本文針對(duì)傳統(tǒng)二維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)中工藝表達(dá)不直觀、工藝數(shù)據(jù)繼承性差等問題，依托NX建模軟件和PDM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，提出了以三維機(jī)加工序模型作為工藝信息載體的思路，建立了包括三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)、三維機(jī)加工藝管理、三維機(jī)加工藝應(yīng)用的三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)模式，突破了工序模型關(guān)聯(lián)建模技術(shù)、工藝信息模型定義技術(shù)和可視化展示技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維環(huán)境下的機(jī)加工藝設(shè)計(jì)。
　　一、引言
　　基于模型的定義（Model Based Definition，MBD）采用集成的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息。在MBD的機(jī)加工藝設(shè)計(jì)中，三維工序模型成為表達(dá)制造信息的載體。將三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）平臺(tái)由傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域擴(kuò)展到機(jī)加工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可以重用企業(yè)已有設(shè)計(jì)資源，同時(shí)直接為下游數(shù)控編程與數(shù)控測(cè)量提供三維模型數(shù)據(jù)來源。
　　但是目前，機(jī)加工藝設(shè)計(jì)的工作模式是建立二維工藝卡片的過程，在計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（Computer AidedProcess Planning，CAPP）系統(tǒng)中繪制工序模型的二維工程簡(jiǎn)圖，填寫工藝規(guī)程/工序/工步等信息，最后打印形成紙質(zhì)工藝卡片并在制造現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。傳統(tǒng)的二維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要存在如下三個(gè)缺點(diǎn)。
　�。�1）二維工序圖繪制繁瑣，常常需要采用簡(jiǎn)化繪制，有時(shí)容易產(chǎn)生歧義。
　�。�2）工序/工步信息與工序圖之間的映射不直觀，有時(shí)存在歧義。
　�。�3）數(shù)據(jù)繼承性差，無法為后期的數(shù)控編程和加工檢測(cè)提供三維數(shù)據(jù)模型。
　　目前市場(chǎng)上有部分工藝設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了面向裝配工藝的設(shè)計(jì)仿真，利用三維裝配動(dòng)畫表達(dá)裝配工藝過程，但面向機(jī)加工藝設(shè)計(jì)仍然沒有突破二維工藝卡片與簡(jiǎn)圖的局限。
　　為改變二維環(huán)境下機(jī)加工藝設(shè)計(jì)存在的不足，本文研究了三維環(huán)境下機(jī)加工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，擴(kuò)展NX三維CAD軟件平臺(tái)作為三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)，以三維工序模型作為工藝信息載體表達(dá)與記錄工藝符號(hào)，建立三維環(huán)境下的機(jī)加工藝設(shè)計(jì)能力。
　　二、三維機(jī)加工藝模式
　　依托NX建模軟件和PDM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，建立基于設(shè)計(jì)MBD模型的三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)以三維機(jī)加工序模型作為工藝信息載體，利用三維手段實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用。系統(tǒng)以三維工藝規(guī)程包作為數(shù)據(jù)傳遞載體，分為三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)、三維機(jī)加工藝規(guī)程管理和三維機(jī)加工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用三個(gè)階段，如圖1所示。
　　1、三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)
　　三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)基于MBD方法建立統(tǒng)一的三維機(jī)加工藝模型，使其成為加工、分析和檢測(cè)的數(shù)據(jù)依據(jù)。平臺(tái)層利用成熟三維CAD系統(tǒng)NX作為三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)環(huán)境，提供三維表達(dá)的基本條件與手段。工具層基于平臺(tái)層建立工藝信息錄入工具，幫助工藝人員快速準(zhǔn)確的錄入工藝信息；面向三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)的工序/工步模型生成輔助工具，輔助工藝人員面向工藝知識(shí)生成三維工序模型；三維工藝設(shè)計(jì)工具輔助在三維環(huán)境下標(biāo)注工藝符號(hào)，建立工藝符號(hào)與工序模型之間的關(guān)聯(lián)；機(jī)加工藝卡片工具是輔助工藝員建立機(jī)加工藝過程的結(jié)構(gòu)化描述，同時(shí)建立它與三維工藝信息之間的映射關(guān)聯(lián)。模型層以CAD平臺(tái)下的三維模型作為機(jī)加工序模型，以三維工藝符號(hào)表達(dá)工藝要求，以結(jié)構(gòu)化工藝卡片描述工藝過程，最終生成三維機(jī)加工藝規(guī)程，以替代原有紙質(zhì)二維機(jī)加工藝卡片。
