软件的工艺设计刍议
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1基于NX7．5．2的二次开发
大部分制造企业对于生产流程的控制，仍然是以工艺规程、工艺流程卡为主，通过纸质或电子的、符合企业标准的工艺技术文件在车间流转来指导产品的加工生产。传统的工艺文件编写主要采用AutoCAD，WORD，CAXA/CAPP等软件来进行，这类软件都是以二维工程图为基础，利用事先定制的与使用软件相适应的二维标准模板来进行。而产品的模型设计是用NX，SolidWork等大型三维设计软件来进行的。产品的数控加工编程又涉及其他的CAM软件。那么对于工艺设计人员来说，只有掌握众多的设计软件才有可能很好地完成整个工艺设计环节的工作，这无疑是一种额外的负担，况且在不同软件环境之间调用模型和图样文件几乎是不可能顺利实现的，这无疑会浪费工艺设计人员大量的时间来处理软件之间不完全兼容所带来的一系列问题。对于MBD工艺设计来说，其要实现的主要功能就是对三维模型的最大利用(取消二维图样这一中间过程)，并以此为基础快捷、高效、准确的生成适合制造企业生产管理流程的工艺文件指导生产。显而易见，如果能够将产品的工程设计环境(CAD)、工艺设计环境(包括装配仿真、工装设计、工艺编制等)、加工仿真与编程环境(CAM)等融为一体，必然会大大提高工艺设计的效率。传统的二维工艺设计软件显然很难完成这一任务。对于NX7．5系列软件来说，其在CAD/CAM方面的强大功能已经通过市场的广泛应用得到了充分的证明，那么要利用软件现有的功能实现工艺设计的其他内容(编制工艺文件)，以达到目的，就必须首先对软件进行合理的二次开发，在新的软件环境中定制出符合企业自身标准要求的各类工艺技术文件模板。a)工艺模板的开发与使用通过定制与企业自身要求相适应的标准化工艺规程、工艺流程卡、工装图模板并通过对NX7．5．2相关配置文件的合理改写，将模板文件及工艺资源添加到软件中，使得工艺设计人员能够对工艺模板文件进行快速调用，这是工艺设计的先决条件。新建模型文件，进入制图模块，按照企业对于线型、字体等方面的具体要求，利用曲线命令绘制所需工艺模板，然后在模板文件属性项中增加如产品代号、工序名称、工序号、编制、校核等固定项，将模板文件中的相应项与新增属性关联对应，或直接与产品模型文件的有关属性关联，以实现对工艺文件标准内容的快速输入。完成工艺模板的定制后，通过新建文件的方式调用模板，再将各工序模型、工装模型以各种视图的形式加入到新建文件中，以继承PMI标注(三维标注)、添加注释、引用技术资料库等方式在工艺文件中添加必要的工步内容及其他信息，从而快速生成工艺执行文件。这种方式直接去除了工艺设计对产品二维工程图的依赖，以三维模型作为唯一数据源，利用软件在制图方面的强大功能，使得工艺设计能够快速、合理、准确的完成工艺编制。b)配置文件及技术资料库开发完成了工艺模板的定制开发后，如何有效地调用模板，生成与模型相关联的工艺文件?如何将常用的加工术语、刀具信息、加工要求等重复使用的资源迅速添加到文件中，减少不必要的重复劳动?这便需要对软件的相关配置文件进行合理的修改来实现。如建立一个“203所工艺规程封面模板”文件，命名为“203_technics_fm．prt”，再制作一个与模板对应的预览图片文件，命名为“203_technics_fm_template．JPG”，然后将上述两个文件拷贝至NX7．5．2安装目录下的\UGII\templates文件夹中，并通过对相关文件的修改来得到目录标题为“203工艺模板”的文件新建菜单选项以调用模板。
2MBD工艺设计中的关联设计
2．1WAVE技术在工艺设计中的应用
WAVE技术提供了很好的解决方案，在MBD工艺设计中，可以充分利用NX/WAVE技术的前述特点，使得工艺设计环节与产品模型紧密关联。当工艺人员得到一份产品的设计模型时，通过WAVE技术可将设计模型链接到新建的工艺模型文件中(设计模型的更改权限是严格控制的，工艺人员是不能直接使用的)，并将此工艺模型作为工艺设计的顶节点，在顶节点下继续运用WAVE技术，通过对工艺模型中实体特征或点、线、面特征的链接，创建中间工序模型及辅助工装模型子节点，然后对各个子模型进行后续工艺设计，由此形成一个与产品模型全关联的MBD工艺设计子系统(如图2)。当产品的设计参数更改后，通过WAVE技术获得的工艺模型、工序模型、辅助工装模型及编制的工艺文件(工序附图)也会随之自动更改，而工艺人员只需对相应的工步内容进行调整即可快速生成新的工艺执行文件，这将极大提高工艺设计的效率，并且对于企业开展设计与制造并行工程也是极为有利的。
2．2同步建模技术在工艺设计中的应用
