

所述的标识符号是指以符号形式表达对应的工艺信息，国内已经有标准给出了部分工艺信息规范化标识符号。

所述的步骤1中对已有的工艺信息标识符号进行的扩充是指对目前未有标识符号规定的工艺信息，结合实际情况制定其对应的标识符号。

所述的步骤2中工艺信息标识符号的有序排列，其排列方式按照数量、设备型号、加工方法、刀具类型、刀具参数、切削参数、切削液和备注的顺序。

所述的数量是指本道工序或工步加工特征的数量；设备是指本道工序或工步加工选用的机床；加工方法是指本道工序或工步采用的工艺加工方法，如车削、铣削、刨削、拉削；刀具类型是指本道工序或工步使用的刀具类型，如车刀、铣刀、刨刀、拉刀；刀具参数是指本道工序或工步使用刀具的几何参数，如前角、后角、主偏角、副偏角；切削参数是指本道工序或工步加工过程中选用的切削用量参数，如切削深度、切削速度、进给量；切削液是指本道工序或工步加工过程中选用的切削液信息；备注是指除以上信息以外的其他附加说明。

所述的步骤3中在零件各道工序模型基础上进行标注包括以下四个步骤：

首先，在零件各道工序模型基础上，标注零件尺寸、公差、表面结构、几何公差等设计信息；

其次，在零件各道工序模型基础上，标注零件定位基准、夹紧方式等信息；

然后，在零件各道工序模型基础上，标注动态生成的工艺信息组合符号；

最后，在零件各道工序模型基础上，根据需要编写技术要求等常用文本信息，通过标注实现文本信息与三维模型相关联。

本发明的特点是：1、首次将符合标准要求的工艺信息标识符号用于机加工三维工艺设计领域，能充分发挥符号信息形象直观、简洁明了、标准通用性和易于实现等优点，有利于规范基于三维模型的工艺信息表达方法。

2、在Pro/E环境下开展机加工工艺设计，通过二次开发，制定符合相关标准要求的工艺信息标识符号，以所见即所得的方式动态生成工艺信息组合符号，实现了工艺信息的快速获取，并通过Pro/E三维标注功能实现工艺信息在三维模型上的规范表达，实现了工艺信息与三维模型相关联。

3、工艺设计人员可以直接在三维环境下开展设计工作，无需在思维上进行二维到三维的转换，设计生成的工艺信息直接规范地标注在三维模型上，克服以往因个人盲目性和随意性等导致的工艺信息表达方法各异、难以理解等难题，并可以有效地实现工艺信息与三维模型相关联，取代纸制二维工艺卡片，同时也解决纸制工艺卡片难以管理等问题，具有信息表达直观明了、设计方便、易于理解和管理等特点。

4、成功解决了目前二维工艺信息与三维模型脱节，二维工艺信息表达不直观、形式多样、难以管理等问题，具有快速直观、交互性好等特点，通过它，工艺设计人员可以将工艺信息与三维模型统一起来，快速地标注零件的工艺信息，为下游用户提供直观、简便、规范的数据，从而显著提高工艺设计效率。

附图说明

下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：

图1是一种基于三维模型的工艺信息表达方法的体系结构图；

图2是工艺信息标识符号构建方法流程图；

图3是工艺信息组合符号内在关系图；

图4是三维标注内容分类图；

图5是尺寸公差信息与模型关联示意图；

图6是基准信息与模型关联示意图；

图7是表面结构信息与模型关联示意图；

图8是几何公差信息与模型关联示意图；

图9是工艺信息组合符号动态生成示意图；

图10是文本信息与模型关联示意图；

图11是基于本发明的模型图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于三维模型的工艺信息表达方法，它的具体实施过程包括如下三个步骤：

步骤1，工艺信息标识符号构建；设计人员在国内已有标准给出部分工艺信息标识符号的基础上，在Pro/E环境下通过二次开发动态定义表达符号，以Oracle为数据库，对工艺信息标识符号进行模板化定制和扩充，构建符合相关标准要求的工艺信息标识符号；

步骤2，工艺信息组合符号动态生成；根据步骤1中构建的符号，对定制的标识符号进行处理，将各类工艺信息标识符号进行有序排列，构建工艺信息组合符号，并基于Pro/E二次开发接口程序，开发交互式组合符号动态生成模块，实现组合符号动态快速生成；

