工程机械产品机加工三维工艺基础技术分析.pdf

制造与工艺 Manufacturing and Process18 今日制造与升级 2023.70 引言目前，先进的制造技术正在代替传统的制造方法。针对工程机械产品机加工，为满足不同的需求，采用三维工艺技术，可以满足制造业对工艺模型需求的快速响应。因此，明确设计流程，详细设计三维工艺系统才能突出三维机加工技术优势。1 工程机械产品机加工三维工艺体系分析三维工艺技术是基于模型建立（MBD）为前提，在三维数字化环境下，进行产品模型建立，结合模型建立工艺流程并验证工艺可行性，最后对仿真产生的数据进行管理。三维工艺技术是实现工艺中的参数、工艺技术与三维工艺模型的关联集成，方便各参数与工艺技术数据的存储管理。与传统的二维工艺相比，三维工艺产品的模型观感更加立体，产品的参数需求等信息更直观地体现出来，优化了制造人员的读图过程，降低错误率。通过数字化工艺模型，方便产品设计制造过程中数据的表达与传递，简单化管理、存储，缩短设计流程时间。基于 MBD（数字化产品定义）技术的工艺标准体系框架，可以更加详细地管理产品的设计、工艺和检验等信息参数。MBD技术主要构成3类信息参数，一是有零件的要求、参数信息和帮助分析模型的辅助几何信息；二是零件的属性信息，把零件的材料、零件号等要求以模型的属性表现出来，突出要求重点。三是零件的注释信息，主要以三维的形式标注出三维模型的尺寸、基线以及验证等相关信息要素。其零件模型建立结构如图1所示。基于 MBD 技术的工艺标准体系框架，实施标准规范和机加工工艺设计方式仍以二维模式开始，结合现有知识与经验积累，通过对国家制订的规范及行业产品标准的吸收消化，编写工艺文件管理标准，保证信息有效性，提高产品设计环节效率。通过对某企业调研分析，建构机加工工艺标准体系，如图2所示。按照 MBD 机加工工艺设计的要求，三维工艺体系可分为设计与管理两大类。设计中，机加工建模是根据零件制作要求与建模制造要求对建模制作过程、系统设置环境等细节进行统一管理。建模简化、轻量化的规定是遵守的一般原则。建模的工艺标准规范主要规定 MBD 的机加工艺模型信息分类、信息框和其中参数制订（如比例、标准等）要求。工艺中针对三维机加工工艺符号的标识的规范，主要是工具刀等设备的标识、机加方法标识与绘制原则、机加工程中信息表达方式与标注颜色等管理规范。管理中，各部分主要是对三维建模文件的命名、审批、更改文件过摘要文章结合工程机械产品机加工三维工艺系统分析，以机加工流程为切入点，对数字化环境下，完成三维建模与机加工工艺的设计，并获得一定的数据管理，极大改善传统工艺中因设计频繁修改导致工艺设计效率低下的问题，实现机加工产品的数字化设计，建立存储工艺设计、零件建模等数据库，降低工艺设计周期，保证工艺设计的准确性，大幅缩短企业工艺人员的编制工艺周期，节省人力、物力，降低成本。关键词工程机械产品；三维工艺；工艺模型中图分类号TH122 文献标志码A工程机械产品机加工三维工艺基础技术分析刘爽（杭州萧山技师学院，浙江杭州311200）?图1 MBD技术零件模型建立结构制造与工艺 Manufacturing and Process2023.7 今日制造与升级 19程要求、发送存储进行一系列管理归档，便于建模文件的调用与分享。2 机加工三维工艺设计系统总体设计2.1 三维机加工艺系统总体需求分析经调查，我国大多数零件制造企业在机加零件设计过程中，依据设计二维工程图样，再根据二维工程图样并结合本企业的制造能力，进行三维建模与工艺流程设计。MBD 技术是一种结合计算机应用的产品数字化定义技术，其最明显的特征就是可以通过三维环境进行建构三维工艺模型，规划制造工艺，进行仿真模拟，增加实际检验的可行性。三维环境下，机加工艺的主要设计流程首先是设计人员获得零件的数据源，根据数据源建立三维零件模型。其次根据零件模型的需求进行工艺流程设计，设计完成后发放车间，由工人对生成的工艺文件与模型进行二次审核，制造人员根据零件模型与工艺流程判断实际可行性。最后进行加工制造。三维机加工工艺设计系统框架设计如图3所示。针对三维机加工系统的开发与设计，首先要用三维软件进行三维建模与数字化工艺设计。重点关注工序模型与工艺流程的生成与管理，强化工艺设计。在工艺设计过程中，首先要结合企业自身数字化程度，进行普通机床与数控机床占比评估，若普通机床较多，则在加工设计时注意普通机床的问题，一般在设计工艺过程应以普通机床为主，侧重数控机床。其次建立智能化工艺规程库、典型工序库与艺术语库，最后通过不断扩充工艺知识，积累工艺经验与数据，为智能化三维模型设计做数据基础。三维机加工工艺系统结构主要采取 C/S 系统。该结构是一种常见的软件两层体系结构，通过该体系结构可以实现任务合理分配，发挥硬件环境最大优势，降低通信成本。虽然 C/S 系统没有 B/S 系统先进，但 C/S 系统支持用户会话、兼容浏览器等，并且技术较为成熟。在三维机加工工艺设计系统结构上可以分为四层，分别为标准层、数据层、工具层与应用层四层。2.2 三维机加工工艺系统功能设计工艺模型的建立功能主要有机加工工艺参考模型建设、毛坯模型建设与工艺特征建设。