伴隨著我公司“工業(yè)4.0”概念的提出，我公司在不斷積極提高自身的自動化生產(chǎn)水平，去年開始使用“中新”軟件公司開發(fā)的EDS參數(shù)化數(shù)據(jù)庫，從而改變了以往非標(biāo)設(shè)計的流程，由原來人工修改圖紙參數(shù)變?yōu)橄到y(tǒng)自動運算產(chǎn)生新的非標(biāo)圖紙，設(shè)計部的非標(biāo)設(shè)計周期大大縮短。然而，在設(shè)計部的圖紙不斷增多的同時，生產(chǎn)技術(shù)科的編程工作也面臨著很大的壓力。由于現(xiàn)在的編程流程需要對鈑金零件圖每個尺寸進(jìn)行展開計算再繪制DXF圖紙。在這個過程中，對于參數(shù)較多或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件還需要打印圖紙進(jìn)行仔細(xì)核對。這不僅對編程人員專業(yè)素質(zhì)要求較高，且程序的質(zhì)量也難以保證。此外，還增加了公司紙張耗材的消耗，造成不必要的浪費。
為了解決以上的編程問題，提出運用三維CAD軟件的參數(shù)化功能對編程流程進(jìn)行優(yōu)化，提高編程效率。
參數(shù)化與三維設(shè)計軟件概述
參數(shù)化建模的概念
參數(shù)化建模是指通過改變模型中已預(yù)設(shè)的參數(shù)值或參數(shù)關(guān)系便能重新再生成新模型的建模方法。參數(shù)化建模的參數(shù)不局限于幾何參數(shù)，還可以包括溫度、材料屬性等參數(shù)。已經(jīng)預(yù)設(shè)好參數(shù)值的模型可以作為后續(xù)系列模型的母本，在其基礎(chǔ)上衍生出一系列我們需要的新模型。
參數(shù)化建模的特點
(1)參數(shù)覆蓋面廣。參數(shù)化建模的參數(shù)不局限于幾何參數(shù)，還可以包括溫度、材料屬性等參數(shù)。
(2)參數(shù)之間可以建立關(guān)系。參數(shù)化建模的參數(shù)可以相互建立關(guān)系，當(dāng)其中一個參數(shù)發(fā)生了修改，相關(guān)參數(shù)也會跟著改變，從而改變模型的結(jié)構(gòu)。
(3)參數(shù)化的模型易于修改。參數(shù)化的模型由參數(shù)驅(qū)動，改變以往需要逐個修改特征的方法，可以很容易對一個模型進(jìn)行修改。
三維軟件的特點
(1)模型良好的可觀性。三維軟件可以使得三維模型在界面中放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、動態(tài)修改等，方便設(shè)計者觀察其結(jié)構(gòu)。
(2)模型良好的可編輯性。三維軟件可以對其模型進(jìn)行動態(tài)修改，用戶只需修改其中參數(shù)即可完成修改工作。
(3)模型與工程圖具有良好的相關(guān)性。軟件自身帶有強大的參數(shù)化設(shè)計模塊，用戶可以通過修改設(shè)定的參數(shù)，自動生成目標(biāo)三維模型；再通過工程圖模塊，輸出二維圖紙。由于工程圖與三維模型是存在單一數(shù)據(jù)庫，具備“全相關(guān)”關(guān)系，三維模型一旦改變，相應(yīng)二維工程圖也會改變，使得產(chǎn)品的設(shè)計與制造有機(jī)結(jié)合起來。
主流三維建模軟件的比較
SolidWorks軟件是第一款基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維建模軟件。其具備操作簡單、兼容性高的優(yōu)點。該軟件的系統(tǒng)是基于特征建立和參數(shù)化實體造型的形式。該軟件是采用單一數(shù)據(jù)庫的存儲模式，在創(chuàng)建三維實體的同時，也可基于該三維實體創(chuàng)建關(guān)聯(lián)的二維工程圖。還可以在三維建模界面對模型進(jìn)行動態(tài)修改，二維工程圖也會隨著三維特征的改變而改變。在創(chuàng)建三維模型的過程中，可以在模型中加入相關(guān)函數(shù)或關(guān)系式，使得尺寸之間存在關(guān)聯(lián)，可在修改時快速完成模型的修改。SolidWorks軟件的鈑金模塊是后續(xù)版本中的一個重要組成部分，由于其操作簡單，易學(xué)易用，在鈑金行業(yè)中很受歡迎。同時該軟件還支持幾乎市面上所有CAD軟件創(chuàng)建的模型或工程圖。SolidWorks還支持中文格式命名，且其自帶的工具庫ToolBox帶有各種標(biāo)準(zhǔn)緊固件，用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行選取插入。SolidWorks是應(yīng)用最廣泛的中端三維建模軟件，制造業(yè)領(lǐng)域和機(jī)械設(shè)計行業(yè)里都有應(yīng)用，在國際上享有較高的聲譽，國際通用性比較強，許多大學(xué)、企業(yè)都在廣泛應(yīng)用。