步骤3，工艺信息三维标注；在零件各道工序模型基础上进行标注。

如图2所示，步骤1是指针对目前已发布的国内标准中零星给出一些工艺符号制定要求，例如GB/T 24740-2009《技术产品文件 机械加工定位、夹紧符号表示法》规定了定位、夹紧方式符号绘制要求，国标GB/T 3167-1993《金属切削机床 操作指示形象化符号》和GB/T 16273.2-1996《设备用图形符号 机床通用符号》规定了常见机加工艺方法符号、刀具指示符号等，工艺设计人员结合符号制定基础标准对符号字体（GB/T 14691-1993《技术制图 字体》）、比例（GB/T 14690-1993《技术制图 比例》）、线条（GB/T 4457.4-2002《机械制图 图样画法 图线》）等要素的规定，并考虑实际应用情况进行合理修改和扩充，利用Pro/E二次开发接口程序，进行符号的模板化定制和扩充；利用Oracle进行符号的存储和管理，构建工艺信息标识符号。

如图3所示，步骤2是指在步骤1的基础上，对定制的标识符号进行处理，将各类工艺信息标识符号进行有序排列，构建工艺信息组合符号。工艺设计人员利用Pro/E二次开发接口程序，通过开发操作界面，采用所见即所得的方式交互式选择操作，通过有序组合动态生成工艺信息组合符号。工艺信息组合符号的关键是在清晰、完整、简洁表达零件在各道工序的工艺信息的前提下，确定符号之间的内在关系。机加工工艺设计过程一般包括工艺性审查、工艺路线确定、工序设计等阶段，在不同阶段确定相应的工艺信息。在工艺性审查阶段，根据零件的生产特点确定零件生产类型（大批量、小批量等），提取零件加工特征进行加工工艺性分析，确定对应的加工方法；在工艺路线确定阶段，选择零件定位、测量和装配基准，确定零件加工工序序列，确定工序加工余量和毛坯尺寸，根据零件加工精度要求划分加工阶段（粗加工、半精加工、精加工）；在工序设计阶段，由加工方法和零件精度要求依次确定各工序的机床设备、刀具、夹具和量具等工艺装备，并由工艺尺寸链计算各工序尺寸及公差；在切削参数确定阶段，根据工序尺寸确定工步序列及对应的切削参数；在辅助信息确定阶段，确定加工过程中切削液、工时定额、经济分析等信息。因此，本发明中工艺信息组合符号的组合顺序如下：数量、设备型号、加工方法、刀具类型、刀具参数、切削参数、切削液和备注。

数量是指本道工序/工步加工特征的数量；设备是指本道工序/工步加工选用的机床；加工方法是指本道工序/工步采用的工艺加工方法（车削、铣削、刨削、拉削……）；刀具类型是指本道工序/工步使用的刀具类型（车刀、铣刀、刨刀、拉刀……）；刀具参数是指本道工序/工步使用刀具的几何参数（前角、后角、主偏角、副偏角……）；切削参数是指本道工序/工步加工过程中选用的切削用量参数（切削深度、切削速度、进给量……）；切削液是指本道工序/工步加工过程中选用的切削液信息；备注是指除以上信息以外的其他附加说明。

如图4至10所示，步骤3是指对零件设计信息和工艺信息进行三维标注，实现设计信息、工艺信息与零件三维模型相互关联，具体包括以下步骤：

3.1、在零件各道工序模型基础上，标注零件尺寸、公差、基准、表面结构、几何公差等设计信息。

3.1.1、如图5所示，利用Pro/E标准功能标注零件尺寸和公差信息，输入尺寸上下公差值，实现零件尺寸和公差的三维标注，

3.1.2、如图6所示，标注符合GB/T 1182-2008《产品几何技术规范(GPS)几何公差、形状、方向、位置和跳动公差标注》规定的零件基准代号。具体为：工艺设计人员结合操作界面操作获取基准信息，并选择参考边和相对方向实现基准标注。

3.1.3、如图7所示，标注符合GB/T 131-2006《产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法》规定的零件表面结构要求信息。工艺设计人员选择表面结构符号的处理方法、符号内容和引线类型等要素，动态生成表面结构符号，并选择标注位置。

3.1.4、如图8所示，标注符合GB/T 1182-2008《产品几何技术规范(GPS)几何公差、形状、方向、位置和跳动公差标注》规定的零件几何公差信息，采用所见即所得的方式交互式选择类型和数值输入。

3.2、在零件各道工序模型基础上，标注符合GB/T 24740-2009《技术产品文件 机械加工定位、夹紧符号表示法》规定的零件定位基准、夹紧方式等信息。工艺设计人员采用所见即所得的方式交互式选择零件定位夹紧信息，选择标注平面和标注点位置表达零件定位夹紧信息。

