吴泽刚+陈红霞

摘 要：航空发动机系统正在推进MBD技术的应用，其中工艺系统面临数据量过大，无法高效发挥MBD技术优势等问题，严重影响了MBD技术在航空发动机系统中的推广进程。此课题主要针对轻量化模型在工艺系统中的应用开展研究，解决三维实体模型占用存储空间过大，工艺系统平台（PDM）处理数据慢等问题，实现MBD技术在航空发动机工艺系统的应用的同时，充分发挥它的技术优势。

关键词：MBD技术；轻量化模型；CAM编程技术；CMM离线编程；数控加工仿真

1 概述

MBD（Model Based Definition），即基于模型的定义，是一种用三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法，它规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。

MBM（Model Based Manufacturer），即基于模型的制造，是应用MBD数字模型开展工艺设计、加工和仿真的技术，主要包括：三维工艺规程的编制、基于三维模型的数控程序编制、数控加工模拟仿真及基于三维模型的三坐标离线编程检测等方面内容。

航空发动机基于模型的制造目前存在的问题之一是数据量大，服务器及网络系统响应迟缓。

2 研究目的

轻量化模型是根据工程应用需要，通过文件格式的转换，减小全信息设计三维模型的信息量，轻量化后的模型在几何精度上能够保证相应工程应用的使用要求。

本课题将通过多种复杂壳体典型零件进行轻量化工程应用试验。通过试验来验证轻量化模型在三维工艺规程编制、基于模型的数控编程、基于模型的加工仿真、基于模型的三坐标测量编程等工程应用的可行性。

3 研究内容

轻量化模型采用的格式有：JT、Iges、Stl及Step等格式，是通过UG软件将精确模型进行轻量化转换之后得到的文件格式，具有以下特点。

表1 轻量化模型文件格式的特点

本课题选择的复杂壳体典型零件来源于发动机附件机匣、滑油泵壳体及齿轮箱壳体。此类零件的特点是空间结构复杂、建模特征繁多、数据量大，从而轻量化程度显著。

表2 精确模型与轻量化模型对比

基于模型的制造主要环节包括：三维工艺规程编制、基于模型的数控编程、基于模型的加工仿真及基于模型的三坐标测量等。

模型轻量化的方法就是将来源于UG软件平台的精确模型转化成适用于以上制造环节所需的三维模型，在转化的过程中能够实现模型数据量的减小，从而完成设计模型的轻量化。在轻量化过程中需要保证制造环节中所使用的三维模型精度要求。

3.1 轻量化模型在工艺规程编制中的应用验证

试验选取了滑油泵壳体典型零件，将NX精确模型文件转换成JT轻量化模型文件，进行工艺规程编制验证工作，能够满足工艺规程的编制要求。

表3 轻量化模型与精确模型三维工艺编制对照

3.2 轻量化模型在数控编程中的应用验证

试验首先将精确模型的Part（.prt）文件转化成轻量化模型的Par

aSolid（.x_t）文件，在UG NX7.5中直接打开ParaSolid（.x_t）模型文件，进入CAM编程加工环境，完成数控程序的编制，数控程序编制如图1所示。

通过CAM编程试验验证，轻量化模型能够实现在UGNX7.5中的数控程序编制，生成的NC代码能够满足控制系统的可读性要求。

3.3 轻量化模型在数控加工模拟仿真中的应用验证

经过长期试验验证，STL（.stl）文件格式轻量化模型更适合用于VERICUT软件中的加工模拟仿真使用。要求轻量化模型采用二进制类型输出，三角公差与相邻公差不大于0.08。通过数控加工模拟仿真试验验证，轻量化模型（.stl）文件能够用于VERICUT软件的加工仿真使用，能够满足仿真软件的可读性及运算稳定性要求。

3.4 轻量化模型在三坐标离线编程中的应用验证

本课题采用PI（PowerINSPECT）测量软件进行轻量化模型应用性的试验验证。选取了多种典型件的精确模型进行轻量化处理，得到的轻量化模型用于PI软件进行測量程序编制。通过试验验证，轻量化模型能够完成PI中的模型处理、离线编程及编译程序过程，并实现三坐标测量机的自动化测量。如图2。

4 结束语

本课题针对轻量化模型在基于模型制造的四个关键环节中的应用开展试验研究，结论如下：

（1）轻量化模型能够解决基于模型制造中精确模型数据量大的问题。

（2）轻量化模型能够满足基于模型制造关键环节的使用要求。

（3）根据应用要求，应适当控制轻量化模型的精度。

参考文献

[1]苏春.数字化设计与制造技术[M].北京：机械工业出版社，2009：168-208.

[2]Dimensional Measuring Interface Standard.ISO 2003-All rights reserved

[3]PC-DMIS 3.5 Chinese Reference Manual

作者简介：吴泽刚（1984-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向：航空制造技术。