CN1225712C - 中间阶段模型的制作装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种中间阶段模型的制作装置和方法。与能用一个工具加工的单位加工模型有关的单位加工模型信息(244)被用来定义产品模型(20)。单位加工模型信息包括与加工部位的形状和加工属性有关的信息。单位加工模型信息和用于加工部位的配置信息(246)的组合构成表示一个加工作业的加工步骤信息(242)。当通过按照实际加工顺序提供加工步骤信息而形成的加工信息(24)与为其加工对象的坯料模型(22)组合时,可得到包括最终产品形状和加工信息的产品模型。当在历史再现处理单元(12)中的所希望的阶段以前将加工步骤信息应用于坯料模型时,可做出表示加工途中的工件形状和加工属性的中间阶段模型。可通过从中间阶段模型产生剖面图等来产生加工指示图。

Description

中间阶段模型的制作装置和方法
技术领域
本发明涉及一种利用CAD(计算机辅助设计)辅助(支持)产品的加工工艺(加工过程)的装置和方法。
背景技术
为了开发各种产品如机械产品,除去产品形状的设计(以后称为“产品设计”)外,还需要产品的生产准备设计。例如,当设计一车辆发动机时,作为生产准备,要进行诸如成形产品的坯料(毛坯材料)的金属模的模具设计(以后称为“模具设计”)或进行诸如切削的加工工艺的设计(以后称为“加工工艺设计”)。
在产品设计中,设计产品的完成(成品)形状,近年来,采用了三维CAD系统,以高效地设计所要求的三维产品的形状。在模具设计中,设计用于成形坯料的模具的形状,该坯料为产品的基础材料。三维CAD系统同样用在模具设计中,以完成高效的设计作业。
加工工艺设计涉及用于从一坯料加工出一完成形状的过程的设计。一个加工作业(操作)用用于加工的加工机械或工具(刀具)和诸如切削条件这样的加工条件来代表。通常,为了完成一个产品,需要多个加工作业阶段,而整个加工工艺由在这些阶段的加工条件序列构成。
向来常常首先由产品设计部门设计产品的形状,然后,根据产品形状,由模具设计部门和加工工艺设计部门做进一步的设计工作。
用于产品设计的传统的CAD系统只包括制作表现一产品的完成形状的模型的功能。此外,产品设计者可能不具备足够的关于加工的知识。在这种情况下,产品设计者难于在产品设计阶段充分检讨加工可能性(加工是否可能,加工的容易性,加工成本等)。结果是,在后继的加工阶段以前常常不能发现加工性问题,直到加工阶段才要求变更,这就造成产品开发的时间和成本增加。还有,当由于开发日程上的制约等使这种设计变更不可能时,为制造所制订的目标加工成本或目标加工时间可能不能完成。
此外,设计常常在加工工艺设计阶段修正,以便改进制造过程。不过,由于在CAD系统上制作的模型只能表现产品形状,这种设计修正在加工工艺设计阶段常常用纸图样(图纸)或CAM(计算机辅助制造)系统进行。因此难于在由加工工艺设计部门做出的用图样或CAM模型表示的设计修正和由产品设计部门和模具设计部门制成的CAD模型或图样之间保持一致性。
此外,一个产品是经过多个加工工艺制造的,而且这些过程通常是在不同加工工艺阶段或不同的加工机械中进行的,而且某些加工作业可能外送至其它工厂。由于这一原因,对于各个加工部门实际上要作成和提供表示各个单位加工工艺的加工作业的图样和/或指示。由于每个加工指示图样必须由加工工艺设计部门等逐个作出,故需要相当多的劳动和时间。
发明内容
本发明的目的为,考虑到相关技术的前述问题,提供一种装置,它能够容易地产生诸如表示由典型的加工工艺设计部门完成的加工作业的加工指示的图样的信息。
为了实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供一中间阶段模型制作装置,该模型制作装置包括一模型数据库和一模型建造装置(建模器);该模型数据库用于存储产品模型,该产品模型利用表示要被加工的坯料的形状的坯料模型、一个或多个包括与要由加工作业成形的加工部位(部分)形状有关的信息的单位加工模型和与用于针对坯料执行对应于各个单位加工模型的加工作业的执行顺序有关的信息来规定产品的形状;该模型建造装置用于顺序地将每个单位加工模型施用至坯料模型上直到该执行顺序中的一中途点,并制作一个表示处在直到该执行顺序的中途点为止已经施行了对应于每个单位加工模型的加工作业的状态下的产品形状的中间阶段模型。
在本发明的另一方面中,单位加工模型包括与被一单个工具加工的加工部位的形状有关的信息。
在本发明的另一方面中,有关执行顺序的信息包括与按照用于加工作业的加工机械决定的单位加工顺序有关的信息,和与在单位加工中构成一单位加工的各单位加工模型的顺序有关的信息,以及模型建造装置则包括这样一种装置,它用于顺序地将每个单位加工模型应用于坯料模型上直到一个指定的单位加工,并作为中间阶段模型的一种类型,制作一个表示作为该指定的单位加工的加工作业的结果而得到的产品形状的加工中模型(在加工模型)。
在本发明的又一方面中,每个单位加工模型包括与由该模型表示的加工部位有关的加工属性信息,而中间阶段模型则与包括在该中间阶段模型中的单位加工模型的加工属性信息相关联。
在本发明的又一方面中,坯料模型和单位加工模型包括其形式为三维实体模型的形状信息,并且由坯料模型和单位加工模型的组合表示的产品模型和中间阶段模型的形状也按三维实体模型的形式表示。
在本发明的另一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括用于对由模型建造装置制作的中间阶段模型做出指定剖面的剖视图的装置。
在本发明的又一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括用于对由模型建造装置制作的中间阶段模型做出预定的投影面的投影图的装置。
在本发明的又一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括用于存储对应于中间阶段模型的工件测量结果,以作为与该中间阶段模型有关的属性信息的装置。
