摘要:随着数字化制造技术的迅速发展,特别是三维CAD技术的日益普及,轨道交通车辆研制模式正在发生根本性变化,传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法开始被全数字量传递的协调工作法代替,三维数模已经取代二维图纸,成为轨道交通车辆研制的新型制造依据。MBD改变了传统的由三维实体模型来描述几何形状信息,用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。同时,MBD使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据,改变了传统以工程图纸为主,而以三维实体模型为辅的制造方法=。基于MBD技术的轨道交通车辆设计也被称之为全三维工程化设计。
关键词:基于模型的数字化定义;全三维工程化设计;数据管理
1引言
针对传统装配工艺文件工艺信息复杂繁多、二维装配图复杂难懂等弊端,以MBD技术为基础,研究MBD零件模型、装配模型,并以轨道交通车辆为例,结合企业的机械加工、装配、焊接工艺,工序构建方法,提出建立基于MBD三维装配工艺建模系统的技术路线,并搭建对模型文件的数据管理和数据传递平台,对推进轨道交通车辆三维工程化技术的发展具有重要参考借鉴意义和实际应用价值。
2基于MBD技术的模型定义
MBD产品定义信息包括:几何信息,工艺描述信息(尺寸、形位公差、粗糙度、技术要求等),属性信息、管理信息。
2.1 MBD零件模型定义
MBD零件模型一－般由设计模型、工艺描述信息和属性组成,设计模型由几何形状组成,以三维的形式描述了产品几何形状信息。工艺描述信息和属性统称为非几何信息,前者包含了产品的尺寸与公差范围、制造工艺和精度要求等生产必需的工艺约束信息,后者则表达了产品的原材料规范、分析数据、测试需求等产品内置信息。
2.2 MBD装配模型定义
MBD产品的装配建模一般采用两种模式:自顶向下设计模式和自底向上设计模式。根据不同的设计类型及其设计对象的技术特点,可分别选取适当的装配建模设计模式,也可将两种模式相结合。对于产品结构较简单或对成熟度较高产品的改进设计,可采用自底向上设计模式。对于新产品研发或包含曲面分割的产品适宜采用自顶向下的设计模式。装配模型应保证正确的零部件及子装配的装配层级关系。
3工艺设计中的MBD
不同于产品设计,工艺设计是一种多态模型的演变过程,从毛坯到零件,或从零件到装配,形成一系列中间状态模型,涉及诸多内容。基于MBD的装配工艺模型即将装配过程中的工艺信息都集成在几何模型中,并以该模型作为产品生命周期内唯一的数据源进行传递,以指导装配生产工作。工艺设计中的MBD可以分为三类,即MBD与机加工工艺设计,MBD与装配工艺设计,MBD与焊接工艺设计。
3.1 MBD与机加工工艺设计
机加工工艺信息标注内容至少应包括:
(1)工艺方法,如车削、创削、插削、铣削、钻削、磨削、镗削、拉削、铰削、挤压、滚压、数控折弯、冲切、数控等离子切割、数控火焰切割等;
(2)工艺参数,包括切削参数和刀具参数;
(3)刀具类型,如车刀、麻花钻、铰刀、铣刀、拉刀、插齿刀、滚刀等型号或规格;
(4)其他,表达特征的数量、设备、工步序列号、
切削液类型、夹紧定位、颜色等。
经在进行工艺信息标注时,标注应赋予唯一的标识符 与之对应,并能通过标识符识别出对应的标注信息。标注应与其应用特征元素相关联,用指引线指向相关的模型特征。标注与设计信息等其他信息同时应用于同一模型特征时,应置于标注面的标注区内,且能随模型旋转。标注中的图线、字体应符合Q/TX 01-023的规定。
3.2MBD与装配工艺设计
装配工艺信息标注内容至少应包括:
(1)工序属性:包括工序名称、工序的执行班组、工序标识等;
(2)工序关系(不同工序间的串、并行关系);
(3)注释信息:包括与模型特定部分关联的信息(如:物资编码、物资名称和数量、安装力矩值、特殊的安装要求等)和与模型不关联的信息(如:技术要求、工序物料清单等);
(4)定位、夹紧信息(装配过程中工装夹具的定位与夹紧等辅助工艺信息)根据上述装配工艺信息标注定义方法,可构建基于装配模型的工艺本体框架,即装配工艺本体框架,根据装配工艺本体框架,实现整个工艺过程内的各个环节都能够共享整个产品装配过程的知识,保证装配过程协调、合理、平滑运行,从而提高产品的生产质量和生产效率。
3.3 MBD 与焊接工艺设计
焊接工艺信息标注内容至少应包括:装配尺寸、定位焊的位置及长度、焊接顺序、焊接方向、定位与夹紧信息、必要的文字说明等。焊缝标注方法应符合QTX A1-003的规定。同时,焊接工序配套零部件应采用带箭头的指引线和文字说明的形式标识,附加文字说明格式为“零部件名称一(零部件物资编码或图号)”。需要标注焊接工序相关要求或技术要求等信息时可以文字形式来进行体现。
4 MBD 与数据管理
经过三维标注的 MBD 模型必须纳入 PDM/PLM 系统才能进行有效的管理和利用。因此,应通过三维 CAD 软件与 PDM/PLM 系统的集成对 MBD 模型进行动态、有效管理。三维 CAD软件与 PDM/PLM系统的集成示意图 1所示。
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图1 三维 CAD 软件与 PDM/PLM 系统的集成
通过模型检查工具的应用,对所有入库(检入 PDM 系统)零件、组件和二维图的规范性进行控制,对于不符合要求的零件、组件和二维图则无法入库,从而保证入库模型的规范性。
产品数据管理,需要建立数据信息之间的各种关联关系和传递关系。传统的数据传递模式会导致重复工作、数据不一致、效率低、更改多、成本高的一系列问题,对于质量、成本、周期均会产生负面影响。一个主模型文件具有所有信息(包括3D几何模型、GD&T信息)会使零件制造信息能很容易传递并减少制造成本,会使质量控制和零件检测信息能很容易传递,简化数据发放流程和管理,同时消除重复工作、消除3D模型和2D图纸之间的信息冲突,减少创建、存储和追踪的数据量,加快产品的上市时间。MBD模型建立不同层次、不同内容间的关联关系,如3D模型几何对象和标注尺寸关联、3D模型和制造属性关联、设计模型和工艺模型关联、工序多态模之间关联、工艺描述文本与模型几何对象关联、工序模型和工装模型关联、工序模型和制造资源关联、3D模型和轻量化模型关联等。这些关联关系使模型信息间不再孤立,形成复杂关联信息网,任何节点都可以查询到与之相关的所有设计制造信息,同时支持信息自动感知和关联更新,从而大大提高修改效率,减少出错率。
5 总结
MBD技术作为装配工艺设计过程的数据和技术支撑,能实现产品的全三维数字化设计、制造与检测。文章以轨道交通车辆为研究对象,提出基于MBD的车辆模型、车辆装配模型的定义,并建立了面向生产工艺过程的MBD模型信息,包括机加工、装配、工装设计、焊接等等,最后搭建对模型文件的数据管理和数据传递平台。
参考文献:
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