三维环境下的机加工工艺设计实施与应用

谭 川，贾兴作

（SEW-工业减速机（天津）有限公司，天津 300457）

1 三维环境下的机加工工艺设计的特征

1.1 加工所应用的数据实现三维立体化

三维机加工工艺设计显而易见的是通过三维软件进行数据的标注和应用，因此，在建模和标注尺寸过程中，能够实现所有信息都建立和体现在三维模型上。对于产品的加工信息，现场工作人员能够直观的通过三维模型进行了解和提取，立体化的数据模式能够直接在施工过程中进行数据的应用，相较于二位图纸更为便捷同时提升可准确性[1]。

1.2 工艺流程透明可见

一般来说，三维机加工工艺设计，会完成工序流程导图的模拟和建立，完成的工艺流程会通过各个工序间的需求结果，形成一个相互间的配套结合。通过流程导图的建立，可以对机加工产品、加工工艺流程以及加工所需材料都进行同步的统计和整理。整个工艺流程都是透明和清晰的，工作人员在实际完成工艺流程时，只需要通过导图的指引就可以对各个工序模型以及加工程序进行了解和进一步操作[2]。

1.3 数据信息统一稳定

二维机加工工艺设计的图纸等信息数据载体，极易出现由于加工对象变换而造成的信息丢失，一旦出现这种情况，需要重新进行图纸的构建，数据信息就失去统一性和稳定性，轻则造成设计及后续工作的延时和重复，重则可能造成企业的经济损失和加工工艺失误。而三维加工模型，整体稳定易得，并且便于对象的更替，有利于数据信息的沟通和保存。从一定程度上提升了机加工设计的安全性和稳定性，并且能够统一的进行数据信息的传递，不出现保存纰漏。

1.4 输出数据信息便捷轻松

三维机加工工艺设计只需要通过计算机软件，就可以进行三维工序模型的输出。并且输出形式为可视化的标准文件，操作便捷且轻松易施行。这是三维机加工工艺设计所具有的信息化功能之一，不仅是数据的设计方更便捷，对于使用三维模型数据的工作人员来说，只需要读取文件，就可以完成数据的传输，同样实现了便捷轻松的工作效果。

1.5 数据管理拥有规范化平台

相较于二维信息数据的保存和传输管理形式，三维机加工工艺设计所采用的产品数据管理系统是能够统一实现数据管理，产品模型管理以及工艺流程信息管理的规范化平台。其在产品数据的传送方面、工艺流程的审核方面、工艺质量的签发方面、设计工具和施工工具的制造方面都能够实现平台的统一数据管理和规范化操作。并且能够实现数据的信息化和自动化，不需要人工额外的数据对接，减少了人工数据管理的差异性。

2 三维环境下的机加工工艺设计的实施路径

2.1 数据接收设计

三维机加工工艺设计的数据接收过程，是通过三维标注的设计零部件为数据输入端口，打通设计与工艺数据链，从而建立立体三维模型和模型数据标注，进而完成工艺流程的设计、工装设计直接利用设计模型的设计。这个过程在三维环境下，能够实现流程的完成性以及统一性，效率更高、更准确。

2.2 构建参考模型

参考模型是机加工工艺设计的具体参照，能够完成基础的模型数据供给。这是由于考虑到设计模型无法完全满足后期加工的要求，同时也是为了便于后续模型关联管理，因此进行的设计模型尺寸变型设计，进而生成合并构建参考模型。

2.3 依据参考模型完成工件模型构建

工件模型就是代表零件加工的一个基础毛坯模型，其主要是依据参考模型进行进一步的设计构建，最终能够作为机加工工艺设计依据和施工参照。通过三维加工工艺设计可以完成工件模型的方形和圆柱形毛坯模型模板，同时模板具有高度的三维立体化功能和可编辑性。对已经构建好的工件模板，还可以进一步的进行二次开发，调用典型毛坯模板动态快速构建毛坯模型。

2.4 确定工艺特征

构建好工件模型后，同步以参考模型为基础参照，就可以完成加工过程中的工艺特征确定。这个工艺特征是一种具体的模型特征体现，能够完成模型上的依据构建，进行三维模型的必要特征编辑。简单的说，就是三维模型的特征点，通过加工顺序，可以一次的确定出三维模型上的多个工艺特征[3]。

2.5 数据信息传递

三维机加工工艺设计的数据传递，是其重要的功能。三维机加工工艺设计需要在模型建立过程中完成其工艺信息的表达，从而进行数据的传递。其表达工艺信息的过程，要注意信息的规范标识，采用整个加工过程的统一标识和方法，完成后期的应用推广和施工进展。信息可以以属性方式隐含在三维模型中，这样后续使用只需通过数据调用就可以完成信息的获取。或者可以通过三维标注直观的标识整个三维模型的各项工艺信息。一般来说，工艺信息标注的过程，没有明确的规定何种方式来进行，因此，可采用属性方式和标识方式并行而进行工艺信息的标注，完成数据传递。

2.6 完成工艺流程规划

工艺流程规划，是整个三维机加工工艺设计中提供设计工作顺畅保证的部分，能够完成工艺路线的顺序规划，以及确定机加工工艺的路线，构建整个机加工工艺的结构。其能够实现各种制造资源的整合以及完成三维工艺过程的数据组织，从而进一步实现产品、工艺、资源的有效组合。这个过程，需要进行导图结构的建立，将工艺流程导图和工艺特征、标注、工艺信息之间形成关联和必要的形式结合，为之后的三维机加工模型提供数据输出支持。

2.7 数据输出设计

全面完成模型以及工序的设计和输出，是三维机加工工艺设计的最后实施路径。这个过程需要将所有的标注数据和信息输出成一个三维工序模型，并显示模型的特征、各项信息以及工序特征和加工需求，最终完成一个整机的从毛坯到加工完成的数据整合模型，并输出为信息化文件。

3 三维环境下的机加工工艺设计的实施应用

三维机加工工艺设计应用广泛，其设计的三维模型能够完成数据的接受、模型建立以及数据输出过程，进而开展高效、便捷的工艺设计工作。

其设计工艺规程规划可以应用于确定零件的加工路线；设计制造资源流程设计到各种制造资源，如机床、刀具、工装及辅料的实际规划等；数控程序设计能够根据加工需要，基于工序模型设计数控程序从而明确加工过程各工序；工艺设计完成后，还可根据三维数据信息，进行必要的模型数据检查和二次开发；对应的工艺数据推送到车间显示终端；可以指导现场加工。

工序模型建模是三维机加工实施的核心问题，各工序三维建模加工后呈现的三维状态和进行的加工约束，不仅能够直观标注和显示加工结果，还可以为工艺分析、数控程序设计、加工结果检测等后续过程提供有效和便捷的数据来源。三维机加工工艺设计能够影响三维机加工工艺实施的效率与效果，是重要的机加工设计应用。

4 结语

目前，国内的绝大多数机加工工艺设计仍然采用传统的二维工艺设计技术，而在国外，已经有大型的航天、汽车等制造企业实现了基于三维模型的设计施工技术使用。这就意味着，在我国的航天、汽车等复杂精密的制造领域，已经落后于国际先进的生产设计水平。我国企业处于行业上游的企业，如果具有基于三维模型的包括尺寸、精度、配合和材料等方面的设计需求，往往存在获取、管理和分享技术信息的困难，无法完成有效的技术交流，对于产品制造参数和设计参数的一致性难以保证。由此可见，能够将制造加工技术与现代的三维设计技术相结合的三维建模标注设计技术具有更高的适应性，具有更为先进的特性。