在本发明的又一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括用于在上述执行顺序中,根据中间阶段模型和与用于加工一个应用于中间阶段模型的单位加工模型的工具有关的信息,进行与工具有关的干涉检查的装置。
在本发明的又一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括这样一个装置,它制作一模型,该模型表示一种状态,在该状态中,用于在对应于上述加工中模型的单位加工中使用的各个工具的工具模型相对于工具所作用的该加工中模型的部分配置,该装置还根据此模型和一表示在单位加工中使用的夹具的夹具模型进行关于夹具的干涉检查。
在本发明的又一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括用于产生用于控制一个数控机床的NC(数控)加工程序的装置,该数控机床根据与包括在产品模型中的单位加工模型和执行顺序有关的信息进行单位加工中的加工作业。
在本发明的又一方面中,该中间阶段模型制作装置还包括:一个信息库(存储库),其中记录多种类型的单位加工模型;和产品模型建造装置,它用于根据一个或多个记录在信息库中的单位加工模型和坯料模型制作一产品模型;其中,产品模型建造装置包括:单位加工模型选择装置,它用于接收使用者的与信息库中的单位加工模型有关的选择指示的输入和表示与选择指示有关联的单位加工模型的配置的配置信息的输入;和顺序输入装置,它用于接收使用者的与通过单位加工模型选择装置选择的单位加工模型施用顺序有关的指示的输入,并作为执行顺序记录该顺序。
再有,按照本发明的一种方法包括下列步骤:制作一个产品模型,该产品模型存储表示要被加工的坯料的形状的坯料模型,一个包括与要被加工作业成形的加工部位有关的信息的单位加工模型,和与用于对坯料执行对应于各个单位加工模型的加工作业的执行顺序有关的信息;和顺序地对坯料模型施用各个单位加工模型直到该执行顺序的一中途点,以便制作一个表示处在直到该执行顺序的中途点为止已经施行了对应于每个单位加工模型的加工作业的状态下的产品形状的中间阶段模型。
附图说明
在下面的说明中将结合附图说明本发明的这些和其它目的,在图中:
图1为示出根据本发明的第一实施例的系统的构成的图;
图2为用于说明单位加工模型的图;
图3为说明产品模型的一个例子的图;
图4为说明加工信息的一个例子的图;
图5为示出用于各个加工步骤的中间阶段模型;
图6为用于说明加工指示图的图;
图7为示出根据本发明的第二实施例的系统的构成的图;
图8为用于说明加工部位模型的图;
图9为用于说明加工部位形状数据的图;
图10为用于说明制作一产品模型的操作的图;
图11为用于说明工具干涉检查的图;
图12为用于说明夹具干涉检查的图;
图13为用于说明与一个作业模型相关联的测量数据记录的图;
图14为用于说明NC机加工程序的产生的图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的优选的实施例。
图1为功能框图,它示意地示出按照本发明的一个实施例的中间阶段模型制作系统的构成。此系统可用于对加工产品的各个加工部门的加工指示制作图样或指示书。
大体说来,该系统包括一存储装置和一中间阶段模型制作装置10,该存储装置存储规定产品的形状或加工属性的电子数据的产品模型20,该中间阶段模型制作装置使用产品模型20进行诸如制作加工指示图的操作。应当明白,中间阶段模型为表示在一系列用于取得最终完成的产品(成品)的加工工艺中(“完成的”一词此处指在加工作业中的完成状态)的一个中间阶段的产品形状或加工属性的模型。加工指示图等根据此中间阶段模型产生。
与用一般使用的典型的CAD装置制作的产品模型不同,按照本实施例的产品模型20,除了与产品形状有关的信息以外,还包括与产品形状各个部分的加工作业和加工各个部分的顺序有关的信息。更具体地说,产品模型20包括坯料模型22和加工信息24。
坯料模型22是表示要被加工的坯料的形状的模型。坯料模型22,除了与坯料形状有关的信息以外,还可包括与坯料的属性(如材质)有关的信息。坯料的形状作为三维实体(立体)模型表现。
加工信息24由一系列加工步骤信息242组成,而且每个加工步骤信息242包括单位加工模型信息244和配置信息246。单位加工模型是表示以一个加工机械用一个加工工具进行的加工作业单位(此后称为“单位加工作业”)的模型。
图2示出单位加工模型的三个具体例子。这些单位加工模型包括与要被各个单位加工作业成形的加工部位有关的形状信息250-1至250-3,和表示对应的加工作业的加工属性信息255-1至255-3。单位加工模型的形状信息250最好用三维实体模型表示。加工属性信息255可包括诸如尺寸公差、工具模型名称、指定的加工机械、切削条件和加工循环等项目。“尺寸公差”是单位加工作业所要求的并且是在必要时设定的。“工具模型名称”是用于规定相应的单位加工作业所用的工具的识别信息。此处,工具模型为表示工具的形状和相关属性的模型。虽然按照本实施例,只向加工部门提供工具名称信息,以作为加工指示,就足够了,因为也可以指望用这种作为电子数据在该系统上提供的工具模型进行工具干涉检查或其它处理,但是,也可以采用用于规定工具模型的识别信号(其细节将在以后描述)。“指定的加工机械”是与指定用于单位加工作业的加工机械有关的识别信号。“切削条件”为表示相应的单位加工作业的切削条件的数据项目,并包括例如工具转速和进给速度。“加工循环”为表示进行单位加工作业的加工循环的编码。加工循环指的是规定工具的动作模式的信息(规则),并包括诸如“工具以高速进给,直至它到达孔加工的开始位置,然后从该开始位置以低速进给至一预定的深度,接着提高进给速度,直至工具到达一要进行加工的深度,并且旋转工具一预定的时间,同时停止进给”和“重复这样的动作,其中,工具以预定的量进给然后略微后退(“啄木鸟”动作)”的信息。即使在用同样的工具成形同样的孔形时,也有许多种工具动作模式,而加工的结果则取决于所用的动作模式。在本实施例中,这些不同的动作模式的每一个(即每个加工循环)都被指派一事先记录的编码,以使要使用的加工循环可用此编码指定。加工属性信息255可进一步包括其它加工属性项目,如对加工指定的冷却液。此外,与各个单位加工模型的尺寸有关的信息也可以包括在加工属性信息255中。应当理解,所有这些加工属性项目不一定都要对各个单位加工模型250设定,而是只对各个模型250设定所需要的项目。