Creo是美國參數(shù)技術(shù)公司PTC推出的基于CAD、CAE、CAM的三維CAD軟件。該軟件具備參數(shù)化建模、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、動態(tài)尺寸修改的功能。在軟件的CAD、CAE、CAM模塊中都是讀取同一個數(shù)據(jù)庫，在整個設(shè)計過程中，可對任意模塊進(jìn)行修改，從而自動擴(kuò)散到其他模塊中去。Creo同時也支持在模型中定義相關(guān)參數(shù)，并在其中添加關(guān)系，從而保證模型尺寸的聯(lián)動性。Creo的前身是Pro/E軟件，從推出至今，在整個制造業(yè)和設(shè)計行業(yè)都占有很重的比例，如今很多大型企業(yè)都在使用。其主要缺點是不支持中文命名文件名。
UG是Siemens PLM Software公司出品的全球最早的三維CAD軟件之一。該軟件具備CAD、CAE、CAM模塊，特征建立過程是以參數(shù)驅(qū)動的形式進(jìn)行。UG還帶有其他一些功能模塊，如制定菜單Open Menu Script模塊；二次開發(fā)的Open GRIP、Open API、Open++模塊；質(zhì)量工程應(yīng)用模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、快速成型模塊。其二次開發(fā)工具相比其他兩款軟件都強大，這是UG的主要優(yōu)勢所在。但作為行業(yè)中的高端CAD軟件，易用性相比前面兩款軟件都要差，難以深入掌握。UG主要在汽車行業(yè)、模具行業(yè)、發(fā)動機(jī)行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。
下面對三款主流的三維CAD軟件進(jìn)行比較，如表1所示。對比可知，SolidWorks軟件具備較好的優(yōu)勢，且其操作界面和支持中文格式命名的功能更適合我們的日常操作，故選擇SolidWorks軟件作為鈑金編程優(yōu)化平臺。
表1 三款主流CAD軟件對比
鈑金編程影響因素分析
優(yōu)化前編程流程
公司內(nèi)對鈑金零件的鈑金編程流程，如圖1所示。由此看出，倘若需要完成一個新程序的編寫，耗時約15min。
分析方法
(1)魚骨圖介紹。
魚骨圖由于形狀像魚骨，故被稱為“魚骨圖”。這是一種發(fā)現(xiàn)問題“根本原因”的方法，又稱為“因果圖”。其具備簡捷實用，深入直觀的特點。通過在后果（魚頭）的前端衍生出魚骨（主要因素）、魚刺（次要因素）來分析問題的原因。
(2)魚骨圖的應(yīng)用。
基于現(xiàn)時編程的流程，考慮所有影響因素后，
畫出魚骨圖，如圖2所示。
圖1 優(yōu)化前鈑金編程流程
圖2 魚骨圖
策略建議
優(yōu)化方法
根據(jù)以上分析，擬實現(xiàn)以下目的：(1)減少數(shù)據(jù)核對時間。(2)減少計算展開尺寸和繪圖步驟。(3)以上步驟利用計算機(jī)實現(xiàn)。
鑒于需要實現(xiàn)以上目的，現(xiàn)提出利用三維軟件進(jìn)行參數(shù)化建模，并建立參考模型庫的思路。
SolidWorks系列零件設(shè)計表功能
EDS數(shù)據(jù)庫是以一個參考圖形作為基準(zhǔn)，通過設(shè)定參數(shù)衍生出一系列不同尺寸的設(shè)計圖紙。SolidWorks軟件系列零件設(shè)計表便有類似的功能。它可以從一個單獨的零件建立出一個零件系列。其表格與Excel電子表格兼容，可直接把在Excel電子表格設(shè)定好的參數(shù)輸入到SolidWorks軟件中，從而再衍生出零件系列。
建立流程圖
根據(jù)構(gòu)想好的思路建立流程圖，如圖3所示。根據(jù)預(yù)想的流程，完成一個新程序的編寫，耗時約6.5min。效率提高56%，且更能保證編程質(zhì)量。
圖3 優(yōu)化后鈑金編程流程
實例驗證
下面是參考模型的建立操作：(1)模型建立（圖4）。(2)定義參數(shù)，定義特征中的參數(shù)名稱（圖5所示）。(3)在系列零件參數(shù)表中定義參數(shù)（圖6）。(4)創(chuàng)建二維圖紙（圖7），選擇從“零件/裝配體制作工程圖”。得到工程圖如圖8所示，文件可另存為DXF格式，隨后可使用編程軟件進(jìn)行直接編程。
圖4 插入零件設(shè)計表
圖5 定義參數(shù)名稱
圖6 定義參數(shù)值
圖7 從零件中新建工程圖
圖8 輸出鈑金展開圖
結(jié)束語
本文對鈑金編程流程做了合理性分析，并根據(jù)魚骨圖找出影響鈑金編程的因素。借助三維設(shè)計軟件SolidWorks對鈑金編程流程進(jìn)行了優(yōu)化。并利用SolidWorks軟件進(jìn)行參數(shù)化建模得到鈑金展開圖。相比原來通過人工計算展開尺寸再進(jìn)行繪圖的方法更能保證鈑金展開圖的質(zhì)量，且效率更高。當(dāng)然三維建模軟件還具備其他強大的功能，不論是在設(shè)計還是制造都有很高的利用價值。
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本文標(biāo)題：三維CAD對鈑金編程的優(yōu)化
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