工艺参考模型主要是根据尺寸进行分析、经过比例缩放得到的，通过 CAD 等软件进行分析，得到底层 API 函数，再经过函数赋予模型新尺寸，实现模型自动变换，得到目标模型，经过经典毛坯模型库等方式导入毛坯模型，可以根据以上方式进行模型快速建构。经典毛坯模型的导入方式有很多，主要是通过导入典型毛坯库、典型毛坯实例创建与设计模型生产毛坯模型来达到快速构建模型。三种方法各有利弊，在方法选取时，要结合产品设计实际情况出发进行方法选取。工艺特征建构的目的是快速建立机加工艺时的过程特征，主要由特征快速建构工艺与典型工艺动态创建组成。在特征快速建构工具中，是根据工艺模型出发，在毛坯模型上进行建构机加工的过程特征，所以，一般是由 CAD 等软件自带的模组进行工艺特征建构，也可以借助其他软件的工具进行建构。典型工艺动态创建是根据产品特点出发，对工艺设计中某些经常使用的特征进行定义，赋予用户自定义特征，方便日后设计使用，从而提高建模建立效率。在该创建工具的使用中，应注意赋予详细的特征属性，保证模型与其标注需求的必要关系。避免错误构建工艺特征5。?图2 某企业三维机加工工艺标准建构体系?图3 三维机加工工艺设计系统总体框架设计图制造与工艺 Manufacturing and Process20 今日制造与升级 2023.7工艺信息标注是基于 CAD 设计软件现有的标注功能进行的。本软件的符号组合与提供工艺信息三维标注等功能符合国家与行业制订的标准，所以，结合企业自身制订的标准进行设计是可行的。三维机加工工艺设计系统的工艺输出是根据工艺流程进行的，工艺流程贯穿产品生产的全部。工艺流程和工艺中各个节点的属性信息储存到特定的信息数据库中，为后续的大数据建设提供数据基础。工艺信息主要由零件属性（如零件图号、名称、物料编码等）与工艺规程节点属性（如工序信息、加工方式、设备信息等）组成。工艺信息的存储主要是以建立数据库的形式而实现，使得工艺信息与模型同时动态刷新，加快机加工艺智能化、数据化发展。3 三维机加工工艺应用目前，工程机械制造企业普遍采用 CAD 软件进行三维设计，通过 Pro/E 软件实现设计数据的存储、管理和可视化发布。因此，三维机加工艺的设计要根据2个软件进行联合设计。3.1 零件介绍本次系统制作零件为工程机械产品中的轴销。为测试系统是否可行首先进行机加工三维工业基础技术的分析。以模型标注与模型基本情况进行工艺分析，并结合毛坯模型生成方法，生产具体工艺流程,分析的具体工艺流程如表1所示。表1 工艺流程分析操作顺序操作名称操作步骤及参数第一步下料单件下料 L=15+157，20第二步热处理调制处理，HB220-250第三步检测第四步车加工光端面，车外圆，装夹下端，车外圆台阶，17.837.50.1，退刀槽 13.5车螺纹 M16倒角 2-0.545，2-1.545切断，总长 152掉头车零件外圆，17.8860.2，退刀槽 13.5车螺纹 M16倒角 2-0.545，2-1.545第五步磨处理磨外圆，2-第六步检测第七步不锈钢钝化除油、漂洗、钝化、冲洗、过纯水、干燥第八步检测3.2 工艺模型建构针对工艺模型的建立，以 Pro/E 软件进行轴销三维模型设计，零件工艺设计首先需要进行模型尺寸修改，其次参考模型建立后，要以参考模型为参考生成轴销毛坯模型，最后使用快速构建工具等工具建立机加工工艺过程。在工艺模型建立与工艺流程设计时要注意符号组合。3.3 工艺工程设计完成模型建构后，导入工艺信息，系统建设模型特征结构建树，结合实际情况，选择新增工序、工步，完成创建后在结构树上选取本工序或工步包含的特征，再进行工艺规程树节点进行工艺规程输出及管理。将模型文件与工艺规程信息加载到以浏览器开发的工艺规程卡模板相应区域，生成三维工艺规程卡，并推送到生产车间，辅助制造人员加工。4 结论随着我国生产建设的数字化程度不断深入，三维设计与制造的应用已经进入各个领域。文章分析了机加工工艺设计过程中问题的难点，建立可视化工艺规程，关联工艺流程、制造资源与建模特征等信息，为智能化三维机加工工艺技术提供大量数据，为后续的建设提供基础，为三维机加工工艺技术提供更好的技术发展。参考文献1 李淼.三维环境下的机加工工艺设计实施及应用J.黑龙江科学，2022，13（4）：76-77.2 胡之有，马伟.基于MBD的全三维工艺技术在机床行业的应用J.锻压装备与制造技术，2021，56（1）：100-103.3 刘克希，吴刚，刘升.齿轮箱产品机加工三维工艺研究与实现J.机车车辆工艺，2020（6）：45-47.4 石雷，谢新春，王勃，等.基于MBD项目三维工艺技术应用研究J.航空标准化与质量，2020（1）：20-22，38.5 谭川，贾兴作.三维环境下的机加工工艺设计实施与应用J.中国金属通报，2020（1）：289-290.6 刘曦，孙莉洁.基于MBD的三维工艺技术在新品研制中的应用J.新技术新工艺，2017（9）：1-6.作者简介刘爽（1985），女，浙江杭州人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为机械结构设计和机械电子。