当在图2中所示的三个单位加工模型250-1至250-3依次按该顺序应用时,形成一如图3所示的加工部位A310。
此外,单位加工模型信息244可以是上述的与单位加工模型本身的形状和加工属性有关的信息,或者可以是用于参考与另行存储在信息库等中的单位加工模型有关的信息(例如单位加工模型的识别信息)的信息。
再参看图1,配置信息246指的是表明用单位加工模型信息244表示的单位加工模型如何配置在定义(限定)一产品模型的空间中的信息,并且这种信息可以用单位加工模型所配置的位置和方向表示。
虽然用单位加工模型只表示了加工形状和加工属性,但是通过指定单位加工模型的配置状态作为配置信息246,就可确定单位加工模型在定义产品模型的空间中的位置和方向。因此,就可确定通过用相应的单位加工模型表示的单位加工作业所要成形出的加工部位。
按照本实施例,由设计师在一组事先提供的单位加工模型中选择所希望的单位加工模型,然后配置在产品模型的空间上,以便定义表明该单位加工作业的应用结果的产品模型。例如,以按照配置信息246配置的坯料模型的实体模型和单位加工模型的实体模型的集合运算得到产品模型的形状。更具体地说,当单位加工模型的形状对应于通过使用单位加工作业要从工件上去掉的部分的形状时,集合运算为一种从坯料模型减去单位加工模型的运算。
如上所述,加工步骤信息242表示实际上用于成形一产品的个别的和具体的单位加工作业。于是,加工信息24为表示成形最终完成的产品所需的一个或多个单位加工作业的加工步骤信息242的序列,它是按应用的顺序(加工次序)提供的。由于每个加工步骤信息242包括与要被单位加工作业成形的加工部位的形状有关的信息,因此有可能通过按照依次的顺序将每个加工步骤信息242依次应用在坯料模型22上,直至最后的加工步骤信息242,而得到最终完成的产品的形状。为了计算这种产品模型形状,可以利用由三维CAD实体模型提供的作业历史(经历,历程)再现(再生)功能。具体地说,在传统的CAD系统中,存储一用在模型形状上的几何形状作业序列,以作为作业历史,而这几何形状作业以后就按照作业历史顺序加上,从而计算模型形状。按照计算本实施例的模型形状的方法,传统系统的这些几何形状作业用加工步骤信息242代替。虽然用传统的CAD的作业历史再现功能只能计算模型形状,但是按照本实施例,加工步骤信息242的单位加工模型244不仅包括形状信息,而且包括加工属性信息。因此,按照本实施例,采用历史再现功能,不仅得到产品的形状,而且还可以参考对应于所得到的产品形状的各个部分的单位加工模型的加工属性信息。虽然对本实施例的加工步骤信息242的序列采用“历史”(经历,历程)一词并不严格地正确,因为该词表示要在将来进行的加工次序(进程),但是本说明采用此词是为了有利于理解本实施例与传统的CAD系统的作业历史再现功能相似。
加工信息24中的加工步骤信息242的顺序由加工工艺设计师决定,例如,同时考虑产品模型的内容,加工现场的设备等。关于用于制作包括加工工艺设计及其加工次序的产品模型的辅助设备,下面说明其一个例子。
在加工工艺设计中,考虑到工作效率,要制作一个设计,以使可用同样的加工机械按顺序实行的加工步骤按一接续的顺序排列。同样,在加工信息24中,由同一加工机械依次地处理的一系列加工步骤信息242构成一个组,该组称为“单位加工”(单位工序)。具体地说,在加工信息24中,加工步骤信息242按照这些单位加工240被分组。也就是说,每个单位加工240由一条或多条加工步骤信息242序列组成。对于一个加工机械来说,一个这种单位加工240包括要由该加工机械实行的加工作业。
按照本实施例的产品模型20的一个示例性的数据内容已如上述,中间阶段模型制作装置10根据产品模型20的信息生成用于中间阶段模型和加工指示的图样(图面)和/或指示书。
在中间阶段模型制作装置10中,一历史再现处理单元12通过上述历史再现功能将产品模型的加工信息24中的一序列加工步骤信息242用在任意的中途点,并在一序列加工过程被如此实行至一中途点时建成表示产品状态的中间阶段模型。就形状而言,可以通过依次从坯料模型22的实体形状减去每个加工步骤信息242的实体形状而建成在任意阶段的中间阶段模型形状。此外,与表示完成的产品的产品模型的情况一样,有可能允许参考中间阶段模型的各个部位的加工属性。例如,在中间阶段模型中,各个单位加工模型的定义信息与由相应的单位加工模型限定的实体形状相联系,以便当使用者用鼠标等在示出中间阶段模型的显示屏幕上选择一个由单位加工模型表示的区域时,就有可能找到并显示该单位加工模型的加工属性信息。
按照本实施例,表示对应于每个加工机械的一个单位加工240的加工结果的模型称为“加工中模型”(工序间模型)。此外,在本说明中,按照加工“作业”的应用结果表示每个单位加工作业的应用结果的模型称为“作业模型”。在此情况下,加工中模型是作业模型的一种。此外,作业模型相当于中间阶段模型。(表示最终完成的产品的产品模型也作为一种“中间”阶段模型来对待)。用于最后的单位加工240的加工中模型对应于用于完成的产品的产品模型。
此外,一图样产生单元14从在历史再现处理单元12中制作的中间阶段模型产生一等于传统设计图的两维图样。
下面将根据一具体的例子描述中间阶段模型制作装置10的操作。图3说明了用作本例子中的主题的产品模型20的构成。在此例子中,产品模型20由三种类型的加工部位A、B和C组成。加工部位是一个或一组多个单位加工模型。例如,用于表面切削的加工作业通常分成阶段并且按多个阶段来进行,例如“粗加工”阶段,和“精加工”阶段,在前一阶段中,工件被粗切削至接近所要求的加工深度,在后一阶段,工件被切削至所要求的加工深度的规定公差以内,以便做出所要求的表面粗糙度。在这些不同的阶段中采用了不同的工具,甚至不同的加工机械。在此情况下,“粗加工”和“精加工”各自对应于表示一单位加工作业的单位加工模型(加工步骤)。在这里,对使用者来说,若将这些单位加工模型当作一个表示针对某一功能的部位的单元(“表面加工”)来对待,则更容易从概念上理解。因此,按照本实施例,用于通过加工来成形一个部位的一序列单位加工模型可以被作为一个“加工部位”来对待。在下面的用于制作一产品模型的示例性程序的描述中,采用了此加工部位的概念。