　　2、三維機(jī)加工藝管理
　　作為三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，三維機(jī)加工藝規(guī)程由企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理。平臺(tái)層將企業(yè)現(xiàn)有的PDM系統(tǒng)作為三維工藝規(guī)程的數(shù)據(jù)管理環(huán)境，為三維機(jī)加工藝提供基礎(chǔ)管理平臺(tái)，避免在多個(gè)系統(tǒng)中維護(hù)多套工藝數(shù)據(jù)。工具層包含PDM的典型管理模塊，數(shù)據(jù)管理工具負(fù)責(zé)存儲(chǔ)三維機(jī)加工藝規(guī)程，并建立與產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型之間的主模型關(guān)系；審簽流程管理工具負(fù)責(zé)三維機(jī)加工藝的發(fā)布與審簽控制；版本管理工具負(fù)責(zé)三維機(jī)加工藝規(guī)程更改后的版本升級(jí)維護(hù)；權(quán)限管理工具負(fù)責(zé)控制三維機(jī)加工藝規(guī)程在數(shù)據(jù)管理過程中的權(quán)限控制。模型層是由三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)傳遞的三維機(jī)加工藝規(guī)程包。
　　3、三維機(jī)加工藝應(yīng)用
　　三維機(jī)加工藝應(yīng)用為機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)提供三維機(jī)加工藝的查詢?yōu)g覽環(huán)境。平臺(tái)層采用Web與輕量化技術(shù)建立工藝瀏覽環(huán)境，提供對(duì)輕量化三維工序模型的顯示與交互能力。工具層中的工藝規(guī)程解釋工具負(fù)責(zé)解析三維機(jī)加工藝規(guī)程包，獲得三維工序模型與機(jī)加工藝卡片；工序模型輕量化工具負(fù)責(zé)將三維工序模型轉(zhuǎn)化為輕量化三維模型；工藝模型表達(dá)工具負(fù)責(zé)提供輕量化工序模型的交互瀏覽能力；工藝規(guī)程重構(gòu)工具負(fù)責(zé)重新建立機(jī)加工藝卡片與輕量化工序模型之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)三維工藝瀏覽。模型層包括輕量化三維工序模型、輕量化三維工藝符號(hào)和機(jī)加工藝卡片。三維機(jī)加工藝模式圖如圖1所示。
　　三、三維機(jī)加工藝實(shí)現(xiàn)
　　1、工藝信息模型定義
　　工藝信息模型包含工藝信息的組織、表達(dá)、集成、管理和結(jié)構(gòu)化自動(dòng)存儲(chǔ)。工藝信息模型定義可以實(shí)現(xiàn)機(jī)加工藝信息的錄入與編輯功能，將用戶錄入的工藝屬性信息保存并記錄下來，將工藝信息錄入與編輯功能錄入的工藝信息同步存儲(chǔ)在一個(gè)XML文件中，并記錄相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的工藝屬性信息、三維模型名稱等信息（如圖2所示）。在XML文件中設(shè)置了工藝規(guī)程輸出時(shí)相應(yīng)的工藝模板信息獲取格式，便于工藝信息在工藝卡片中的自動(dòng)填充。每次打開系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取最新的XML文件生成相應(yīng)的工藝結(jié)構(gòu)樹，每次關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)保存工藝結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點(diǎn)信息保存到XML文件中，這樣就保證了XML文件的實(shí)時(shí)更新和工藝結(jié)構(gòu)樹的始終正確。
　　2、工序模型關(guān)聯(lián)建模
　　在NX WAVE技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，形成了模型幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系創(chuàng)建器，模型幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系創(chuàng)建器使用在三維工藝模型之間建立全相關(guān)關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖3所示，進(jìn)一步提高了三維模型建模效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三維模型一處更改，處處更改的數(shù)據(jù)一致性維護(hù)，使工藝更改效率大大提高，出錯(cuò)率大幅減��；系統(tǒng)模型幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系瀏覽器，將模型間隱性的關(guān)聯(lián)關(guān)系用圖形的顯式方式表達(dá)，使模型間關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)現(xiàn)可視化，從而可以方便地對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

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