CN112489199B - 一种基于mbd的数控加工工序模型的创建与标注方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，该方法包括启动三维软件，根据零件特征选择逆向柔性建模或正向工序族表方式创建三维工序模型；对三维工序模型添加三维标注和NC原点信息，输出三维作业指导卡。本发明针对在数控加工过程中工序模型的创建方式、标注形式及在车间作业指导卡上的相关展现方式，完善了工序模型的创建原则和内容事项，具体化地展示了基于MBD的工序模型的三维标注组合视图展现方式，对复杂特征零件提供了一种可以多种方式结合的处理方法。

Description

一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法

技术领域

本发明涉及数控加工过程中工序模型的创建与标注方法技术领域，具体涉及一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法。

背景技术

2003年，美国制定了数字化相关标准“ASME Y14.41-2003”，并将其作为三维设计制造的依据。2006年，国际标准化组织(ISO)制定了标准草案“ISO 16792-2006”，成为了欧亚地区数字化设计制造的标准文件。2009年，我国发布了《GB/T 24734-2009技术产品文件数字化产品定义数据通则》国家标准。MBD技术指的是在所加工的产品三维模型中，表达了关于尺寸、公差、标注、技术要求等特征信息的数字描述方式，以MBD模型作为实践设计制造一体化的方向业已成为完善产品设计的趋势之一。近年来，在技术实践过程中，波音、空客等公司将MBD技术运用在了产品的研制过程中，并取得了一定效益，相比而言，国内制造企业的研究领域还较局限，基于不同系统平台的数字化标准也在不断完善。

在数控加工过程中，产品模型分为设计模型、工艺模型和工序模型，工序模型往往在尺寸标注的处理方面设计不合理，由此导致工艺设计人员凭借经验在工序模型上进行标注，需关注和处理的信息量大，效率低下，出错率高。

设计模型是设计部门下发的受控的三维特征模型，一般含技术要求等信息，工艺模型是工艺人员充分考虑加工工艺要求，为使加工结束的产品满足设计标准，对设计模型做一定调整后生成的模型。工序模型是基于设计模型创建或对毛坯进行材料去除后生成的模型，能清晰的表达产品各工序加工结束后几何模型、标注信息、技术要求等的集合，可供工序检验、指导工人装夹的信息模型。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，包括以下步骤：