前面提到对于设计模型的更改权限是严格受控的，这一方面可以避免工艺人员对原模型不合理的操作导致后续工艺设计出错，影响整个制造环节;另一方面设计模型是整个工艺设计的驱动点，必须保证其相对的独立性，这样在设计发生更改时，才能保证后续的工艺设计正确更新。前条所述，工艺设计所需的模型都是通过WAVE建立的，但通过WAVE技术从设计模型链接得到的工艺模型是以一个实体特征(链接体)出现在新文件中的，不再继承原模型的建模历史记录(有序特征树型结构)，因而也就不能通过对特征结构的重新编辑来得到需要的中间工序模型(况且对于复杂结构零件来说，要理解设计者的建模思路，以编辑建模历史特征的方式修改模型，本身就是一件极为困难的工作)。那么，如何在WAVE的基础上修改链接得到的唯一实体特征，快速建立所需的中间工序模型呢?NX在2008年推出的同步建模技术可以很好的解决上述问题。同步建模技术是三维实体建模技术中一个成熟的、突破性的飞跃，在参数化、基于历史记录建模的基础上前进了一大步，同时与先前技术共存。同步建模的基本目的是提出一种设计更改方法，强调修改模型的当前状态，不考虑它是怎样被构造，不管是否有参数存在，不管它的相关性或它的历史特征。通过移动(或代替)一个模型的面，或利用对模型横截面的编辑，或利用修改线性、角度和半径尺寸等方法修改模型，实现对设计模型的自由改变而不需先前的经验。同步建模是一种独立于线性历史的、全新的建模方法。由同步建模技术的特点，可以很清楚的看到，它正适用于MBD工艺设计中由WAVE技术得到的链接实体模型，对于这个没有建模历史记录，非参数化的实体模型，同步建模技术能够体现出其最优异的特点，实现对模型的快速修改。
3应用实例
在MBD工艺设计中，应用的难点是:要以最有效地方式利用设计模型，快速建立系统性关联的工序模型、工装模型，最终完成CAM环境下的加工仿真、编程及工艺规程等技术文件的编写。NX/CAM已经是很成熟的技术，这里不再赘述。工艺文件的编写，在对软件进行了合理的二次开发后，不再是困难的工作，其应用过程与工程图的建立方式类似。下面通过一个示例来论述如何运用WAVE技术及同步建模技术建立与设计模型全关联的工序模型。从初始工艺模型(可作为最终检验工序模型使用)建立前步的工序模型可理解为“添加材料”的逆推过程。图3是某类型发动机组件模型test01，在装配导航器中通过WAVE链接选项—将几何体复制到新部件，得到初始工艺模型test01_p01(图4)。根据模型结构，工艺路线可简略分为3个加工工序:粗车、精车、精铣。按照逆推的思路，精铣为最后一道工序，主要目的是铣出球面上的4个凸台及凸台边缘圆角，可直接由test01_p01链接得到模型(命名为test01_p01_jx)进行CAM编程完成。在精车工序，通过WAVE选项—将几何体复制到组件，创建精车模型test01_p01_jc，在此模型中，首先用同步建模/删除面命令删除凸台圆角特征与及凸台上面的孔，并用移动面命令将凸台与径向方向(整个回转体的径向)垂直的两个面移动生成足够的余量，然后以凸台的相关边通过旋转命令得到图5所示精车模型。粗车工序是为了去处大部分的多余材料，给精车留够必要的余量即可。通过前述同样的方式，以test01_p01_jc链接创建粗车模型test01_p01_cc，然后通过同步建模/横截面编辑命令，在各个部位设置需要的余量并删除不必要的倒角斜面即可生成图6所示粗车模型。毛坯模型(如图7中透明圆柱体)的建立，可以通过拉升最大圆柱特征底边(生成圆柱体)，再向外偏置圆柱体柱面，最后拉出圆柱体两端面生成余量而得到。所有工序模型建立后，可对相关模型设置显示透明度，从而直观的观察模型建立的是否恰当，每一步的加工余量是否足够，从而避免不合理的操作(如图7所示)。模型完成后，就可以调用工艺文件模板编写必要的指导文件了。MBD工艺设计方法作为一种新的设计思路，在运用的过程中，需要技术人员对WAVE技术、同步建模技术及NX软件本身有深刻的理解及较强的操作技巧，本文旨在以“抛砖引玉”的方式，提供一种可行的思路供业界参考。
4结论
1)通过对NX7．5．2进行二次开发，可实现产品工程设计环境与工艺设计环境、加工仿真环境的统一，解决多种软件交叉使用带来的软件不兼容及技术人员须同时掌握多种软件的困难，并实现MBD工艺设计的核心功能，提高工艺设计效率。
2)通过基于NX7．5．2的MBD工艺设计研究，可实现基于产品三维设计数据的工艺设计，加速产品从工程设计阶段向工艺设计及加工生产阶段的流转并提高产品设计数据传递的准确性，尤其对于大型系统性产品的研发，这种工艺设计手段及流程的转变将大大提高研发效率，缩短产品研制周期，节约研发成本并提高产品研制的可靠性。
3)以较小的成本对现有NX7．5．2及以上版本软件进行二次开发，即可实现MBD工艺设计的核心功能，解决企业购买大型三维工艺设计软件的巨大资金投入，使企业的工艺设计更适合于未来产品设计与制造的发展。
作者：郭志伟 孙建邦 单位：中国兵器工业第203研究所