专利名称：一种动态三维工艺模型的构建方法
技术领域：
本发明属于三维工艺设计领域，是一种动态生成面向制造过程的机加工工序模型构建方法，特别是一种动态三维工艺模型的构建方法。
背景技术：
随着三维CAD软件的迅速发展和普及，三维CAD系统已成为企业数字化设计制造的基础平台，然而目前工艺设计大多在零件二维工程图上进行，三维模型只是作为参考，只有在零件比较复杂或者工艺规程繁杂的情况下工艺设计人员才会参考三维模型进行工艺设计。工艺人员基于纸质二维工程图，利用二维CAPP系统完成工艺设计，生成纸质二维工艺卡片，造成数据源不唯一，工艺与设计无法保持关联。同时设计模型也没有考虑工艺要求，无法直接用于指导生产制造，基于二维工艺卡片的工艺信息表达和管理比较困难，无法直观地、交互地反映工序模型的细节与要求，给下游制造人员理解和使用带来困难。开展基于三维环境下的工艺设计是目前数字化设计与制造的研究热点，而三维工艺模型的建立是其中的关键技术之一，如何准确、快速地构建面向制造过程的机加工零件工艺模型成为迫切需要突破的瓶颈问题。而目前尚无一个完整的、准确快速地构建工艺模型方法和工具可供借鉴使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种动态三维工艺模型的构建方法，解决了目前二维工艺设计与三维设计模型脱节，二维工程图信息表达不直观、难以管理等问题，以三维模型直接用于指导生产制造。本发明的技术方案是一种动态三维工艺模型的构建方法，其中工艺模型是用于指导生产的零件三维模型，是零件所有工序模型的集合体，其特征是该动态三维工艺模型的构建方法按照如下的步骤进行
步骤1，读取设计模型，建立工艺参考模型；基于Pro/E 二次开发技术，实现设计模型到工艺参考模型的自动化生成；
步骤2，自动计算生成毛坯模型，与工艺参考模型同位置自动装配；自动计算生成毛坯是在工艺参考模型的基础上自动计算最大外形尺寸，提供标准的毛坯原材料，呈方形或圆柱形，从而产生毛坯模型，其整个过程通过用Pro/E 二次开发技术实现自动化；毛坯模型与工艺参考模型同位置自动装配是指在Pro/E环境下，创建基于制造模块的工艺模型，然后将工艺参考模型按缺省方式自动装入工艺模型，并在此基础上将毛坯模型按相同位置装入工艺模型，装入后工艺参考模型和毛坯模型重合；
步骤3，工艺规程组织与管理，工艺规程是指由毛坯到零件整个加工工艺过程的总和；步骤4，加工特征动态创建；在确定工艺规程的情况下，以工艺参考模型为参照，快速动态地在毛坯模型上构建加工特征，逐步生成零件模型，加工特征的创建是利用Pro/E标准功能或者通过二次开发获得的模块来完成，创建过程中均参照工艺参考模型；步骤5，工艺规程与特征相关联；创建工艺规程节点与相关工序模型加工特征的关联关系，保证工艺规程信息与加工特征的一致性；
步骤6，工艺信息及模型存储；对工艺模型、工艺参考模型、工序模型、工艺信息和属性信息等节点进行处理，一一对应保存到数据库中。所述的工序模型是指按照加工制造流程，毛坯从投入生产的第一道工序到最后形成零件过程中每一道工序产生的中间模型，对于机加工领域，工序模型是由上一道工序模型加上本道工序的加工特征组成。所述的加工特征是指工序模型上表达加工过程的几何实体，描述了模型的加工区域。所述的工艺参考模型是指考虑到面向数控加工及后续模型的集成管理，设计模型经过一些尺寸修改后得到的模型，也可以是直接将设计模型复制一份作为工艺参考模型。 所述的工艺参考模型和毛坯模型重合是指在没有预留加工余量的情况下两者的最大外形轮廓重合，或者是在有加工余量的情况下工艺参考模型偏移设定的加工余量后，最大外形轮廓与毛坯模型外形轮廓重合。所述的工艺规程包括工艺设计人员读取工艺参考模型和毛坯模型，新建工艺设计规程，在三维环境下直接开展工艺过程的规划；按树状结构组织工艺规程，确定工艺流程及每道工序或工步的工艺信息及相关属性信息，其中工序和工步的分组定义严格遵循模型树结构关系，作为节点附加在工艺规程树下。