3.3、如图9所示，在零件各道工序模型基础上，标注动态生成的工艺信息组合符号。为了可以直观、准确地获得工艺信息，工序模型的加工特征将高亮显示，同时工艺设计人员可以随时更改加工特征的显示颜色和标注位置，以适应不同视角需求，

图11显示了某零件工艺信息组合符号生成及标注过程。该零件本道工序为车外圆（数量为1），采用车削加工，三爪卡盘夹紧，车床代号为CX616A，选用端面车刀（前角45°，后角30°，主偏角5°，负偏角3°），切削深度为10mm，转速为1000r/min，进给率为0.5mm/min，切削液为非水溶性乳化液。在标注过程中，通过高亮颜色显示待加工面，使制造人员能够直观地理解工件的工艺信息。

    3.4、如图10所示，在零件各道工序模型基础上，工艺设计人员根据需要编写技术要求等常用文字信息，并可以将常用的文字信息配置成菜单形式，直接显示在Pro/E菜单中，方便快速调用，通过标注实现文本信息与三维模型相关联。

这种基于三维模型的工艺信息表达方法，结合目前已有标准制定机械加工工艺信息标识符号，并通过有序排列构建工艺信息组合符号，标识符号大多引用于现有标准，具有普遍适用性；将设计和工艺统一在Pro/E下，通过三维标注实现工艺信息在三维模型上的规范表达，实现工艺信息与三维模型的有效结合；工艺信息标注在Pro/E标准功能的基础上封装，所有标注结果都可以使用Pro/E标准功能来完成，提高三维标注效率；提供交互式操作界面，所见即所得的数据录入结果展示，直观明了。

本实施例没有详细叙述的部分属本行业的公知常识，在网上可以搜索到，这里不一一叙述。

Claims (3)

1.一种机械加工过程中基于工艺信息标注的三维模型构建方法，其特征是：这种机械加工过程中基于工艺信息标注的三维模型构建方法按照如下的三个步骤进行：

步骤1，工艺信息标识符号构建；设计人员在国内已有标准给出部分工艺信息标识符号的基础上，在Pro/E环境下通过二次开发动态定义表达符号，以Oracle为数据库，对工艺信息标识符号进行模板化定制和扩充，构建符合相关标准要求的工艺信息标识符号；

步骤2，工艺信息组合符号动态生成；根据步骤1中构建的符号，对定制的标识符号进行处理，将各类工艺信息标识符号进行有序排列，构建工艺信息组合符号，并基于Pro/E二次开发接口程序，开发交互式组合符号动态生成模块，实现组合符号动态快速生成；

步骤3，工艺信息三维标注；在零件各道工序模型基础上进行标注；包括以下四个步骤：

首先，在零件各道工序模型基础上，标注零件尺寸、公差、表面结构、几何公差的设计信息；

其次，在零件各道工序模型基础上，标注零件定位基准、夹紧方式信息；

然后，在零件各道工序模型基础上，标注动态生成的工艺信息组合符号；

最后，在零件各道工序模型基础上，根据需要编写技术要求的常用文本信息，通过标注实现文本信息与三维模型相关联；

所述的工艺信息是指机械加工过程中常用的工艺信息，包括定位夹紧方式、机床信息、刀具信息、切削液信息和加工方法；

所述的标识符号是指以符号形式表达对应的工艺信息，国内已经有标准给出了部分工艺信息规范化标识符号；

所述的步骤1中对已有的工艺信息标识符号进行的扩充是指对目前未有标识符号规定的工艺信息，结合实际情况制定其对应的标识符号。

2.根据权利要求1中所述的一种机械加工过程中基于工艺信息标注的三维模型构建方法，其特征是：所述的步骤2中工艺信息标识符号的有序排列，其排列方式按照数量、设备型号、加工方法、刀具类型、刀具参数、切削参数、切削液和备注的顺序。

3.根据权利要求2中所述的一种机械加工过程中基于工艺信息标注的三维模型构建方法，其特征是：所述的数量是指本道工序或工步加工特征的数量；设备是指本道工序或工步加工选用的机床；加工方法是指本道工序或工步采用的工艺加工方法，包括车削、铣削、刨削、拉削；刀具类型是指本道工序或工步使用的刀具类型，包括车刀、铣刀、刨刀、拉刀；刀具参数是指本道工序或工步使用刀具的几何参数，包括前角、后角、主偏角、副偏角；切削参数是指本道工序或工步加工过程中选用的切削用量参数，包括切削深度、切削速度、进给量；切削液是指本道工序或工步加工过程中选用的切削液信息；备注是指除以上信息以外的其他附加说明。