启动三维软件，根据零件特征选择逆向柔性建模或正向工序族表方式创建三维工序模型；

对三维工序模型添加三维标注和NC原点信息，输出三维作业指导卡。

进一步地，所述三维工序模型创建前对加工过程机械牛仿真和优化以固化工艺过程，并根据零件的复杂程度选择逆向柔性建模或正向工序族表创建方式。

进一步地，所述三维工序模型创建方法包括：

按照工序内容要求从毛坯状态依次建立各工序特征；

生成统一族表模型，并通过在族表中选择不同的去除特征生成三维工序模型。

进一步地，所述逆向柔性建模方式具体为：

在设计模型的基础上，按逆工序顺序的方式进行增材料，并通过柔性建模预留零件余量和添加特征，通过着色面区别加工面。

进一步地，所述正向工序族表建模方式具体为：

在毛坯模型的基础上，按加工顺序进行减材料，设计数控工序和工步，并自动生成相应的材料去除，通过创建工序族表的方式完成三维工序模型的创建。

进一步地，所述三维标注包括：

对三维工序模型的基本尺寸标注、形位公差标注、表面粗糙度标注及其他标注；其中，

基本尺寸标注包括与工序制造内容相关的长度标注、角度标注、倒角标注、半径标注、直径标注；

形位公差标注包括与工序制造内容相关的基准面及形位公差标注；

表面粗糙度标注包括与工序制造内容相关的表面粗糙度要求标注；

其他标注包括相应工序内容相关的技术要求、检验要求及其他特殊说明。

进一步地，所述三维标注方法包括：

创建不同工序的组合视图；

在三维工序模型中建立两个坐标系CS-GX01和CS层，在层别CS-GX01中加入加工坐标系，再把其余的坐标加入到CS层中；

在三维工序模型中建立相应的层别GX01、GX02、GX03，把三维标注放置到相应的层别中；

标注三维工序模型的强尺寸信息；

标注相应工艺要求的中差信息；

标注工艺信息。

进一步地，所述三维标注的原则包括：

将相应工序加工直接产生的尺寸信息标注完整，与本工序无关的尺寸在三维工序模型中不进行标注；

除倒角以外的其他尺寸标注包含基本尺寸及公差信息；

三维工序模型标注视图按照二维视图分类方式、各向视图建立独立视图；

标注信息以较少的视图进行表达；

标注线和标注尺寸完全显示在视图中，当无法完全显示时，建立剖面；

标注文本中的原始默认尺寸与建模尺寸一致，对于使用复杂曲面导致的原始默认尺寸受计算精度影响与建模尺寸不符的情况，对尺寸文本中的原始默认尺寸进行修改；

同一视图方向上的标注不能出现重叠现象。

本发明具有以下有益效果：

本发明针对在数控加工过程中工序模型的创建方式、标注形式及在车间作业指导卡上的相关展现方式，完善了工序模型的创建原则和内容事项，具体化地展示了基于MBD的工序模型的三维标注组合视图展现方式，对复杂特征零件提供了一种可以多种方式结合的处理方法。

附图说明

图1为传统加工方式与3D模式的对比示意图；

图2为本发明的基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法流程示意图；

图3为本发明的毛坯模型到成品流程示意图；

图4为本发明的毛坯模型到成品加工实例示意图；

图5为本发明的三维工序模型的标注流程图；

图6为本发明的组合视图示例示意图；

图7为本发明的工序模型MBD标注实例示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

传统的产品设计流程往往在三维设计的基础上叠加二维图纸示意，在三维与二维相互转化和迭代的过程中，难以保证数据的一致性，在复杂产品设计的过程中由于产品特征复杂多变，因此往往取消二维图纸的转化，转而优化为将3D模型驱动制造与三维数据集成管理相结合，如图1所示。然而该过程就必须将“设计-工艺-工序”模型进行一体化管理，在转化和管理的过程中，需要考虑诸多因素，为解决现有技术在模型的生成过程和软件实现层面技术方案的不足，本发明针对在数控加工过程中工序模型的创建方式、标注形式及在车间作业指导卡上的相关展现方式提供了一种适应性的解决方法。

如图2所示，本发明实施例提供了一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，包括以下步骤：

启动三维软件，根据零件特征选择逆向柔性建模或正向工序族表方式创建三维工序模型；

对三维工序模型添加三维标注和NC原点信息，输出三维作业指导卡。

本发明中工序模型的创建方法分为正向创建和逆向创建两种方式，具体可参考零件本身的几何特征与加工软件的特点。在创建过程中，一般一种装夹方式可以确定一个工序，此为判断工序递增的主要依据。三维模型的标注方法主要是指对过程工序模型加工面的尺寸与公差等做调整和标注。

本发明基于三维模型的结构化工艺设计将传统各工序涉及的工序草图、设备、参数、技术要求、工装夹具、NC程序等信息，最后输出三维作业指导卡。创建过程一般为：启动三维软件，进行数控加工设计，创建方式依据实际零件特征采用逆向柔性建模与正向工序族表方式进行，最后添加三维标注与输出程序NC代码

在本发明实施例中，工序模型是零件由毛坯向成品转变过程中的中间模型。模型毛坯是在原材料基础上合理处理后的第一步模型，后续经历若干过程，通过不同的装夹方式N次最后形成最终的成品，见图3、4所示。

本发明在创建三维工序模型前期对加工过程机械牛仿真和优化，固化工艺过程以减少工序模型的更改。实际过程中需根据零件的复杂程度选择合适的创建原则，以灵活简单的方式为最优。