本发明的特点是将工艺与设计统一在三维环境下，充分利用设计模型发明的一种基于三维CAD设计平台、面向制造过程的零件动态工艺模型构建方法，进而实现工艺与设计基于同一数据源，以三维工艺模型取代二维工艺模型，解决了目前二维工艺设计与三维设计模型脱节，二维工程图信息表达不直观、难以管理等问题，具有直观性、交互性好、快速性等特点，通过它，工艺设计人员可以直接基于三维设计模型开展工艺设计，创建面向制造过程的各道三维工序模型用于制造生产，打破了传统的“三维设计+ 二维生产”的模式，从而显著提高工艺设计效率；同时制造人员基于三维工艺模型可以直观地获得加工特征和对应的工艺信息，大大缩短了生产制造准备周期，提高生产效率。
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明
图I是一种动态三维工艺模型的构建方法的流程示意 图2是一种动态三维工艺模型的构建方法的设计模型、工艺参考模型和工艺模型之间的逻辑关系 图3是一种动态三维工艺模型的构建方法的工艺参考模型建立操作界面 图4是一种动态三维工艺模型的构建方法的工艺模型建立操作界面 图5是一种动态三维工艺模型的构建方法的工艺规程管理操作界面 图6是一种动态三维工艺模型的构建方法的创建拉伸特征操作界面 图7是一种动态三维工艺模型的构建方法的以面组剪切方式创建特征操作界面图。
具体实施方式
实施例I
如图I所示，一种动态三维工艺模型的构建方法需要按照如下的六个步骤进行实施步骤1，读取设计模型，建立工艺参考模型；基于Pro/E 二次开发技术，实现设计模型到工艺参考模型的自动化生成；
步骤2，自动计算生成毛坯模型，与工艺参考模型同位置自动装配；自动计算生成毛坯是在工艺参考模型的基础上自动计算最大外形尺寸，提供标准的毛坯原材料，呈方形或圆柱形，从而产生毛坯模型，其整个过程通过用Pro/E 二次开发技术实现自动化；毛坯模型与工艺参考模型同位置自动装配是 指在Pro/E环境下，创建基于制造模块的工艺模型，然后将工艺参考模型按缺省方式自动装入工艺模型，并在此基础上将毛坯模型按相同位置装入工艺模型，装入后工艺参考模型和毛坯模型重合；
步骤3，工艺规程组织与管理，工艺规程是指由毛坯到零件整个加工工艺过程的总和；步骤4，加工特征动态创建；在确定工艺规程的情况下，以工艺参考模型为参照，快速动态地在毛坯模型上构建加工特征，逐步生成零件模型，加工特征的创建是利用Pro/E标准功能或者通过二次开发获得的模块来完成，创建过程中均参照工艺参考模型；
步骤5，工艺规程与特征相关联；创建工艺规程节点与相关工序模型加工特征的关联关系，保证工艺规程信息与加工特征的一致性。步骤6，工艺信息及模型存储；对工艺模型、工艺参考模型、工序模型、工艺信息和属性信息等节点进行处理，一一对应保存到数据库中。首先，如图2所示，建立工艺参考模型是整个工艺设计过程的第一步，工艺参考模型是指考虑到面向数控加工及后续模型的集成管理，设计模型经过一些尺寸修改后得到的模型，一般是修改尺寸公差等信息，亦可直接将设计模型复制一份作为工艺参考模型。如图3所示，从设计模型到工艺参考模型的产生整个过程可以通过用Pro/E 二次开发技术实现自动化。其次，自动计算生成毛坯模型，与工艺参考模型同位置自动装配。具体包括
