基于模型的零件工艺规划和数控仿真：零件工艺规划是在工艺阶段充分利用设计产生的设计模型进行后续的三维零件工艺设计、仿真验证、现场的指导应用
，提高生产准备的效率，提高工艺质量和工艺制造知识的有效积累。 系统构建在TCM平台上
。零件机加工艺仿真是对刀具轨迹进行仿真模拟，以确保其正确性。加工仿真提供了刀轨可视化验证功能
，用于模拟切削运动和材料去除

，也提供了机床运动模拟功能，用于检查加工过程中的干涉碰撞
。能够输出NC代码
、加工指导说明、以及刀具清单
。

1．业务挑战

工艺设计工作作为连接产品设计和产品制造的桥梁
，所产生的工艺数据是产品全生命周期中最重要的数据之一，同时是企业编排生产计划、制定采购计划
、生产调度的重要基础数据，在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。

随着产品设计理念和设计信息化进程的发展，目前在企业中三维设计系统已经迅速普及，产品的三维数模已经逐渐成为工程应用的标准
，二维工程图只是三维设计模型的投影结果。而在工艺系统目前还主要是利用二维工程图进行工艺设计，主要是利用设计部门发布的三维模型投影生成二维工程图
，将其导入到二维CAPP系统中进行工艺设计；或者采用屏幕截图的方式
，将获得的图片粘贴到工艺卡片中

，作为工艺设计过程中所使用的工序图；最为繁琐的方式是根据工艺设计的要求重新绘制二维工序图来指导操作工人进行加工或者装配等实际操作。纵览以上几种方式
，99499www威尼斯会发现均不能直接利用设计所产生的三维模型，也就不能直接利用三维模型和设计数据中包含的诸如零部件
、分类、三维产品特征
、几何尺寸及公差
、技术和制造要求等信息。而由于人工参与的“翻译”过程（三维模型信息转换为二维工序图、三维设计和制造信息的人工获取并填写到工艺卡片中等环节）的存在，以及在设计定型和试生产阶段的大量设计更改的发生，使得设计和制造周期冗长、工作流程执行缓慢，数据重复
、不一致和管理混乱，不能满足三维数字化环境下工艺设计的需求，缺乏对于基于三维设计模型直接进行工艺设计的工作模式的深入研究和解决方案。

2. 解决方案

数字化零件工艺解决方案包括产品设计（数据获取）、工艺设计、工装设计
、工艺仿真、工艺卡片与统计报表、MES/ERP集成、知识管理及资源管理，实现了从产品设计到工艺
、制造的业务集成
，如下图所示。基于MBD的零件制造工艺的主要特点是利用3D工序模型及标注信息来说明制造过程、操作要求、检验项目等。

基于MBD的零件制造工艺       

Teamcenter Manufacturing是数字化工艺的主要功能模块，它建立于企业PLM平台Teamcenter之上
，使得工艺设计与管理成为企业PLM平台中的一个有机部分，实现了与PLM共享统一的产品数据，实现统一的可视化管理、更改管理
、流程管理和集成工具，如下图所示。

零件工艺解决方案基础框架        

在Teamcenter基础平台中实现数据库管理
、可视化、更改
、流程管理
；Teamcenter Engineering实现数据和文档管理；Teamcenter Manufacturing实现工艺设计
、卡片生成、资源管理；通过NX Manager集成NX CAD/CAE
，实现零件设计和工装设计
；通过CAM Manager集成NX CAM
，实现NC编程与验证
；通过Teamcenter系统集成功能实现MES

、ERP、车间信息集成等系统的集成。

西门子零件工艺解决方案将协同设计与制造
，直接利用设计3D数据进行结构化工艺设计
，关联产品、资源、工厂数据。工艺文档可以进行客户化定制，有多种输出格式（HTML/PDF/EWI），支持3D工序模型和标注。紧密集成NX CAM，实现NC程序、刀具、工装

、操作说明与工序、工步的关联和管理。可以实现对工艺数据的权限、版本、配置及流程管理
。通过对典型工艺、工序

、工步的模板化应用
，实现知识重用，提高工艺设计效率。零件工艺的解决方案包括所有涉及零件制造过程，比如机加工艺
、钣焊、锻铸

、热表、及普通工艺等。

设计数据浏览

用NX打开产品设计模型，通过旋转、缩放、剖切、测量等功能查看模型信息，通过选择PMI视图可以查看在各视图中标注的尺寸公差信息。

2D产品设计信息可用原有的方式打开浏览。

对于车间工人、检验员等对NX操作不熟悉的对象浏览设计数据
，可转成打包数据，通过XpresReview工具浏览
，或者转成JT数据，通过JT2GO浏览。可以方便地对模型旋转、缩放、剖切
、测量
、及查看3D标注信息。

