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MBD环境下的三维机加工艺设计技术
工艺设计是连接产品设计与制造的桥梁，对产品的质量起到非常重要的作用。传统的工艺设计主要用自然语言描述工艺设计过程中的工序、工步信息，并辅以二维简图。
(1)毛坯模型设计
在进行工艺路线设计之前，根据零件设计模型建立毛坯模型。为方便工艺设计人员快速生成毛坯模型，系统构建了典型毛坯库，如圆钢、方钢、六角钢、槽钢和工字钢等，通过对典型毛坯库的调用，并参数化修改毛坯的主要尺寸参数，来快速生成毛坯。此外，不同零件以及不同的成型方法，其毛坯模型的构建方法也不同，例如，对于铸锻毛坯，其毛坯模型可以直接在设计模型上通过增加余量获得。
(2)工序设计
工序设计主要根据工序参考模型确定每道工序所要加工的加工特征，所使用的机床、工装、刀具等制造资源信息，以及所采用的加工方法、工艺参数等信息。工序设计主要包括工序定义和工步定义。工序的定义包括工序名称、机床、工装信息的定义，工步定义包括工步内容、刀具、工艺参数的定义。为了辅助工艺设计人员提高工艺设计效率，系统构建了工艺知识库，例如建立了加工特征和加工方法之间的映射关系，如对于外圆特征，其加工方法主要有车削和磨削，然后由加工方法和工件的最大尺寸与机床的制造能力进行匹配，从而确定出机床设备。根据加工特征的加工表面以及特征尺寸确定所采用的刀具，例如，型腔特征采用立铣刀，刀具的刀刃长度必须大于型腔深度，刀具直径必须小于型腔的转角半径，刀具的刀尖圆弧半径必须小于型腔的底脚半径。
(3)工序模型生成与标注
根据工序参考模型和工艺设计信息，通过对上一道工序的工序模型与刀具扫略体进行布尔减运算，生成本道工序的工序模型。工序模型生成之后，对工序模型进行标注，包括工序尺寸(公差)、几何公差、表面粗糙度、装夹定位基准、机加工艺信息的标注。对于辅助工艺信息，如热处理，可以通过注释进行表达。本道工序模型生成并完成标注后，进行下一道工序设计并进行工序模型的生成与标注，直到整个工艺设计全部完成。
(4)三维工艺发布
工艺设计完成后，将三维工艺模型、工艺信息和轻量化工序模型保存到PLM系统进行审签并发布，车间生产人员通过浏览器/服务器(Browser/Server， B/S)架构工艺信息浏览器，从PLM系统中获取工艺信息及带标注的轻量化工序模型。
MBD环境下的三维工艺设计以三维模型为核心，工艺设计过程中产生的信息都定义在模型中，如尺寸(公差)、几何公差、表面粗糙度、注释等产品制造信息(Product Manufacture Information， PMI)和工艺设计信息(工艺基本信息、工序信息、工步信息等)。其中，PMI信息通过标注的方式直接定义在模型中，工艺设计信息通过属性的方式定义在模型中。
3 一种三维机加工艺信息标注符号
传统的工艺设计主要用自然语言描述工艺设计过程中的工序、工步信息，并辅以二维工序简图，工序、工步信息与二维工序简图之间的映射不直观，常存在歧义。此外，不同工艺设计人员对同一对象采用的描述语言不完全相同，很容易导致车间生产人员对工艺信息理解有偏差甚至混乱。MBD技术的出现为工艺信息的表达提供了一种新方法。为了实现工艺信息的三维标注，本文提出一种三维机加工艺信息标注符号，三维工艺信息标注符号以工艺方法为核心，通过组合框格的形式将工艺方法符号、工艺参数、设备型号、工装符号，以及工装型号、刀具符号及刀具参数、检验信息等组合在一起，如图2所示。
图2 一种三维机加工艺信息标注符号
(1)加工特征数量
指相同加工特征的个数。相同加工特征的加工方法也一样，标注时只标注一个加工方法，但相同的特征应该与加工方法标注保持查询关联性。数量要求用“1X"，"2X”等来表示，当加工特征数量为1时，"1x”可省略。
(2)加工方法标识
加工方法标识栏框格内容为加工方法的图形符号，从加工方法图形符号库中获取。参照GB/T3167-1993《金属切削机床操作指示形象化符号户》和GB/T 16273. 2-1996《设备用图形符号机床通用符号》建立了加工方法图形符号库。表1所示为几种常用的加工方法图形符号。
表1 几种常用加工方法的图形符号
(3)工艺参数信息
指机械加工过程中涉及的工艺参数的符号化表示，不同加工方法的工艺参数也不一样。如车削的工艺参数主要有主轴转速、进给量、切削深度、进给次数等，而铣削的工艺参数有主轴转速、进给量、铣削深度。表2所示为车削加工的工艺参数及其符号化表示。
表2 车削工艺参数及其符号化表示
(4)设备信息
指机加工过程中使用的加工设备。设备信息栏框格内容为设备型号，可从企业设备资源库中获取。
(5)工装信息
指机加工过程中使用的工艺装备。对于通用工装，工装信息栏框格为工装图形符号和工装型号，对于专用工装，该栏为工装型号，工装信息可从企业制造资源库获取。
(6)刀具信息
指加工该特征使用的刀具图形符号和刀具的主要参数信息。刀具图形符号参照GB/T 3167-1993和GB/T 16273. 2-1996，几种常用刀具的图形符号如表3所示。刀具的主要参数为影响特征加工的主要参数，如铣刀的直径、底角半径、刀刃长度等。
表3 几种常用刀具的图形符号
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