I、在工艺参考模型的基础上自动计算最大外形尺寸，提供标准的毛坯原材料(方形或圆柱形)产生毛坯模型，同时毛坯模型外形尺寸可以在工艺参考模型上设置加工余量，整个过程可以通过用Pro/E 二次开发技术实现自动化，如图4所示。缺省状态下，工艺参考模型的名称是制造组件是指零件工艺模型和工艺参考模型的集合体，缺省状态下名称为“MFG_###_PRC” ；工艺模型缺省状态下名称为“W0RK_###_PRC”，“##**”为设计模型名称。用户可以选择毛坯类型(方形或圆形)，并预留毛坯余量。2、毛坯模型与工艺参考模型同位置自动装配在Pro/E环境下，创建基于制造模块的工艺模型，将工艺参考模型按缺省方式自动装入工艺模型；在此基础上，将毛坯模型按相同位置装入工艺模型，装入后工艺参考模型和毛坯模型重合。第三，如图5所示，基于三维工艺参考模型和毛坯模型进行工艺规程组织与管理，具体包括工艺设计人员读取工艺参考模型和毛坯模型，新建工艺设计规程，在三维环境下直接开展工艺过程的规划；按树状结构组织工艺规程，确定工艺流程及每道工序/工步的工艺信息及相关属性信息；工步和工序分组定义严格遵循模型树结构关系，作为节点附加在工艺规程树下，每个节点下可以方便地定义参数。第四，在确定工艺规程的情况上，以工艺参考模型为参照，快速动态地在毛坯模型上构建加工特征，逐步生成零件模型；在Pro/E标准功能基础上,加工特征可以通过拉伸去材料、面组切割和特征复制三种方法快速生成，提高创建效率，且均参考经原始设计模型产生的工艺参考模型，保持了特征的关联性和一致性。如图6所示，对于规则特征可以通过拉伸去材料方式来创建特征，选择特征创建目标零件(即工艺模型)，选取草绘面与轮廓线，选择终止平面或直接指定拉伸深度，然后直接投影到工艺模型上得到需要的结果。如图7所示，对于非平面(曲面)类型的特征，可以使用面组剪切方式来创建，面组剪切选择的是参考模型上的曲面，切除的是毛坯或工序模型上的材料。对于一些在设计模型中本身就能满足制造要求的特征，可以直接复制特征，直接将原始设计模型中的特征信息复制到目标工艺模型。第五，创建工艺规程节点与相关工序模型加工特征的关联关系，保证工艺规程信息与加工特征的一致性。
最后，在以上步骤的基础上，进行工艺模型及信息存储。工艺规程信息如加工工艺过程、工序/工步名称等以独立的文本文件保存在本地，加工特征用到加工尺寸、加工面颜色等信息保存在模型中，并通过特征关联实现对应的工艺信息与模型的关联，最后将模型一一对应保存在数据库中。实施例2
本实施例与实施例I的步骤基本相同。如图3所示，用户在Pro/E环境下运行本软件，进入工艺参考模型建立界面(已将设计模型导入)，点击“复制”按钮，即从设计模型复制一个后缀名为“REF”的工艺参考模型；点击“获取”按钮，从工艺参考模型中获取驱动尺寸信息；点击“取中值”按钮，针对界面中选中尺寸，根据上下公差自动进行取中值处理；点击“修改”按钮，将尺寸清单中新的尺寸值写回模型，写入成功后重新生成参考模型。图4为工艺模型建立界面，用户在对话框中选择毛坯类型，输入对应余量数值，以方工件为例，毛坯余量中长、宽、高均取10毫米，产生毛坯模型，按缺省方式装入工艺参考模型，实现毛坯模型与工艺参考模型同位置自动装配。然后进入工艺规程界面，参考工艺参考模型和毛坯模型进行工艺规程规划，如图5所示。按树状结构组织工艺规程，确定工艺流程及每道工序/工步的工艺信息及相关属性信息，作为节点附加在工艺规程树下，点击“保存信息”按钮，触发二次开发接口程序将当前界面中工艺信息写入工艺模型同名的.prc文件中。接着进行加工特征动态创建，在Pro/E标准功能基础上，利用二次开发接口程序分别使用拉伸去材料、面组切割和特征复制三种方法快速生成加工特征。如图5所示，点击“选择特征”按钮，参照左边工艺规程树状结构中节点序/工步)，根据工艺内容选择在工艺模型上确定属于该节点的特征，实现工艺规程节点信息与相应加工特征相互关联，保证工艺规程信息与加工特征的一致性。点击“保存信息”按钮实现工艺规程信息、模型的对应存储。本实施例没有详细叙述的部分属本行业的公知常识，在网上可以搜索到，这里不--叙述。
权利要求
