葉輪零件三維工藝編制及應(yīng)用

0引言

葉輪零件是多種航空產(chǎn)品中的主要零部件,精度高,加工難度大,生產(chǎn)周期長(zhǎng),往往是生產(chǎn)交付的瓶頸。很多航空企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì),但三維工藝的應(yīng)用還未推廣, 目前仍普遍使用二維CAPP^[1]。葉輪零件采用二維工藝存在以下缺點(diǎn):

1)葉輪零件幾何外形較為復(fù)雜,涉及多個(gè)復(fù)雜曲面,二維工藝卡片往往通過(guò)二維簡(jiǎn)圖和信息描述體現(xiàn)設(shè)計(jì)要素和工藝設(shè)計(jì),很難進(jìn)行清晰直觀有效的表達(dá),致使生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)易出現(xiàn)理解偏差,最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2)葉輪零件數(shù)控加工工序多,二維工藝編制完成后,需重構(gòu)三維工序模型才能完成數(shù)控加工業(yè)務(wù),存在大量的重復(fù)性勞動(dòng)。

3)目前仍以二維設(shè)計(jì)圖為工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)源,沒(méi)有直接重用三維設(shè)計(jì)模型(或者三維設(shè)計(jì)模型不合法),設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞效率低下。

三維工藝設(shè)計(jì)作為支撐基于MBD的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化(TCM)研制模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)^[2],負(fù)責(zé)確定產(chǎn)品制造過(guò)程以及制造所需的制造資源、制造時(shí)間等,是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的橋梁?；贛BD 技術(shù)設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接作為三維工藝的輸入,能夠降低信息傳遞出錯(cuò)的概率,確保設(shè)計(jì)信息自始至終地準(zhǔn)確表達(dá),同時(shí)三維的展現(xiàn)形式也使得應(yīng)用于生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)的工藝文件可讀性更強(qiáng),表達(dá)更為準(zhǔn)確^[3—5]。

通過(guò)試點(diǎn)產(chǎn)品和零件的應(yīng)用打通了基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造全過(guò)程, 目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的航空企業(yè)已初步建立了基于MBD的三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng),但與MBD的全面推廣應(yīng)用還有一定距離,還沒(méi)有將MBD數(shù)據(jù)真正應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)和加工,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法獲取并查看與任務(wù)數(shù)據(jù)集成的三維工藝數(shù)據(jù)?；谝陨蠁?wèn)題,選擇葉輪零件,利用MBD三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)編制葉輪零件的三維工藝,真正將三維工藝技術(shù)推向下游車間,利用MBD三維工藝技術(shù)完成葉輪零件的加工制造。

1 葉輪零件的三維工藝設(shè)計(jì)

1.1 葉輪零件結(jié)構(gòu)化工藝路線構(gòu)建

利用現(xiàn)有TCM工藝平臺(tái),接收設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)后完成葉輪零件的工藝路線創(chuàng)建。在制造工藝規(guī)劃器中選中新建工藝,在彈出的新建工藝窗口選擇專業(yè)工藝種類,單位代號(hào)默認(rèn)為編制人員所在單位,點(diǎn)擊生成工藝編號(hào),編輯工藝名稱,選擇工藝類別,創(chuàng)建工藝集過(guò)程如圖1所示。最終系統(tǒng)在工藝集版本下新建了專業(yè)工藝。

工藝版本下制造目標(biāo)關(guān)聯(lián)零組件最新版本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)版本對(duì)象,若存在PBOM對(duì)象,關(guān)聯(lián)最新版的 PBOM對(duì)象。通過(guò)在工藝集下新建工序,并賦予各工序不同屬性,完成下料工序、加工工序、檢驗(yàn)工序等的創(chuàng)建,最終完成工藝路線框架的構(gòu)建,如圖2所示。

隨后,為工序節(jié)點(diǎn)指派工藝資源,如加工設(shè)備、工裝夾具、刀具、量具等資源,工藝資源直接從TC分類管理器中調(diào)用,如圖3所示。

基于TCM工藝平臺(tái)搭建的工藝文件將產(chǎn)品、工藝、制造資源整合在一起,形成2PR模型,在此基礎(chǔ)上建立工藝順序結(jié)構(gòu)樹,工藝結(jié)構(gòu)樹的每一分支為一道工序。

1.2 葉輪零件全三維工序模型設(shè)計(jì)

對(duì)于工序模型的設(shè)計(jì)有兩種方式:方式一使用WAVELINK方式創(chuàng)建,這種方式可以保持設(shè)計(jì)模型與工序模型的關(guān)聯(lián)、工序間模型的關(guān)聯(lián);方式二采用導(dǎo)入設(shè)計(jì)模型或工序模型的方式在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建工序模型,這種方式設(shè)計(jì)模型、工序模型都是獨(dú)立的模型,之間沒(méi)有建立聯(lián)系與關(guān)聯(lián)。

對(duì)于工序模型的設(shè)計(jì)順序,也分為三種:正向設(shè)計(jì)、逆向設(shè)計(jì)、正逆向結(jié)合的方式。正向設(shè)計(jì):就是從毛坯到零件演變的過(guò)程,是零件上增加細(xì)節(jié)特征的過(guò)程,也是零件的加工過(guò)程(刀具去除材料的過(guò)程)。逆向設(shè)計(jì):就是從零件到毛坯演變的過(guò)程,是刪除特征的方式,也就是增加材料的過(guò)程。通常采用逆向的設(shè)計(jì)方法。