参看图3,加工部位A310表示孔的加工,并且通过对应于“打定心孔”(定中心)A1,“倒角+钻尺寸不够的孔”A2和“精加工”A3这三个单位加工作业的一序列单位加工模型成形(更严格些说,一个加工步骤信息242序列也包括配置信息246)。加工部位B表示孔的攻丝并且通过对应于“打定心孔”B1、“钻尺寸不够的孔”(钻欠尺寸孔)B2和“攻丝”B3这三个单位加工作业的一序列单位加工模型成形。下一个,加工部位C表示表面加工并且通过对应于“粗加工”C1和“精加工”C2这两个单位加工作业的一序列单位加工模型成形。最终的产品模型20通过剩下一部分而切削一矩形平行六面体块(未示出)的坯料的顶面,形成一水平的表面(加工部位C),并在该顶面上成形两个孔(加工部位A)和两个螺纹孔(加工部位B)。
在此产品模型20中,假设加工部位C的“粗加工”C1和加工部位A与B的“打定心孔”A1和B1可用一个加工机械(暂时称为加工机械No.1)依次进行,而剩下的单位加工作业A2、A3、B2和C2可以用另一个加工机械(称为加工机械No.2)依次进行,则用于成形此产品模型20的加工信息24(见图1)例如如图4所示。图4中的信息示出加工过程(以及每个加工步骤的内容),其中,在第一单位加工中,用加工机械No.1首先按顺序进行表面粗机械加工C1和每个孔B1和A1的打定心孔,然后在第二单位加工中,按顺序进行每个孔A2、B2的钻尺寸不够的孔、精加工A3和表面精加工C2。(加工部位B的单位加工模型“攻丝”B3由另一用于攻丝的加工机械进行,并且在图4中略去,以将图简化)。
当提供包括图4所示的加工信息的产品模型20时,中间阶段模型制作装置10的历史再现处理单元12可做成图5所示的各个中间阶段模型。
更具体地,在由加工机械No.1实施的第一单位加工中,在单位加工起点的工件用坯料模型22表示。当在第一步骤(1-01步骤)中表面粗机加C1的加工步骤信息施用于坯料模型22时,得到一表示受到加工C1的工件的状态的作业模型。接着,依次应用第一单位加工中的下一个加工步骤信息,并在应用第一单位加工中的最后的加工步骤信息(打定心孔A1)时,得到表示第一单位加工中的工件的完成状态的加工中模型。
在由加工机械No.2实行的第二单位加工中,在单位加工起点的工件用前面的单位加工(即第一单位加工)的加工中模型(未示出)表示。当第二单位加工(见图4)中的每个加工步骤信息按顺序应用在工件上时,得到表示在每个步骤的工件的状态的每个作业模型。然后,当第二单位加工中的所有加工步骤信息的应用都完成时,得到表示在第二单位加工中的工件的完成状态的加工中模型。在图3至5所示的例子中,第二单位加工中的加工中模型相当于表示最终产品的产品模型。
这样,历史再现处理单元12可在给定点之前实现包括在产品模型20中的加工信息24的一序列机加步骤信息242,从而可由此形成表示各单位加工作业已经应用到该步骤的工件状态的中间阶段模型(作业模型)。
此外,历史再现处理单元12最好包括使用者的接口(界面)装置,它用于接收表示使用者希望到哪个具体加工步骤制成中间阶段模型的使用者的指示。使用者的接口可以构造成,显示单位加工240序列和加工步骤信息242序列,如图4所示,以使使用者可以在这些显示出来的信息中选择所要求的单位加工或加工步骤。在这种情况下,当使用者的接口(界面)显示表示各个单位加工240和各个加工步骤信息24的名称或说明时,可易于使用者的选择。这些名称和说明可以在加工工艺设计时或其它合适点被事先记录,还最好使用者的接口构造成允许使用者的集合指示,如用于得到所有单位加工240的加工中模型的指示。
当通过上述处理得到所要求的中间阶段模型时,图样产生单元14从模型产生一预定的两维图样。这种图样可以是剖面图或投影图。图样产生单元14提供用于接收剖面图或投影图的产生条件的使用者的接口装置,该条件包括例如剖面图的剖面位置和投影图的投影方向。使用者的接口装置如图6(a)所示,显示从某一方向看去的中间阶段模型的实体(立体)形状350,并接受在此显示上的剖面图的切割表面360的指定。实体形状350的显示和切割表面360的指定可以用传统的CAD系统的显示方法和表面指定方法来实现。投影方向可例如通过允许使用者用箭头等在实体形状350的显示上指定投影方向来指定。图6(b)示出按照上述指定通过图样产生单元14输出的加工指示图370的例子。虽然所示的加工指示图370包括一个投影图和一个剖面图,但是加工指示图370可以包括多个投影图和/或多个剖面图。(使用者可在这种情况下指定多个投影方向和多个剖面)。还有,也可以产生只包括一个投影圈和一个剖面图的加工指示图。由于中间阶段模型不仅包括形状信号,还包括成形该形状的各相应部分的加工属性信息,故图样产生单元14也可以从中间阶段模型的信息得到各相应部分的这些加工属性信息,以产生包括这些加工属性信息的加工指示图370。在图6(b)所示的例子中,用剖面图示出了与加工孔的部位有关的加工属性。图样产生单元14还可从中间阶段模型的信息提取与各部分的尺寸有关的信息,并在加工指示图370上显示该信息。应当指出,图6所示的作业模型是可以在图5所示的第二单位加工中的步骤2-01完成时得到的一个例子。此外,虽然已经说明,投影图的投影方向是由使用者指定的,但是,当各工具的加工方向在一个单位加工240中只限于一个方向时,就可以设定该加工方向作为投影方向,并产生适合于该单位加工的投影图,而不需要使用者指定投影方向。
如上所述,按照本实施例的系统,使用由加工步骤信息240序列定义产品的完成状态的产品模型20,就可在该序列已经实行到中途时的任意一个加工步骤之前,形成表示工件的状态的中间阶段模型(作业模型),并从该中间阶段模型产生加工指示图。当与一个单位加工240的各加工步骤有关的加工指示图生成并提供给负责该单位加工240的操作人员时,操作人员可参考图样进行加工。加工指示图可以纸图样(图纸)的形式提供给机器操作人员,或者当然也可作为存储在中间阶段模型制作装置10中的电子数据提供。
