基于TC平台和UG模型的数字化工艺设计与展望

王贵娟、张毅、马海波

（航天科工惯性技术有限公司，北京 100074）

1 引言

随着计算机软硬件技术和数控设备的发展，以三维数字化设计、数字化样机、数控加工

仿真等技术为核心的数字化技术在不同行业取得了飞跃的发展，各制造企业为提高产品质量和加工效率，大批引进先进的数控设备，采用数字化方式进行加工。为了将上游的全三维数字化设计与下游的先进制造工艺及装备高效灵活地连接起来，迫切需要我们寻求一种新的工艺路线规划、工艺规程编制以及数控程序编制的方法，达到有效地承接并传递数字信息。

2 三维数字化工艺概念及优点

三维数字化工艺是指以三维数字化模型为基础和技术手段，把工艺规划、工艺详细设计、

工艺仿真与验证以及工艺执行过程，以三维数字化方式表现的一种工艺形式。三维数字化工艺可以将工艺规程中的加工内容、工艺装备信息、材料信息、技术要求、工序图等信息体现在三维工艺模型中。与二维工艺相比，其优点主要体现在：

（1）与二维工序图相比，三维数字化工序模型更直观，其表达的加工过程的信息更容易理解；

（2）基于三维工艺模型编排工序，易于工艺人员加工内容的整理，加工余量的检查和工艺可行性与合理性的验证；

（3）每道三维工艺模型依据设计模型创建，并与设计模型关联，若设计模型发生更改，相应工序模型相应发生更改，并且更改可控；

（4）工艺人员可直接利用三维数字化工序模型进行数控程序的编制和仿真验证，大大减少了实际加工试验件的数量，缩短了零件的制造周期，提高生产效率。

（5）检测技术人员可直接利用工序模型进行复杂形状区域检测。

图1 工艺设计流程

3 数字化工艺设计的实际应用

随着三维数字化工艺理念逐渐被人们接受与认可，其实际应用也在各行业与企业内不同程度的展开，本文以某航天产品某端盖为例，基于TC平台与UG软件的无缝连接，进行了对工序流程设计、工序三维模型设计、工序图的三维标注、自动编程与仿真验证的过程与方法的探索。

3.1 数字化工艺设计实现方法与目标

三维数字化工艺设计主要是以设计三维标注模型为基础，参考设计模型装配关系、技术

材料信息等进行工序模型的设计，对工序模型进行三维标注和数控程序的编制和仿真，直至现场加工出实物。主要过程如图1所示。

端盖数字化工艺设计主要实现的目标如下。

（1）充分利用三维模型（包含尺寸信息、装配信息和技术条件信息）的直观性与易读性，基于TC平台进行工艺文件编制（包括工序流程、工序内容、工序附图、工艺装备等内容）。

（2）利用UG软件进行工序模型的设计、三维标注、数控编程及仿真模拟验证，下发程序至数控加工现场进行实际加工验证。

（3）利用UG软件进行设计的工序模型作为检测基体，验证数控程序的合理性与正确性。

（4）利用TC平台与UG软件的无缝链接技术编制的端盖机械加工工艺规程进行生产验证，生产出合格产品，满足设计要求。

3.2 数字化工艺设计过程

3.2.1 数字化工序流程设计

通过UG软件浏览设计零件三维图尺寸信息、技术条件信息和装配关系进行工艺性分析。

利用TC平台建立设计零件与工艺文件的关联，使零件加工工艺文件继承设计零件代号、零件名称、材料牌号等相关信息，从而在TC平台上进行零件工序流程的设计，如图2为端盖工序流程设计。

3.2.2 数字化工序模型设计

数字化工艺设计的关键是工序模型设计，而工序模型的设计是以设计三维模型为基础，按照最大包容原则，合理安排加工余量，建立工序模型与设计模型的关联关系，即当其中一道工序模型发生变化时，其相关联的工序模型可自动更新，无法再进行手工更改，减少了人为干预因素，如图3端盖工序模型图。每道工序的工序模型既是相应工序图实现的载体，又是数控编程的加工几何体和下一道工序的毛坯模型，因此设计正确完整的工序模型对整个零件的加工过程至关重要。

图2 端盖工序流程设计

图3 端盖工序模型图

3.2.3 数字化工序图的标注

为使加工工序内容表达更容易理解，数字化工艺的工序图采用三维模型视图或基于模型视图建立的剖视图进行三维标注实现，如图4为利用Ug软件PMI实现的端盖工序模型和三维尺寸标注工序图，三维尺寸标注与传统的二维尺寸标注一样，需建立完整的绘图标准体系，该体系的建立也是每个企业不断优化和完善的过程。

图4 端盖三维标注工序图

3.2.4 数字化加工程序的编制与仿真

现代数控机床加工程序的编制，是采用数控自动编程软件对二维的零件图样进行三维造型设计，然后利用编程软件自动生成加工程序，并将生成的加工程序传送至数控机床进行零件加工。端盖数控铣各加工工序均采用Ug软件自动编程，并建立了对应的刀具库和对应机床的后处理文件，并通过仿真验证经DNC传送至加工机床，直到零件完成加工。如图5为端盖工序3数控铣刀具路径和仿真，如图6为端盖工序3数控铣现场加工。

图5 端盖工序3数控铣刀具路径和仿真

4 数字化工艺设计的展望

数字化工艺设计高效率和高质量的优越性虽已深入人心，但相对于发展比较成熟的二维

工艺设计而言，其发展仍然处于起步阶段。数字化工艺设计数据的信息化管理平台的建立，数字化工艺设计标准的缺少和不完备，大量基础数据库的建立，工艺人员在CAD/CAM技术方面的不断提高，加工现场浏览设备的配备等都是建立完善完整的数字化工艺设计体系需要解决的问题。不同的企业在数字化工艺设计方面发展程度也不一样，针对自己的实际情况，综合考虑软件、硬件，人员素质和管理制度，在不同时期、不同阶段对其做出不同的改进，使之服务于企业，推动企业向前发展。

图6 端盖工序3数控铣现场加工