1.一种动态三维工艺模型的构建方法，其中工艺模型是用于指导生产的零件三维模型，是零件所有工序模型的集合体，其特征是该动态三维工艺模型的构建方法按照如下的步骤进行 步骤1，读取设计模型，建立工艺参考模型；基于Pro/E 二次开发技术，实现设计模型到工艺参考模型的自动化生成； 步骤2，自动计算生成毛坯模型，与工艺参考模型同位置自动装配；自动计算生成毛坯是在工艺参考模型的基础上自动计算最大外形尺寸，提供标准的毛坯原材料，呈方形或圆柱形，从而产生毛坯模型，其整个过程通过用Pro/E 二次开发技术实现自动化；毛坯模型与工艺参考模型同位置自动装配是指在Pro/E环境下，创建基于制造模块的工艺模型，然后将工艺参考模型按缺省方式自动装入工艺模型，并在此基础上将毛坯模型按相同位置装入工艺模型，装入后工艺参考模型和毛坯模型重合； 步骤3，工艺规程组织与管理，工艺规程是指由毛坯到零件整个加工工艺过程的总和； 步骤4，加工特征动态创建；在确定工艺规程的情况下，以工艺参考模型为参照，快速动态地在毛坯模型上构建加工特征，逐步生成零件模型，加工特征的创建是利用Pro/E标准功能或者通过二次开发获得的模块来完成，创建过程中均参照工艺参考模型； 步骤5，工艺规程与特征相关联；创建工艺规程节点与相关工序模型加工特征的关联关系，保证工艺规程信息与加工特征的一致性； 步骤6，工艺信息及模型存储；对工艺模型、工艺参考模型、工序模型、工艺信息和属性信息等节点进行处理，一一对应保存到数据库中。
2.根据权利要求I中所述的一种动态三维工艺模型的构建方法，其特征是所述的工序模型是指按照加工制造流程，毛坯从投入生产的第一道工序到最后形成零件过程中每一道工序产生的中间模型，对于机加工领域，工序模型是由上一道工序模型加上本道工序的加工特征组成。
3.根据权利要求2中所述的一种动态三维工艺模型的构建方法，其特征是所述的加工特征是指工序模型上表达加工过程的几何实体，描述了模型的加工区域。
4.根据权利要求I中所述的一种动态三维工艺模型的构建方法，其特征是所述的工艺参考模型是指考虑到面向数控加工及后续模型的集成管理，设计模型经过一些尺寸修改后得到的模型，也可以是直接将设计模型复制一份作为工艺参考模型。
5.根据权利要求I中所述的一种动态三维工艺模型的构建方法，其特征是所述的工艺参考模型和毛坯模型重合是指在没有预留加工余量的情况下两者的最大外形轮廓重合，或者是在有加工余量的情况下工艺参考模型偏移设定的加工余量后，最大外形轮廓与毛坯模型外形轮廓重合。
6.根据权利要求I中所述的一种动态三维工艺模型的构建方法，其特征是所述的工艺规程包括工艺设计人员读取工艺参考模型和毛坯模型，新建工艺设计规程，在三维环境下直接开展工艺过程的规划；按树状结构组织工艺规程，确定工艺流程及每道工序或工步的工艺信息及相关属性信息，其中工序和工步的分组定义严格遵循模型树结构关系，作为节点附加在工艺规程树下。
全文摘要
本发明属于三维设计模型的工艺过程领域，是一种动态三维工艺模型的构建方法。其特征是该动态三维工艺模型的构建方法按照如下六个步骤进行读取设计模型，建立工艺参考模型；自动计算生成毛坯模型，与工艺参考模型同位置自动装配；工艺规程组织与管理；加工特征动态创建；工艺规程与特征相关联；工艺信息及模型存储。该动态三维工艺模型的构建方法解决了目前二维工艺设计与三维设计模型脱节，以三维模型直接用于指导生产制造，打破了传统的“三维设计+二维生产”的模式，从而显著提高工艺设计效率；同时制造人员基于三维工艺模型可以直观地获得加工特征和对应的工艺信息，大大缩短了生产制造准备周期，提高生产效率。
文档编号G06F17/50GK102722614SQ201210178749
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者周红桥, 张祥祥, 张红旗, 程五四, 苏建军, 陈兴玉, 陈帝江 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所