基于MBD技术的航空制造数控加工工艺实施应用

传统的数控工艺工作由编程人员基于计算机在本地环境进行，先应用CAD软件建模模块参照工艺规程构建各道加工工序模型，在CAD装配模块将添加各工序模型至工序加工模型（也称CAM模型，包含上工序模型、本工序模型等），应用CAM加工模块设计加工刀具轨迹，通过后置处理生成数控程序，应用加工仿真软件进行数控程序加工仿真，然后将衍生的工序技术文件手动上传至PDM系统进行数据管理，最后通过存储介质下发现场完成产品加工任务。

由于在数控编程过程中涉及的CAX 技术应用处于单点、局部的状态，衍生的技术文件分散在不同的计算机或信息系统中[1]，因此产生大量信息孤岛，不能完全适应新技术发展需要，成为航空制造数控加工企业急需解决的技术难题。

基于MBD技术数控工艺解决方案

基于MBD技术数控工艺解决方案是整合CAX 信息资源，将典型机床后置处理、机床库、工艺装备等资源库以及切削参数等加工知识库与PDM系统集成，进行数控加工程序编制时，工艺人员直接在PDM系统平台引用MBD工艺已创建的工序模型进行加工模型的准备，包括零件的几何模型、毛坯模型以及工艺装备等，编程过程中调用加工刀具库、后置处理、仿真机床等资源库，引用操作模板、方式模板、切削参数等加工知识库，实现基于PDM系统平台MBD技术的典型零件工序建模、数控编程及加工仿真一体化验证，见图1。

基于MBD技术数控工艺模式采用关键技术

1 中差模型转换

基于设计提供的MBD产品模型构建中差工序模型，直接作为数控加工工艺的相关工序的工序模型，可以减少中间环节的数据转换工作量和技术风险，保证设计数据信息传递和关联的准确性。

2 基于PDM系统平台制造资源库、加工知识库重用

改变以往制造资源（仿真环境、加工刀具库、后置处理库、工艺装备库、切削参数库等）和加工知识库（操作模板、方式模板、切削参数等）的单机应用以及单点管理的现状，在PDM系统平台将制造资源数据统一管理，制定制造资源数据重用管理规定，实现制造资源共享、重用。

3 基于PDM 系统平台多元软件系统无缝集成

实现UG、VERICUT等多元软件在PDM系统平台无缝集成，在一个系统平台完成工序建模、加工刀具轨迹自动生成、加工仿真验证，将数字化制造技术标准化、流程化。

基于MBD技术数控工艺工作流程

基于MBD技术数控工艺包含加工模型构建、加工刀路规划、刀位轨迹后置处理、数控程序加工仿真等一系列工作，衍生出加工模型、工序操作说明书、数控程序等大量技术文件，实现在PDM系统平台统一管理。

基于MBD技术数控工艺实施应用

1 加工模型准备

在PDM系统平台基于设计提供的MBD模型，应用WAVE建模、特征建模、同步建模等技术完成工序模型创建，运用WAVE Control技术导入工序模型，在MENCMachining节点下生成的CAM加工模型（包含上工序模型、本工序模型以及工艺装备等），通过WAVE链接方法的设计加工模型，优点是主模型的改变，WAVE链接的工序模型也随之改变，加工所用到的辅助几何和操作中所选择的几何体，都会继承[2]。

2 数控编程与后置处理

直接在与PDM系统平台无缝集成的 UG环境设计编制加工刀具轨迹，因工序模型是完全基于设计模型创建的中差模型，将宽行加工、侧铣加工、插铣加工等编程策略方法应用到加工刀具位置源文件（CLSF)设计中，见图2，完成本工序数控加工刀具轨迹（前置文件）设计。

对加工环境进行预设置，调用PDM系统平台后置处理库文件，自动将后置处理产生的数控程序上传Teamcenter数据库，实现在PDM系统平台的数控程序管理。

3 基于PDM系统加工仿真集成

3.1 创建仿真项目

创建数控工艺结构树，在MENCMachining节点下挂数控机床仿真环境、毛坯Item、零件Item和夹具Item，并导入加工刀具和数控程序，自动配置生成Vericut数据集。

3.2 机床运动仿真

双击Vericut数据集进行数控程序仿真工作，毛坯、零件以及工装的三维模型自动配置至Vericut项目中，PDM系统数控程序自动加载到“数控程序”节点下，见图3。

4 基于PDM系统平台数控程序管理

数控程序仿真无误之后，在PDM系统内走审批流程，经批准生效，通过DNC系统将数控程序传递到指定的数控机床下，被指定的数控机床可以直接调用该数控程序。审批流程包括数控程序及工步卡审批流程和程序确认单审批流程。

5 PDM系统与DNC系统集成

PDM系统与DNC系统集成分2部分，首先，PDM系统将审批完成的数控程序传递到DNC系统（图4），然后，DNC系统将要传输的数控程序传入指定数控设备（图5）。

相关考虑

（1）如何定制和完善与三维结构化工艺规程相互协调、补充的三维可视化工序操作说明书（数控工步卡）。

（2）如何实现工序模型基于PMI 驱动的智能化加工编程，提高编程效率和质量。

（3）NX CAM数控编程刀具库、加工仿真刀具库和MES刀具库是3个不同的库，很难实现维护统一。

结束语

MBD全信息模型表达的工序模型（几何实体、标注内容和工艺属性信息）可以作为数控加工工艺准备唯一数据源，工艺设计、工装设计、数控编程、加工仿真等应用重用一个MBD模型数据源；在PDM系统平台不断完善制造资源库和加工知识库，不断完善基于MBD技术数控加工工艺模式，拓展PDM系统平台的多元应用软件集成，实现典型零件工序建模、数控编程、仿真一体化以及数控工艺审批、更改等管理应用实践，不断完善基于MBD技术数控加工工艺模式，促进航空制造企业数字化制造技术快速发展。

参考文献
[1]郑立彦.基于Teamcenter 的航天器产品数控编程管理研究与实现.航空制造技术， 2011(12): 72-75.
[2]西门子基于模型的数字化企业解决方案白皮书. 西门子工业软件公司， 2012.