三维工序模型创建方法包括：

按照工序内容要求从毛坯状态依次建立各工序特征；

生成统一族表模型，并通过在族表中选择不同的去除特征生成三维工序模型。

三维工序模型的创建原则包括：

逆向建模是在设计模型的基础上，按逆工序顺序的方式进行增材料的过程，Creo软件是采用柔性建模技术快速创建。通过柔性建模可实现零件的余量预留，特征的添加等，通过着色面来区别加工面；对于逆向建模的工序模型，在设计模型下发之后为了保障后续更改模型后可以一键更新工艺模型，需采用“继承”的装配方式。

正向材料去除是在毛坯模型的基础上，严格按加工顺序进行减材料的过程。采用Creo软件进行数控工序和工步的设计，并自动生成相应的材料去除，通过创建工序族表的方式完成工序模型的创建；Creo软件能完成一般加工特征的材料去除，但是对于复杂特征或特殊的加工方式，如部分侧边轮廓与底部倒角同时加工，或者轨迹铣削等加工方式，材料的去除就不能实现，必须采用手工建模的方式来创建材料去除特征。对于正向材料去除和组合创建工序模型的方式，需采用“族表”的方式。

材料去除的过程必须严格按工序和工步的顺序执行，以此避免加工过程中由于材料的突变，引起去除特征的参考失效。对于未生成材料去除的特征，在“族表”中选择自动生成去除特征和手工拉伸的材料去除特征。

基于MBD的材料去除的过程中经常会遇到模型不规则的情况，其原因主要是材料去除是根据铣削方式创建，如在用圆角铣刀做窗口铣削时，加工结束后会在底部留下相应的圆角，而实际窗口铣削的材料去除后，结果却没有圆角，因此需要工序模型的设计者细化加工特征，根据实际情况调整材料去除后的模型，避免中间模型与实际加工结果的出入。

在操作过程中，需要对各模型项做规范命名，如表1所示，在“族表”中添加“族项”，通过选择所有的材料去除特征，确定需要筛选的对象，操作步骤为：根据工序对实例进行命名(如：粗铣正面)并根据工序选择材料去除的显示方式(Y-显示；N-不显示)，如表2所示。

