基于NX的组合机床快速设计系统的研制

0 引言

    随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业。用户在追求高质量产品的同时，同时会考虑其个性化需求，追求美的外观、低的价格和短的交货期。因此，为了提高竞争力，组合机床行业必须不断缩短新产品开发时间（Time）、提高质量（Quality）、降低成本（Cost）、改进服务（Server）、并增强环境保护意识（Environment），只有这样才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。面临着这些严峻的挑战，组合机床生产企业必须改变过去传统的设计方式，利用先进的设计方法和先进的制造技术，以提高产品的质量和性能，降低成本，缩短交货期，快速满足用户需求变化，快速抢占市场。

    CAD/CAE/CAM/CAPP等先进的设计制造技术的推广应用，使许多组合机床生产企业在其设计阶段都采用了CAX技术。从早期AutoCAD辅助设计系统，到以三维设计软件NX、Pro/E等为开发平台，开发的组合机床模块化设计系统、总体设计系统，这些辅助设计系统在一定程度上减轻了设计人员的劳动量，提高了设计效率，但当组合机床设计涉及到方案决策、评价分析、重要参数选择等方面时，往往需要设计师进行较多的干预，设计师的水平在很大程度上决定了组合机床设计水平和质量。组合机床的设计特点是：

    (1)组合机床是典型的面向定单设计制造的产品，需根据加工对象及加工要求进行即时设计，产品设计工作量大，设计任务急，设计知识的运用灵活；(2)组合机床设计中很多地方需要经验知识，但这些经验知识缺乏有效的整理和归纳，知识和经验的重用性和共享性差；(3)在组合机床生产过程中，设计周期占组合机床的生产周期比重过大，设计过程花费的时间过多。因此，为了提高组合机床设计水平，提高设计质量和速度，必须有效地将组合机床设计知识进行整合，研发智能化设计系统，建立知识库，将专家的经验知识和标准规范融合到系统中，模拟专家在组合机床设计时的思维决策过程，这样设计人员只需提供被加工零件及加工要求，根据系统提示进行选择与判断，就可以完成组合机床的快速设计，提高设计效率，快速响应市场的需求。基于NX的组合机床快速设计系统正是针对组合机床和装备制造业对设计的快速需求而提出来的。

1 基于NX的组合机床快速设计系统的功能实现

    用基于NX的组合机床快速设计系统，替代传统的设计方法，实现知识的重用，是企业提高设计质量、降低设计成本、提高设计效率、增强企业的核心竞争力的一个重要手段。统计资料表明，当研发一种新的产品时，往往有80%以上的零件在设计时可以参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，而对组合机床产品设计而言，可重复利用和借鉴的零部件数量就更多。组合机床就是以大量通用件为基础，设计时根据被加工件的样式和生产工艺要求，采用少量的专用部件，组成的自动或半自动的模块化专用机床。在组合机床产品设计中尽量重用已有的产品零件，减少零件形状、尺寸及功能要素的离散性。如在组合机床的夹具设计时，将常用零部件组成各种参数可变的定位夹紧模块，供设计人员根据被加工件的定位夹紧需要进行调用和拼装，各模块中所用零部件的结构尽可能相近或相似。设计者在设计时不是创造一个新零件，而是按先检索后设计的顺序，充分利用现有的设计资料，检索现有零件，尽量利用现有的零部件拼装出新产品，减少新设计零件的工作量，在合理继承的基础上再进行创新设计。

    基于NX的组合机床快速设计系统，采用NX的WAVE技术和KBE技术，将组合机床设计的有关知识归纳整理，建立知识库和推理机制；通过对知识库中设计知识的推理，引导用户快速完成组合机床的设计过程。用户只需输入被加工对象及加工要求，改变或添加工艺参数，系统会根据用户输入的工艺参数依据设计规则来驱动设计过程，自动生成新产品的数字化样机。

图1 组合机床设计模型

    基于NX的组合机床快速设计系统建立的关键问题是如何将专家知识有效地融合到知识库中，建立易于检索和管理的实例库和行之有效的推理机制。在实例库的建库过程中将零件喊部件）按功能、结构、材料、尺寸和工艺等特征分类编码，按相似性标准将零（部）件整理归纳为设计族，并根据企业标准对其进行标准化处理，然后在NX中建立它的三维模型，将属性特征的三维模型存放在实例库中；在进行组合机床零部件设计时，可根据其编码信息进行相似度比较，对检索出的实例模型进行参数和结构特征的编辑修改，即可得到新零件的三维模型及二维工程图，以满足生产需要。