此外,也可以向负责单位加工240的操作人员提供与对应于单位加工240的中间阶段模型有关的数据。在这种情况下,表示前面的单位加工的结果和该单位加工加工步骤信息序列的加工中模型,可例如作为限定中间阶段模型的数据被提供。当历史再现处理单元12的功能包括在加工操作人员的终端设备中时,可以按需要在终端设备上恰当地生成并显示在每个加工步骤的作业模型。此外,当图样产生单元14的功能包括在机器操作者的终端中时,就能从作业模型产生所想要的投影图,剖面图等,它们然后就可以在屏幕上显示或被打印并输出。
如上所述,在本实施例中,有可能自动产生表示各单位加工作业(各加工步骤)所用的各详细划分的工件状态的加工指示图或中间阶段模型,并向机器操作人员提供这种图或中间阶段模型。机器操作人员然后就可用这些信息进行加工作业。此外,操作人员还可用中间阶段模型与处在各加工步骤的工件相比较,以便在加工作业例如不能按指示实现时,确定哪个加工步骤有问题。
下面说明一较大规模的系统的实施例,除了用于制作一中间段模型的机构以外,该系统还包括用于制作(即设计)产品模型20的辅助装置。
图7为一功能框图,它示出按照第二实施例的系统构造。在此系统中,CAD装置100除上述中间阶段模型制作功能以外,还备有产品模型制作辅助(即“设计辅助”)功能。在此例子中,产品模型20相当于图1中所示的实施例中的产品模型。加工部门终端120为一装在实行加工的部门中的(或由机器操作人员拥有的)计算机装置,它具有根据用CAD装置100制作的产品模型20制作一中间阶段模型的功能和输入实际加工后的产品的测量数据的功能。
加工部位信息库40为其中记录一组加工部位模型的数据库。此处,加工部位模型为针对图3所说明的“加工部位”的模型,并包括与针对产品中的一个功能的部位的形状和加工作业有关的信息。加工部位模型包括与用于成形相应的加工部位的单位加工作业(单位加工模型)序列有关的信息,以作为其主要项目。
此加工部位模型的示例性数据内容示于图8中。
大体上说,如图8所示,加工部位模型400包括模型识别信息410、加工部位形状数据420和一单位加工模型组件430。图8示出图3所示的加工孔的部位A310的数据模型的内容。
模型识别信息410用于识别和检索加工部位模型400。例如,表示加工模型所要应用的工件的类型的信息,表示加工部位所要应用的工件部位的信息以及与加工部位的名称有关的信息均可用于模型识别信息410。工件类型可以是一个表示工件的名称,例如“直列式四缸发动机体”和“V型六缸发动机体”。就加工部位模型所要应用的部位而言,像表示工件中部位的名称如顶面、底面或侧面都可使用。就加工部位的名称而言,表示该加工部位的特征的名称如“钻孔和攻丝”和“坡面(斜面)切削”均可使用。此外,其它可用于检索加工部位的关键词最好都可包括在模型识别信息410中。
加工部位形状数据420是规定加工部位的整个形状的线状数据(wiredate)。例如,图3中的加工孔的部位A的加工部位形状数据420是剖面形状,它是该加工孔的部位A的特征形状,并且用图9(a)中所示的线框(wire line)表示。采用这种加工部位形状数据420,熟悉二维设计图的设计师就能容易地认识此加工部位模型的形状。虽然这种剖面形状也可以从包括在下面将要说明的单位加工模型组件中的实体形状的数据中取出,但是,在此系统中,此剖面形状已作为加工部位模型的一个信息项目被事先记录,以允许高速参考。
此外,在加工部位模型400中与加工部位形状数据420相关联地,记录了设计要求信息425。该设计要求信息425是与考虑到产品设计,用于由此加工部位模型400表示的设计要求有关的信息。
设计要求信息425如图9(b)所示,包括例如尺寸公差426、表面粗糙度427、几何公差等。所示的例子表明,作为几何公差的一个例子,设定了位置偏差428。设计要求信息425可进一步包括与相应的加工部位的各部分的尺寸有关的数字信息。设计要求信息425可以以图9(b)所示的两维图面信息的形式包括在模型400中,并按需要适当地在CAD装置100上显示。另一种方案为,各设计要求信息项目,如尺寸公差,可以作为一属性与线状数据420的各相应的部分相关联(相对应),以便在线状数据420的各个部分用一鼠标等点击时,所关联的(对应的)设计要求项目可以在线状数据420的显示中显示出来。不论发生哪一种情况,都有可能显示设计要求信息425,以使设计师能确认为加工部位模型400设定的设计要求的内容。应当明白,在图9(b)中,设计要求信息425只作为一个例子包括了诸如尺寸公差等项目,并且可以包括其它各种设计要求项目的信息。此外,所有这些设计要求项目并不一定对机械加工部位的所有部位都设定,这些项目应当只对设计所必需的各部位设定。
单位加工模型组件430由成形相应的加工部位模型的一个或多个单位加工模型250组成。对于图3所示的加工部位A,单位加工模型组件430包括图2所示的三个单位加工模型250-1~250-3。加工属性消息255-1至255-3是分别与单位加工模型250-1至250-相关联地被记录的。对这些单位加工模型250和加工属性信息255已经参考图2作了说明。此外,单位加工模型组件430还存储与单位加工模型250的应用顺序(加工顺序)有关的信息。
与孔的加工有关的加工部位模型已经作了描述。用于其它类型的加工部位的加工部位模型的数据内容可基本相同。
