基于MBD的數字化制造技術研究

吳玉文 王 帥 趙恒

摘 要：本文以某支撐座零件加工為載體，結合MBD及其他技術，研究精密加工領域數字化制造技術的應用。對工件進行工藝分析后，利用SolidWorks MBD模塊對支撐座零件進行三維標注，并建立工序模型;基于支撐座零件三維制造模型完成數控編程，在機床仿真無誤后輸出NC代碼;經過加工試驗，驗證三維制造模型應用于精密制造中的可行性。

關鍵詞：數字化制造;三維;MBD;仿真

中圖分類號：TH164 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0031-03

Abstract： Taking the machining of a support seat part as the carrier， combined with MBD and other technical means， the application of digital manufacturing technology in the field of precision machining is studied. After the process analysis of the workpiece， the SolidWorks MBD module is used to mark the support seat parts in three dimensions， and its process model is established; Based on the three-dimensional manufacturing model of support seat parts， the NC programming is completed and the NC code is output after the machine tool simulation is correct; Through machining experiments， the feasibility of applying 3D manufacturing model to the precision manufacturing is verified.

Keywords：digital manufacturing; three dimensions; MBD; simulation

傳統的產品開發過程中，產品設計、工藝設計、工裝設計、產品制造、檢驗和檢測等相對獨立，產品開發效率低。由于三維模型和二維工程圖之間存在數據格式差異，導致產品設計制造過程存在信息定義方式各異、數據傳遞不一致、信息共享程度低等問題[1]。MBD 技術的出現為上述問題提供了解決方案。MBD（Model-Based Definition）即基于模型的產品數字化定義，具體是指將產品的所有相關設計定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產品三維模型中的數字化定義方法[2-3]。王洪申等[4]針對目前商用CAD軟件中MBD功能三維標注缺乏正確性校驗問題，研究了三維尺寸標注與標注有效性檢查的問題。胡之有等[5]研究了基于MBD的全三維工藝技術在機床行業的應用，闡述了全三維工藝在機床制造過程中的應用流程。王震宇[6]研究了基于MBD技術的三維數控設計方法，有利于解決采煤機搖臂殼體生產中設計部門與制造部門信息傳遞不完整以及對設計意圖理解不完整等問題。上述幾篇文章中，研究了MBD技術在制造中的應用，在精密加工領域數字化制造技術的應用還有待進一步研究。

基于此，本文以某支撐座零件的加工為載體，結合MBD及其他技術手段，研究了在精密加工領域數字化制造技術的應用。

1 三維標注與模型生成

1.1 案例工藝分析

通過圖1工件圖紙首先確定工件材質為6061鋁，其包圍盒尺寸即工件三尺寸為54 mm*44 mm*20 mm，尺寸公差為工T7級，主要加工元素包含平面、直側面、臺階、沉孔、通孔、槽。反（下）面加工時用臺鉗裝夾毛坯側面，加工底面特征及工件外形側壁，正（頂）面加工時將工件繞X軸翻轉180°，用臺鉗夾持下面加工過的外形側壁，加工頂面。

1.2 三維標注

傳統制造通常是“三維設計+二維工藝”，沒有充分發揮三維模型的優勢，工藝員要把大量的時間用于工藝材料的整理。而三維工藝的發展，使工藝員可以將更多的精力用于工藝的創新，這與三維標注技術密不可分。三維標注通過將設計信息、制造信息展示在三維模型上，從而形成三維制造模型，實現生產“無紙化”，代替了傳統二維工程圖紙。

筆者利用SolidWorks MBD實現支撐座零件的三維標注，如圖2所示。在三維標注時，可以標注基本尺寸、尺寸公差、形位公差等信息。

1.3 三維制造模型生成

圖3為支撐座零件兩側凹槽加工工序模型。圖中可以查看該工序要加工部分的位置、工序內容、所用刀具、設備等工藝信息。

2 數控編程及應用

2.1 數控編程

導入igs格式的三維“支撐座模型”和“臺鉗模型”文件工件，其裝夾方案如圖4所示。選擇機床型號后，根據前述工藝設計，建立刀具表，要體現加工用到的每把刀具的刀具形狀、刀柄型號、刀具裝夾長度等信息，如圖5所示。創建幾何體，即確定工件、毛坯和夾具，并將創建好的幾何體安裝于機床上。值得注意的是，筆者建立了兩個幾何體，分別是正面幾何體和反面幾何體，用于翻面加工。

編輯加工路徑時，分成反面、正面兩個路徑組，每個路徑組涵蓋該朝向下能加工的所有特征加工路徑，如圖6所示。在加工環境下，可以進行線框模擬和機床模擬，進行過切檢查、碰撞檢查等，如圖7所示。檢查無誤后，輸出刀具路徑即NC程序。

2.2 實操過程

進行三軸機床加工前的準備，在工作臺上安裝臺鉗，并進行打表;裝夾毛坯;暖機操作;四點分中，確定工件坐標系XY;刀具裝入刀庫，并進行標定和對刀操作確定工件坐標系Z。

導入反面加工程序，并進行檢查和編譯。試切加工，確認沒有問題后，程控加工。翻面裝夾后，同上所述。檢查加工完成的工件是否符合要求，如有問題，采取措施修補;若無問題，拆卸工件，過程見圖8。

3 結語

以某支撐座零件的加工為載體，結合MBD及其他技術手段，研究了在精密加工領域數字化制造技術的應用。得出了以下結論：

①MBD技術可以幫助工程人員建立實用的三維制造模型;

②自動編程、機床仿真等數字化制造技術，可以提高機械加工的效率和精度。

參考文獻：

[1] 辛宇鵬.面向三維數字化制造的機加工藝設計與優化技術研究[D].西安：西北工業大學，2015.

[2] 胡保華，聞立波，楊根軍，等.基于MBD的三維數字化裝配工藝設計及現場可視化技術應用[J].航空制造技術，2011（22）：81-85.

[3] 范玉青.基于模型定義技術及其實施[J].航空制造技術，2012（6）：42-47.

[4] 王洪申，王道俊.產品MBD數據集三維標注的自動校驗與實現[J].蘭州理工大學學報，2021（2）：48-53.

[5] 胡之有，馬偉.基于MBD的全三維工藝技術在機床行業的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2021（1）：100-103.

[5] 張衛國，權龍，程珩，等.基于真實載荷的挖掘機工作裝置瞬態動力學分析[J].機械工程學報，2011（12）：144-149.

[6] 王震宇.基于MBD的搖臂殼體三維數控工藝設計方法研究[D].西安：西安科技大學，2020.