工艺结构建立

建立企业统一数据管理平台，管理结构化产品
、工艺
、资源和工厂数据
，并建立数据之间的关联；

建立企业资源库，提高工艺数据、设备、工装
、工艺模板
、工艺知识等数据的查询和利用94 企业制造资源库

在Teamcenter Manufacturing中建立工艺BOM
。每个零组件对应一个总工艺节点
，在总工艺下建立零件所需要的工艺对象，比如毛坯工艺
、机加工艺
、热表工艺等，在工艺中建立工序
，在工序下添加设备、工装、辅料等物料对象
。工艺与工厂结构中的车间（或分厂）关联，工序与车间的工作中心（工位）关联
。

工序模型建立

在Teamcenter的工艺、工序对象上创建NX数据集
。进入NX中通过WAVE  Link功能关联引用设计模型或其它工序模型，通过NX同步建模功能对模型直接修改，比如增加加工余量、删除加工孔
、槽等，方便快捷地建立工序模型

工序内容建立

在NX中通过PMI功能进行3D制造信息标注，比如尺寸公差要求、加工区域标识、操作说明、检验要求等
。需要展示内部细节时，可通过PMI剖视图展示。复杂工序可根据表达需要增加标注视图。对于热工艺
，表现形式可根据加工特点作相应调整，一般情况下形状变化不多，尺寸公差信息较少
，工艺参数较多。

工序卡片生成

为了工艺审批和打印方便，可以生成多种格式的格式（2D/3D PDF
、EWI等）的工艺卡片。使用定制好的工序卡片模板，从TC中提取产品、工艺、工序、工装、设备等信息

，添加到卡片中

。

在图形区插入3D工序模型视图、2D投影图，或直接在卡片中绘制工序图，也可插入其他格式的CAD图形，可依据零件加工的需求或工艺员的习惯选择
。

图形、标注或文字说明可灵活布置。复杂工序可根据需要增加页来表示。如果是检验工序要对检验项目（尺寸
、公差、技术要求等）编号，输出检验条目列表。

JT格式输出3D工艺视图
，可以在teamcenter环境或系统外直接浏览在NX中定义的所有视图
，包括制造信息标注、PMI剖视图。支持对模型的旋转、剖切
、缩放、测量等操作

；

工艺设计的结果最终以3D视图、3D模型或动画等数据形式发放加工现场，方便操作人员理解，规范操作过程，稳定产品质量；

数控编程

建立基于MBD的典型零件和特征加工模板，实现针对典型零件和特征的智能化、标准化编程方式，提高效率和质量；

直接在设计模型或与设计模型关联的工序模型上编制数控程序，提高加工效率和精度
；

建立虚拟机床和装夹环境仿真验证
，减少实际操作错误；

实现数控程序的版本
、权限、查询管理，程序与工序、工步关联；

逐步建立面向多品种
、小批量的柔性制造单元，实现涵盖计划下达
、设备状态监控和现场反馈的精益制造。

3．价值定位

基于模型的零件工艺解决方案可以给企业带来以下价值
：

以产品三维模型为基础
。工艺设计和CAM编程基于产品设计数据，而不是依据制造需求进行二次重构

，并且通过工艺与产品、制造资源的关联实现设计与制造过程中关键元素的有机结合；

零件设计以结构化特征方式组合

，在下游工艺设计中可依据结构化的特征为单元组织工艺和加工工序。特征作为表达三维模型的内在元素，是进行工艺、工序、工步等关键工艺元素搜索和确定的主要依据
；

通过在设计和制造过程中零件模型信息的构建，不仅包含在三维模型中的标注尺寸、公差及其它制造信息，而且包含制造属性

、质量属性、成本属性等其他信息定义。从而使得产品三维模型成为设计与制造信息的载体，并且通过与其他对象（工艺、资源等）的有机连接，从而可以将所有的设计与制造关键对象及其关系完整地展现给用户；

以制造特征为内在因素构建结构化的工艺结构，可以为下游系统做好数据准备，如ERP和MES系统
；

基于产品三维模型的工艺设计过程可以为未来工艺的仿真验证打下坚实的基础


，通过对工艺资源（工装、设备
、工厂等）等进行三维建模
，可以实现真正意义上的产品加工和装配的仿真验证；

基于MBD的三维零件工艺设计输出采用多种输出方式（2D/3D PDF、EWI等）
，三维实体造型为主的工艺展现形式
，可以使得工艺的表达形式更为直观，手段更为丰富，具有目前二维为主的图表式工艺表达方式无法比拟的优势
，对于车间工人操作更加具有现实意义
；

面向产品设计的编程
，识别零件特征与公差要求，基于典型零件和特征的模板化编程
，极大地提高编程效率，改善质量，减少对员工经验的依赖。