在例如图3所示的表面加工部位C的情况下,规定对应于作为加工结果所要成形的产品的完成的表面(平面)的平面的线状数据可以作为加工部位形状数据420来使用,而单位加工模型组件430可以通过两个单位加工模型“粗加工”和“精加工”序列构成。在这种情况下,对应于加工部位形状数据420的线状数据表示一包括在无限平面中的封闭线框(见图3),该无限平面包括一产品的完成表面。此线状数据不仅仅是一个两维的线图,而且还包括在加工时在基准座标系中的线框的三维位置信息(例如矩形的各顶点的座标)。因此,当坯料模型在此基准座标系中配置在预定的基准位置上时,由此线框规定的平面,对应于表示在与该加工部位模型有关的表面切削用于坯料模型时。所得到的产品的完成表面的表面。产品本身的完成表面可以用不同类型的数据形式表示。在此例子中,产品的完成表面用线状数据表示,这部分地是由于与和加工的孔部位有关的加工部位形状数据420所用的数据表示的一致性,和部分地是由于线框可以在工具路径的自动生成中用作基准。在图3所示的例子中,线框有一矩形。当线框对应于实际产品的完成表面的轮廓形状时,就有可能生成沿此线框加工的工具路径。此外,每个单位加工模型如“粗加工”和“精加工”可以用实体形状表示,其中,加工部位形状数据的线框形成底面形状,而要在加工中切削的厚度(加工深度)则对应于高度。还有,表面加工部位的各单位加工模型可以作为相对于由加工部位形状数据(距完成表面的高度)表示的产品的完成表面的错开量(偏移量)来表示。当这样做时,例如对于“精加工”模型,从产品的完成表面的错开为0。
对加工部位模型已经作了描述。本发明的CAD装置100相对于坯料模型依次配置这些加工部位模型,从而制成一产品模型。这是按照本实施例的系统中的产品设计作业。CAD装置100的产品模型管理单元(部)110向使用者提供这种产品设计作业的环境,并按照使用者的操作实行用于形成产品模型的处理。
产品模型管理单元110在显示屏幕上显示本产品模型的实体形状,并接受对于此模型的表示使用者的键盘、指示器等操作的信息。产品模型管理单元110还提供用于选择加工部位模型的功能。采用这种功能,可以接受与模型识别信息410(见图8)有关的使用者的检索条件的指定,并可从加工部位信息库40检索出满足指定的条件的加工部位模型。检索结果例如可以用满足检索条件的加工部位模型的目录的形式显示。当例如指定“直列式四缸发动机体”作为工件类型并指定“顶面”作为要考虑的部位,则作为“直列式四缸发动机体”的“顶面”的加工部位记录在信息库中的加工部位模型就被提取并以目录的形式显示出来。在此目录中,对于各加工部位模型,显示了诸如工件类型、适用的部位、加工部位名称等的识别信息,以及单位加工模型250的线状模型(wire model)。特别是,关于加工的孔部位,线状模型的显示有助于由常常按其剖面形状识别加工部位的产品设计师规定所想要的加工部位模型。此外,当加工部位模型的设计要求信息425、各单位加工模型250和加工属性信息255也都被显示时,就有可能提供有助于使用者能决定加工部位模型是否是所希望的信息。详细的信息如设计要求信息和单位加工模型组件(集合)也都可以按照设计师的指示被显示。
一旦已经按上述方式得到所希望的加工部位模型时,使用者就可以在屏幕上指定加工部位模型的应用位置(配置位置),该屏幕用指示器如鼠标显示产品模型。应用方向(配置方向)也可以按要求被指定。以这种方式,就有可能如同将加工作业按顺序应用到工件上那样形成产品模型。
例如,图10示出用于在产品模型上配置一孔加工部位的作业。更具体地,此例子示出用于将与孔有关的加工部位模型400用至产品模型500上的作业,在该模型500中,加工部位X(孔加工)和加工部位Y(平面加工)已经应用在顶面上,而加工部位E(孔加工)已经应用在右侧表面上。在这种情况下,使用者用上述检索工具从加工部位信息库40检索所希望的加工部位模型400,并在显示产品模型的屏幕上指示加工部位模型400的应用位置502和应用方向504。在图10所示的例子中,相同的加工部位模型400配置在两个不同的位置上。在收到这种指示时,产品模型管理单元110实行有关产品模型500的实体形状和两个配置的加工部位模型400的实体形状的集合运算,以得到并显示现在已经通过配置加工模型400(加工部位V)而更新的产品模型的形状。
通过重复这种作业,直至已经配置所有必要的加工部位模型,就可以制成表示最终完成的产品的产品模型。如此做出的产品模型可以例如作为一坯料模型和用于将加工部位模型用至坯料模型上的配置操作历史(经历)来表示,从而表示产品的各个部分的形状和加工属性。不过,产品模型仍然还未处于图1所示的产品模型的状态,因为包括在各加工部位模型中的各单位加工模型的应用顺序在此阶段并未决定。
各单位加工模型即加工次序的应用顺序是由负责加工工艺设计的设计师决定的。CAD装置100包括一用于设定此加工次序的加工次序设定单元(部)112。加工次序设定单元112的基本功能为接收由使用者输入的与包括在产品模型中的各个单位加工模型(更严格地说,加工步骤信息与和模型上的配置有关的信息组合)有关的应用顺序。加工次序设定单元112还最好具备有利于此顺序输入作业的辅助功能。此辅助功能可例如包括一种功能,其中,这些单位加工模型按照所用的加工机械和加工方向(图10中的应用方向504)划分为组,并且向使用者提供分组信息。用加工机械和加工方向都相同的单位加工模型做成的组,可以作为单位加工240来对待(或与该单位加工非常相似),因为,对于这种组,可以用一个加工机械实行连续的加工,而不必改变工件的夹持状态。加工工艺设计的设计师根据这种分组决定各个单位加工240,决定应用这些单位加工240的顺序,并进一步决定各个单位加工模型在各个单位加工240中的应用顺序,以使可以做出图1所示的包括加工次序信息的产品模型20。最好进一步使具有相同的加工机械和相同的加工方向的单位加工模型组进一步按照所用的工具划分为子组,并且向设计师提供这种分组信息。由于用同样的工具连续加工单位加工模型要比按不连续的顺序高效,因此设计师可以参照这种子分组并容易决定在单位加工240中用高的作业效率应用各单位加工模型的顺序。此外,该系统对加工部位核查加工方法的顺序的更换,这种更换是不允许的(NG),不管这种更换是手工进行的还是自动进行的。
以上已经描述了制作产品模型20的过程,该产品模型包括与由CAD装置100实行的各部分的加工属性和加工次序有关的信息。CAD装置100进一步包括用于根据产品模型20制作中间阶段模型的历史再现处理单元114和用于产生加工指示图等的图样产生单元116。历史再现处理单元114和图样产生单元116可与图1所示的构成中的历史再现处理单元12和图样产生单元14相似。
