基于三維模型的機加工藝設計模式探討

王娜

摘 要：近年來，隨著我國社會經濟的快速發展和科學技術的日益進步，三維CAD逐漸得到了深化發展，在模型定義基礎上發展起來的制造技術和數字化設計技術已經逐漸成為制造業信息化技術發展的主流方向。現階段，為了更好的促進和適應基于模型定義發展的各種需求，一種適合在三維環境下進行機加工藝設計的方式應運而生。通過在模型設計中導入一定的零件，可以將新型的工藝信息模型建立起來，以此再對工藝路線進行具體規劃，在此基礎上新的工序模型生產，最終將工藝文件輸出，從而有助于在基于三維模型基礎上對工藝進行全面的設計。

關鍵詞：三維模型；機加工藝；設計模式；探討

基于模型的定義，在生產制造過程中三維實體模型是唯一、最重要的依據，其在很大程度上使得以工程圖紙為依據的傳統制造方法獲得有效的改變，提高了生產制造的效率。現階段，以計算機技術輔助設計和制造的三維實體模型在我國的應用范圍十分廣泛，如航空、航天、車輛、船舶以及電子等各行各業中都有所涉及。

1 三維模型的機加工藝設計的流程

零件三維模型是設計三維工藝的重要理論依據，從中可以將加工的具體特征有效的提取出來，通過科學的規劃工藝，以此可以促進工序模型的生成，從毛坯完成到成品的科學轉變。在三維零件模型基礎上的工藝設計流程的重要階段主要包括三個，如圖1所示。

（1）建立一定的工藝信息模型

在建立工藝信息模型的過程中需要先從相關零部件和一定的毛坯模型中將與信息模型有關的加工與建立特征最大限度的提取出來，一個加工特征往往需要經歷的加工階段、工序以及工步有許多個，為此在建立特征模型時便需要將一定的特征工藝鏈添加到加工特征中去，進而在此基礎上有助于建立起相對比較完善的工藝信息模型。

（2）科學規劃工藝的具體路線

嚴格按照不同加工階段的要求對全部的特征工步進行科學有效的劃分，以此分為多道工序，然后在此基礎上做好相關的排序工作。

（3）生成一定的工序模型

在完成上述兩部分的工作之后，中間各個工序模型的建立便需要嚴格根據工藝信息的模型和路線來完成。

如圖1所示，零件工藝信息模型在很大程度上是三維模型的機加工藝設計的重中之重，科學的構建零件的特征模型（識別和提取加工特征）對于整個工藝信息模型的設計和建立發揮著至關重要的作用。

2 構建工藝信息模型

所謂的工藝信息模型主要包括四個層次，即幾何層、零件層、特征層與工藝層。其中幾何層是整個信息模型得以建立的基礎；零件層包括了零件的名稱和編號、材料以及批量等最基本的設計信息；特征層則是在零件層的基礎上得以建立起來的，零件特征模型的建立離不開該層對特征的自動或者手動識別手段；工藝層主要按照零件特征模型的要求，嚴格按照具體的規則將一定的特征工藝鏈添加到每個特征中去，由此有助于相關技術人員做出科學的工藝決策。

（1）構建起一定的特征模型

所謂的加工模型在一定程度上主要是指機械在進行加工的過程中可以根據特定的方式以及順序將已經成型的部分設計成幾何拓撲的形狀，其將鄰接加工面集合之間的幾何拓撲關系充分有效的展示出來，將各種制造和工藝的方面的信息集中到一起，在此基礎上將一個特征相比比較完整的數據結構建立起來，不僅可以將加工的實際意義充分且有效的展示出來，并且還能夠有效識別出加工特征在工藝設計過程中的具體應用。

（2）添加具備一定特征的工藝鏈

通過對大量工藝過程的詳細分析，從中不難得出無論零件的復雜程度有多高，在加工過程中還可以將其工藝進行有效的分解，使其成為兩種工序，即主工序與輔工序，零件的加工工藝在很大程度上與特征的關系十分密切。其中主工序針對的對象主要是各個零件的形狀特征，類似于軸類零件的圓錐面、圓柱的表面和內表面等；輔助工程則包括諸如倒角、鉆孔和攻絲等為主的熱處理、鉗工以及表面的機加工工序等等。

通常情況下每個特征都與一組加工段相對應，也就是所謂的特征工藝鏈。加工環境的不同導致加工方法存在一定的顯著差異性，但是當制造環境受到一定限制和約束時，加工的具體方法相應的也會被確定下來。為此，特征與特征工藝鏈之間的關系是一一對應的，每個特征工藝鏈，都是加工工步嚴格按照特定的順序組建而成的。另外，將一定的工藝鏈添加到每個特征的過程中實則就是設計工藝的過程。工藝信息模型在一定程度上作為整個三維機加工設計的關鍵，其所承載的信息非常多，如零件設計模型、特征以及各種工藝本身的信息等，工藝模型的有效建立對于中間工序模型的順利生成和三維工藝設計的完成發揮著至關重要的作用。

3 工序模型的生成

（1）生成工序模型的主要方法

正向與逆向生成法是目前生成工序模型的重要方法。其中正向法主要是從毛坯狀態逐漸過渡到最終設計形態的轉變促進工序模型的逐漸生成的主要方法，主要是通過縮減材料的方式來生成一定的三維機加工序模型；逆向法則是產品根據在最終設計結構的引導下逐漸從毛坯狀態向工序模型方向生成的主要方法，其主要是借助增加材料的方式來促進三維機加工序模型的生成。

（2）對工序模型進行相關的標注

待中間的工序模型生成之后，便需要進行相關的標注工作，這在一定程度上與傳統二維工序簡圖進行繪制相同。零件中間工序模型對于尺寸、技術、表面的粗糙程度以及公差方面的要求普遍較高，在具體的標注過程中一定要做到細心全面。

4 結束語

綜上所述，本文從建立一定的工藝信息模型、科學規劃工藝的具體路線以及生成一定的工序模型等方面詳細的介紹了三維模型的機加工藝設計的流程，在此基礎上經過充分的思考，從構建起一定的特征模型、添加具備一定特征的工藝鏈等方面具體的闡述了工藝信息模型的構建，最后從生成工序模型的主要方法和對工序模型進行相關的標注等兩方面促進了三維機加工序模型的生成。

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