表1基于MBD各模型的命名规范

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表2“族表”特征创建方式

若部分材料去除无法实现，则需要采用手工创建材料去除的方式形成材料去除，再通过族表的方式生成工序模型。手工去除材料的方式必须严格遵循按工序位置进行添加的模式。

在本发明实施例中，基于MBD的工序模型的三维标注是对本工序加工结束后需要检验的三维工序模型相应的“族表”零件尺寸、形位公差等进行标注。

三维标注需要表示的内容包括：

对三维工序模型的基本尺寸标注、形位公差标注、表面粗糙度标注及其他标注；其中，

基本尺寸标注包括与工序制造内容相关的长度标注、角度标注、倒角标注、半径标注、直径标注；

形位公差标注包括与工序制造内容相关的基准面及形位公差标注；

表面粗糙度标注包括与工序制造内容相关的表面粗糙度要求标注；

其他标注包括相应工序内容相关的技术要求、检验要求及其他特殊说明。

三维标注方法包括：

创建不同工序的组合视图；

在三维工序模型中建立两个坐标系CS-GX01和CS层，在层别CS-GX01中加入加工坐标系，再把其余的坐标加入到CS层中；

在三维工序模型中建立相应的层别GX01、GX02、GX03(01为工序号)，把三维标注放置到相应的层别中；

标注三维工序模型的强尺寸信息；

标注相应工艺要求的中差信息；

标注工艺信息。

三维标注的原则包括：

将相应工序加工直接产生的尺寸信息标注完整，与本工序无关的尺寸在三维工序模型中不进行标注；

除倒角以外的其他尺寸标注包含基本尺寸及公差信息；

三维工序模型标注视图按照二维视图分类方式、各向视图建立独立视图；

标注信息以较少的视图进行表达；

标注线和标注尺寸完全显示在视图中，当无法完全显示时，建立剖面；

标注文本中的原始默认尺寸与建模尺寸一致，对于使用复杂曲面导致的原始默认尺寸受计算精度影响与建模尺寸不符的情况，对尺寸文本中的原始默认尺寸进行修改；

同一视图方向上的标注不能出现重叠现象。

加工模板统一采用mmns_mfg_nc，模板属性值配置见表3所示。

表3模板属性值配置表

下面对工艺信息标注内容进行具体说明，如图7所示。

1)基本尺寸标注：

长度标注、角度标注、半径标注、直径标注等尺寸标注格式按GB/T 1182-2008执行；

尺寸标注时应尽可能采用直接显示特征尺寸的方式建立标注，在尺寸属性中添加公差信息；

无法直接利用特征尺寸进行标注的，可使用点、线、轴、曲面或面组作为参照建立标注；

对于存在相同结果的多个特征，可仅对一个特征进行标注，并明确特征数量和分布位置。

2)形位公差标注：

形位公差标注应包含基准要素和被测要素；

形位公差的基准要素球标应放置于能够清晰反应基准要素信息的位置；

被测要素中的形位符号、公差值、相对应的基准要素应标注齐全、清晰。

3)表面粗糙度标注：

表面粗糙度标注应对精度要求高的部位独立进行标注；

表面粗糙度要求一致的部位不进行单独标注，以统一的注释标示于视图。

4)其他标注：

有特殊要求的部位以引线加注释的形式建立标注，引线指向产品加工部位；技术要求及其他特殊说明等以单独的注释文本表达。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动三维软件，根据零件特征选择逆向柔性建模或正向工序族表方式创建三维工序模型；

对三维工序模型添加三维标注和NC原点信息，输出三维作业指导卡；

所述三维工序模型创建方法包括：

按照工序内容要求从毛坯状态依次建立各工序特征；

生成统一族表模型，并通过在族表中选择不同的去除特征生成三维工序模型；

所述逆向柔性建模方式具体为：

在设计模型的基础上，按逆工序顺序的方式进行增材料，并通过柔性建模预留零件余量和添加特征，通过着色面区别加工面；

所述正向工序族表建模方式具体为：

在毛坯模型的基础上，按加工顺序进行减材料，设计数控工序和工步，并自动生成相应的材料去除，通过创建工序族表的方式完成三维工序模型的创建；

所述三维标注方法包括：

创建不同工序的组合视图；

在三维工序模型中建立两个坐标系CS-GX01和CS层，在层别CS-GX01中加入加工坐标系，再把其余的坐标加入到CS层中；

在三维工序模型中建立相应的层别GX01、GX02、GX03，把三维标注放置到相应的层别中；

标注三维工序模型的强尺寸信息；

标注相应工艺要求的中差信息；

标注工艺信息。

2.根据权利要求1所述的基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，其特征在于，所述三维工序模型创建前对加工过程机械牛仿真和优化以固化工艺过程，并根据零件的复杂程度选择逆向柔性建模或正向工序族表创建方式。

3.根据权利要求1所述的基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，其特征在于，所述三维标注包括：

对三维工序模型的基本尺寸标注、形位公差标注、表面粗糙度标注及其他标注；其中，

基本尺寸标注包括与工序制造内容相关的长度标注、角度标注、倒角标注、半径标注、直径标注；

形位公差标注包括与工序制造内容相关的基准面及形位公差标注；

表面粗糙度标注包括与工序制造内容相关的表面粗糙度要求标注；

其他标注包括相应工序内容相关的技术要求、检验要求及其他特殊说明。

4.根据权利要求1所述的基于MBD的数控加工工序模型的创建与标注方法，其特征在于，所述三维标注的原则包括：

将相应工序加工直接产生的尺寸信息标注完整，与本工序无关的尺寸在三维工序模型中不进行标注；

除倒角以外的其他尺寸标注包含基本尺寸及公差信息；

三维工序模型标注视图按照二维视图分类方式、各向视图建立独立视图；

标注信息以较少的视图进行表达；

标注线和标注尺寸完全显示在视图中，当无法完全显示时，建立剖面；

标注文本中的原始默认尺寸与建模尺寸一致，对于使用复杂曲面导致的原始默认尺寸受计算精度影响与建模尺寸不符的情况，对尺寸文本中的原始默认尺寸进行修改；

同一视图方向上的标注不能出现重叠现象。

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