工具和夹具干涉检查单元(部)118为用于使用在历史再现处理单元114中制作的中间阶段模型实现与工具和夹具有关的干涉检查的功能工具。
在工具干涉检查的情况下,检查单元118可使用通过将加工次序用至某一加工步骤而得到的中间阶段模型和用于该加工步骤的工具的CAD模型(工具模型),以检查工件与工具是否彼此干涉。如图11所示,在例如与图5所示的第二单位加工中的步骤2-01有关的工具干涉检查中,用在步骤2-01中的工具的工具模型610(它可以用此步骤中的单位加工模型的加工属性的“工具模型名称”规定)沿加工路径移动,并检查工具模型610是否与步骤2-01中的作业模型600干涉。此检查可通过与作业模型600的实体形状和工具模型610的实体形状有关的运算自动实行。当产品模型或作业模型的形状变更时,要再次进行此干涉检查。与工具模型610有关的数据被记录在工具模型信息库42中,而记录在此信息库42中的工具模型的识别名称则用于各单位加工模型的加工属性的工具模型名称(见图2)。
另一方面,在夹具干涉检查的情况下,如图12所示,就单位加工240(见图1)的加工中模型700(即工件在该单位加工中的完成形状)而言,检查单元118集合用在此加工中的所有工具的工具模型710和表示用在此加工中的夹具的实体形状的夹具模型720(即检查单位118相对于工件将工具模型710和夹具模型720配置在各工具和夹具的相应的应用位置上),以检查工具模型710和夹具模型720之间是否存在干涉,以及在夹具模型720与产品模型或作业模型700之间是否存在干涉。当产品模型或作业模型的形状变更时,要重复此干涉检查。
当这种检查检出工具或夹具的可能干涉时,就有可能变更产品的设计或变更工具或夹具等的设计。
以上已经描述了CAD装置100。按照CAD装置100,通过依次配置包括加工属性信息的加工部位模型的操作,就可做出不仅包括形状信息,而且包括加工属性信息的产品模型。这样,就不需要在加工工艺设计中决定各加工部位的加工属性信息。此外,在本实施例中,由于产品的形状信息和加工信息都在同一产品模型20中一体化,故传统上用于整合产品设计和加工工艺设计的结果所需的时间和劳动都可以省去。
此外,在例如孔加工的情况下,由于可以用各工具加工的形状(加工结果的形状)由工具的形状决定,故反过来说,可以通过参照各工具的工具模型规定单位加工模型的形状。当单位加工模型的形状通过按此方式参照工具模型规定时,单位加工模型必须有可被加工的形状,而作为这些单位加工模型的序列被定义的加工部位模型也必定有可被加工的形状。因此,通过配置这种加工部位模型而规定的加工模型基本同样有可加工的形状,这就大大地减少了设计的产品形状不能被实际加工的传统问题的发生可能性。此外,由于可以用工具与夹具干涉检查单元118实行工具和夹具的干涉检查,因此可以在CAD装置中更详细地检查加工可能性(可加工性)。
此外,当根据过去的记载等在加工部位信息库40中记录具有良好的加工可能性的机械加工部分模型,并将其用于设计产品时,所得到的用这些模型制造的产品模型在加工可能性方面也是良好的,以致在产品设计阶段就可以实现加工方面卓越的设计。
图7的系统例子示出一种情况,其中,负责某一单位加工中的加工的加工部门的终端设备120可存取产品模型20、加工部位信息库40和工具模型库42。在此情况下,当加工部门的终端设备120设有与CAD装置100的历史再现处理单元114等同的历史再现处理单元124时,加工部门可通过其自身的终端设备120自由地存取产品模型20,以制作中间阶段模型或加工指示图,而不需要用CAD装置100从设计部门接收中间阶段模型或加工指示图。在此情况下,只需要设计部门将规定用于由加工部门负责的单位加工240的起点和终点的加工步骤的信息通知加工部门,加工部门就可以在所承担的单位加工240中制作任意的中间阶段模型或加工指示图。当产品模型20由于设计变更而变更时,取决于产品模型20的中间阶段模型或加工指示图自动与产品模型的变更相关联地变更。
加工部门终端设备120的测量数据输入单元122为用于输入从在加工部门加工的工件的测量得到的数据的装置。采用此输入单元122,就可对应于相应的加工步骤的作业模型记录加工工件在各加工步骤的测量结果。例如,如图13所示,对于图5所示的加工次序中的步骤2-01的作业模型,测量数据620可作为属性信息被记录。在此情况下,所记录的测量数据620可以例如通过给对应于作业模型600的工件测量数据620指派与规定在图1所示的加工步骤信息242序列中的作业模型600的加工步骤有关的序列号,而与作业模型600相关联。当对各个加工部位或单位加工模型获得测量数据620时,就可记录规定对应于测量数据620的加工部位或单位加工模型的信息。此外,除了其形式为数值数据的测量数据620以外,可优选记录通过变形自动从测量点产生、以易于识别模型图象及加工结果状态和在加工中实际使用的详细的加工条件的线框数据和表面数据,以作为作业模型的属性。
由于像来自加工工件的测量数据这样的信息可以作为对应的作业模型的属性被记录,故有可能用产品模型20的信息作为核心,一体地管理与各个操作模型和相应的工件的测量结果有关的信息。因此,还有可能在表示产品模型20的三维实体形状的显示屏幕上同时参考受到各加工步骤的工件的各个部分的设计及实际的加工后的状态。
此外,按照本实施例的系统,还能够自动产生用于从产品模型20控制加工机械的NC(数字控制)加工程序。具体地说,由于包括在产品模型20中的加工步骤信息242包括像用于加工的工具的名称(工具模型名称)、公差、切削条件这样的加工属性信息,以及加工位置和方向的信息(配置信息246),故可从此信息自动产生用于相应的加工步骤的NC加工程序模块。以加工机械(单位加工240)单位为基础的NC控制程序可以通过依次对包括在用于相应的加工机械的单位加工240中的各个加工步骤信息242提供NC加工程序模块而产生。图14示出工件形状(作业模型)在图5所示的第二单位加工的各个加工步骤中的变迁和对应于此变迁产生的NC控制程序的一个例子。当产品模型20由于设计变更而改变时,与此设计变更对应的NC加工程序可以通过从改变的产品模型20重新产生这种NC加工程序而得到。由于NC加工程序是根据产品模型20自动产生的,故不需要中间CAM模型。