通過(guò)對(duì)葉輪工藝路線的分析,銑加工葉型前道工序模型是前后工序銜接的重要節(jié)點(diǎn),因此構(gòu)建為“中間工序模型”,其他工序在此基礎(chǔ)上,通過(guò)增減特征或余量,向前、向后推理獲得,所有“中間工序模型”是創(chuàng)建工序模型過(guò)程中的重要工序。

根據(jù)葉輪零件 自身工藝特點(diǎn)的分析、總結(jié)、歸納,形成如圖4所示創(chuàng)建工序模型思路。

根據(jù)葉輪工序模型的創(chuàng)建思路,形成如圖5所示葉輪工序模型創(chuàng)建的步驟。

1.3 葉輪零件工序模型三維標(biāo)注

在葉輪工序模型建立完成后,需遵循MBD工序模型三維標(biāo)注規(guī)范,完成葉輪工序模型的三維PMI標(biāo)注。在NX中使用“PMI關(guān)聯(lián)復(fù)制”功能,將需要設(shè)計(jì)模型或工序模型中的PMI標(biāo)注,直接復(fù)制到當(dāng)前工序模型中。同時(shí)在建立適當(dāng)視圖的基礎(chǔ)上快速完成工序模型的三維標(biāo)注,機(jī)加工序完成對(duì)加工面的著色處理,三維標(biāo)注需完整包括形位公差、幾何公差、工藝特殊符號(hào)、基準(zhǔn)特征符號(hào)、基準(zhǔn)目標(biāo)符號(hào)、工步信息、特殊技術(shù)要求等,如圖6所示。

1.4 工藝審批

零件工藝編制完成后,將整個(gè)工藝結(jié)構(gòu)通過(guò)相應(yīng)審簽流模板,完成電子審批流程,完成審批流程后審簽記錄自動(dòng)寫入NX相關(guān)屬性。

2 三維工藝的數(shù)據(jù)發(fā)布及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行

葉輪三維工藝編制完成后,其正確性和先進(jìn)性需通過(guò)車間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用才能得到驗(yàn)證。三維工藝數(shù)據(jù)下車間指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn),與二維數(shù)據(jù)不同的是,三維工藝數(shù)據(jù)沒(méi)有二維工藝卡片,為下游車間展示的是帶三維標(biāo)注的三維工序模型。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)各工位部署的終端,將輕量化的三維工序模型傳遞給MES,實(shí)現(xiàn)三維零件工藝現(xiàn)場(chǎng)查看。

葉輪三維工藝使直接來(lái)源于設(shè)計(jì)的三維數(shù)模成為生產(chǎn)制造過(guò)程中的唯一標(biāo)準(zhǔn),確保最大化傳遞和繼承設(shè)計(jì)信息的準(zhǔn)確性,能夠減少工藝對(duì)設(shè)計(jì)信息理解上的錯(cuò)誤,同時(shí)增強(qiáng)工藝信息的可讀性,降低出錯(cuò)概率,提高生產(chǎn)制造階段的效率?，F(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中,加工者在MES個(gè)人任務(wù)窗口即可點(diǎn)擊瀏覽當(dāng)前工序三維工藝,通過(guò)不同視圖的切換、各種三維模型瀏覽操作(包括放大、縮小、旋轉(zhuǎn)和高亮顯示等)、簡(jiǎn)便的測(cè)量工具,能夠清晰地讀取到全部工藝信息。

3 總結(jié)與展望

本文通過(guò)編制葉輪零件三維工藝并應(yīng)用于生產(chǎn)制造,直接傳遞和繼承基于MBD技術(shù)設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),取代原有的二維工藝,解決葉輪零件工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中存在的數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一、工藝數(shù)據(jù)表達(dá)不直觀、工藝數(shù)據(jù)的傳遞和執(zhí)行效率不高等問(wèn)題,真正提高了工藝的可讀性和準(zhǔn)確率,使基于三維工藝的生產(chǎn)制造成為現(xiàn)實(shí)。

但是, 目前全三維工藝設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)的 自動(dòng)化和智能化水平低下,仍需要較多的交互操作,對(duì)工藝人員的經(jīng)驗(yàn)依賴程度高,缺乏專用的軟件工具提升工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化和智能化水平。同時(shí),當(dāng)前沒(méi)有完全

發(fā)揮全三維工藝的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)場(chǎng)工藝展示僅限于工藝信息,工序?qū)傩浴⒐ば蛸Y源、CAM程序等并未全部體現(xiàn)。隨著基于MBD三維工藝的深入應(yīng)用,如何與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行集成,使得三維工藝的編制更為高效,三維工藝的管理更為嚴(yán)謹(jǐn),充分發(fā)揮數(shù)據(jù)流、信息流集成優(yōu)勢(shì),提高效率和工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平,縮短工藝編制周期并最終達(dá)到縮短產(chǎn)品研制周期、生產(chǎn)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量的 目的,還需要不斷研究和探索。

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2024年第19期第19篇