此外,按照本实施例的系统也可用来辅助用于测量工件的三维测量程序的产生。具体地说,当系统构造成能制作表示要被测量的工件的作业模型并允许使用者在此作业模型的显示屏幕上指定测量部分时,就能根据此指定产生测量程序。此外,测量部位、测量内容、测量方法、测量点等都以从由作业模型得到的加工精度信息(如尺寸公差和几何公差)自动产生。
虽然用特定的项目描述了本发明的上述优选的实施例,但是,这种描述只是为了说明的目的,并且应当理解,可以作出改变和变化而不脱离所附权利要求书的精神和范围。

Claims (16)

1.一种中间阶段模型制作装置,它包括:
一个用于存储产品模型的模型数据库,该产品模型利用表示要被加工的坯料的形状的坯料模型、一个或多个包括与要由加工作业成形的加工部位形状有关的信息的单位加工模型和与用于针对该坯料执行对应于各个单位加工模型的加工作业的执行顺序有关的信息来定义产品的形状;和
一个模型建造装置,该模型建造装置用于顺序地将每个单位加工模型施用至坯料模型上直到该执行顺序中的一中途点,并制作一个表示处在直到该执行顺序的中途点为止已经施行了对应于每个单位加工模型的加工作业的状态下的产品形状的中间阶段模型。
2.根据权利要求1的中间阶段模型制作装置,其特征是,
单位加工模型包括与被一单个工具加工的加工部位的形状有关的信息。
3.根据权利要求1或2的中间阶段模型制作装置,其特征是,
有关上述执行顺序的信息包括与按照用于加工作业的加工机械决定的单位加工顺序有关的信息,和与在单位加工中构成一单位加工的各单位加工模型的顺序有关的信息,以及
模型建造装置则包括这样一种装置,它用于顺序地将每个单位加工模型应用于坯料模型上直到一个指定的单位加工,并作为中间阶段模型的一种类型,制作一个表示作为该指定的单位加工的加工作业的结果而得到的产品形状的加工中模型。
4.根据权利要求1至3的任一项的中间阶段模型制作装置,其特征是,
每个单位加工模型包括与由该模型表示的加工部位有关的加工属性信息,而中间阶段模型则与包括在该中间阶段模型中的单位加工模型的加工属性信息相关联。
5.根据权利要求1至4的任一项的中间阶段模型制作装置,其特征是,
坯料模型和单位加工模型包括其形式为三维实体模型的形状信息,并且由坯料模型和单位加工模型的组合表示的产品模型和中间阶段模型的形状也按三维实体模型的形式表示。
6.根据权利要求5的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括用于对由上述模型建造装置制作的中间阶段模型做出指定剖面的剖视图的装置。
7.根据权利要求5的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括用于对由上述模型建造装置制作的中间阶段模型做出预定的投影面的投影图的装置。
8.根据权利要求1至7的任一项的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括用于存储对应于中间阶段模型的工件测量结果,以作为与该中间阶段模型有关的属性信息的装置。
9.根据权利要求1至8的任一项的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括用于在上述执行顺序中,根据中间阶段模型和与用于加工一个应用于中间阶段模型的单位加工模型的工具有关的信息,进行与工具有关的干涉检查的装置。
10.根据权利要求3的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括这样一个装置,它制作一模型,该模型表示一种状态,在该状态中,用于在对应于上述加工中模型的单位加工中使用的各个工具的工具模型相对于该工具所作用的该加工中模型的部分配置,该装置还根据此模型和一表示在单位加工中使用的夹具的夹具模型进行关于夹具的干涉检查。
11.根据权利要求3的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括用于产生用于控制一个数控机床的NC(数控)加工程序的装置,该数控机床根据与包括在产品模型中的单位加工模型和执行顺序有关的信息进行单位加工中的加工作业。
12.根据权利要求1至11的任一项的中间阶段模型制作装置,其特征是还包括:
一个信息库,其中记录多种类型的单位加工模型;和
产品模型建造装置,它用于根据一个或多个记录在信息库中的单位加工模型和坯料模型制作一产品模型;
其中,上述产品模型建造装置包括:
单位加工模型选择装置,它用于接收使用者的与信息库中的单位加工模型有关的选择指示的输入和表示与该选择指示有关联的单位加工模型的配置的配置信息的输入;和
顺序输入装置,它用于接收使用者的与通过上述单位加工模型选择装置选择的单位加工模型施用顺序有关的指示的输入,并作为上述执行顺序记录该顺序。
13.一种用于制作中间阶段模型的方法,它包括下列步骤:
制作一个产品模型,该产品模型存储表示要被加工的坯料的形状的坯料模型,一个包括与要被加工作业成形的加工部位有关的信息的单位加工模型,和与用于对该坯料执行对应于各个单位加工模型的加工作业的执行顺序有关的信息;和
顺序地对坯料模型施用各个单位加工模型直到该执行顺序的一中途点,以便制作一个表示处在直到该执行顺序的中途点为止已经施行了对应于每个单位加工模型的加工作业的状态下的产品形状的中间阶段模型。
14.根据权利要求13的方法,其特征是,
各单位加工模型包括与由该模型表示的加工地点有关的加工属性信息,而中间阶段模型则与包括在该中间阶段模型中的单位加工模型的加工属性信息有关联。
15.根据权利要求14的方法,其特征是还包括下列步骤:
显示包括在中间阶段模型中的单位加工模型的加工属性信息。
16.根据权利要求13的中间阶段模型制作方法,其特征是,
坯料模型和单位加工模型包括其形式为三维实体模型的形状信息,由坯料模型和单位加工模型的组合表示的产品模型和中间阶段模型的形状也用三维实体模型的形式表示。
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