PDM的集成化夹具设计系统

摘要:提出基于PDM的集成化夹具设计系统体系结构,研究贯穿CAD、CAPP、PDM、CAFD/CAM的集成系统的信息流模型。分析功能-原理-结构3层结构映射的夹具设计模型。研究基于PDM的集成功能和

摘要:提出基于PDM的集成化夹具设计系统体系结构,研究贯穿CAD、CAPP、PDM、CAFD/CAM的集成系统的信息流模型。分析功能-原理-结构3层结构映射的夹具设计模型。研究基于PDM的集成功能和集成方法,在此基础上开发了基于PDM的夹具辅助设计原型系统,有效地支持了夹具的快速设计。

    在FMS/CIMS系统中,夹具设计的好坏、快捷、高效直接影响到产品质量和开发周期,是目前新产品开发中的一个主要瓶颈。目前有关夹具辅助设计技术的研究更多地集中在夹具自动化设计本身的技术上,例如采用解析法、人工智能法、代理技术等实现夹具方案设计、夹具布局设计、夹具结构设计、夹具分析的自动化等。对基于PDM的夹具设计系统的研究及与CAD、CAPP、CAE、CAM的集成研究则很少,因此开发的系统难于满足敏捷制造环境下对夹具设计的并行化、柔性化、快速化等要求,也难于利用PDM达到夹具设计、装配、管理、重用的目的。本文提出了基于PDM平台的集成化夹具设计系统结构,研究了集成系统的信息流模型、夹具设计模型、信息集成方法,并以PDM为平台开发了原型系统。
 
    图1为基于PDM的集成系统体系结构图,分为3层:数据层、逻辑层和表示层。表示层是CAFD(Computer Aided Fixture Design)系统给终端用户提供的用户界面,是用户和CAFD系统进行交互的部分;逻辑层是基于PDM的CAFD系统的所有功能集合,是主要进行开发的部分;数据层是CAFD系统实现的基础,用于夹具数据的存与取。
 
图1集成系统结构图

1.1基于PDM的信息流模型
    由图1可知,CAFD是产品开发周期中的一个重要子过程,与CAD、CAPP、CAM有密切的信息联系,信息流模型见图2。
 
图2集成系统的信息流模型

    PDM系统从CAD提交的图档中提取产品BOM和物料信息。CAPP系统通过PDM获得产品设计BOM、物料和图纸信息后,进行PBOM设计和零件工艺规程设计,设计结果通过PDM的文档树统一管理(图3)。CAFD系统通过PDM获取设计、工艺信息后,可直接基于PDM的夹具实例库进行相似实例的检索、匹配、调整或变异,完成夹具的设计。

    设计信息检入到PDM中集中管理。CAFD通过PDM获取的设计信息有形状信息、材料、质量、编码、批量、图号、零件类别、产品名称等;获得的工艺信息有机床型号、毛坯、工序内容、加工特征面、热处理、定位面、夹紧面、工序图、刀具信息、切削用量等。夹具设计完成后需要检入PDM的信息主要有夹具名称、夹具类型、定位方式、夹紧方式、主要定位元件、限制自由度数、支承方式、夹具图、夹具明细表、夹紧位置等。这些信息一方面用于程序编制和加工干涉分析;另一方面是为了保存夹具设计知识和经验,提高夹具设计的重用度。
 
图3PDM中的文档树
 
1.2集成系统中的夹具设计模型
    基于PDM的夹具设计过程主要包括下述内容:

    (1)通过PDM获取设计和工艺信息。

    (2)检索夹具实例库获取相似实例,或者根据输入信息确定定位、夹紧等功能,例如,定位功能有2孔1面定位、3-2-1定位、1面1孔定位等。夹紧功能有螺旋夹紧、杠杆夹紧、偏心夹紧等。

    (3)对于相似实例,可直接调出图形进行调整或修改,对于夹具功能,则可根据功能-原理-结构的映射规则获取对应的结构模型,例如,1面2孔定位功能反应在结构上可以是1块定位支承板及其上的2个短圆柱销(过定位),也可以是1块定位支承板及其上的1个短圆柱销和1个短菱形销,究竟采用何种结构主要取决于零件的加工精度因素。又如,飞机上薄壁零件螺旋夹紧功能映射到结构模型时,应计算夹紧力及工件变形(原理模型)而后确定出夹紧结构及力分布情况。

    (4)对夹具结构进行定位精度、刚度、稳定性等各种分析。

    (5)夹具装配及装配图检入,由PDM统一管理。其中的夹具设计模型如图4所示。图中,结构层上夹具由多个结构组件组合而成,组件又由夹具元件组成,同一层各元件之间、组件与元件、组件或元件与工件之间的小椭圆框表示各个元组件之间的空间位置关系、配合关系、操作关系。配合关系主要有贴合(如基础板与支承板)、贯穿(如定位销与定位板)、分离(如基础板与压板)等;空间位置关系表示从一个元件到另一个元件基点之间移动的相对位移量和矢量一致时的相对转角量;操作关系主要有插入、平移、旋转等。
 
图4 夹具设计模型 
 

2基于PDM的信息集成
    CAFD与PDM的集成一般有2种方法:第;种是基于数据库表的集成,即PDM与CAFD共用一个数据库,并统一设计,主要适用于自行开发的软件中;第2种是通过PDM软件提供的API函数和二次开发工具实现信息的提取和转换。本文使用第2种方法,即通过编程将SmarTeam的数据导出到CAFD,在CAFD系统中生成夹具图纸后再导入到SmarTeam中。1.2节所述的集成功能具体要求如下:

    (1)把由SmarTeam管理的设计信息和工艺信息复制到CAFD系统中,生成夹具实例索引码。该索引码导入到SmarTeam中。

    (2)在SmarTeam中利用索引码搜索相似夹具实例,经浏览筛选后进入CAD环境,利用外挂到CAD菜单下的CAFD功能模块完成相似实例的变异设计。若没有相似实例,则在CAFD系统中根据从SmarTeam导出的设计和工艺信息及!层映射模型进行夹具设计。

    (3)夹具设计完成后可直接检入到SmarTeam相应的产品对象的文档树下利用SmarTeam对其进行审批管理和图档管理,并生成相应的夹具明细表,夹紧位置数据表。
 
图5基于PDM的集成流程 
 
    基于PDM的集成流程如图5所示。
    综上所述,实现以PDM为信息平台的CAFD系统,不仅可以更好地支持产品的协同设计和信息共享,而且还可以充分利用PDM提供的功能对夹具图档和夹具设计过程进行统一管理,最大限度地提高夹具设计的重用性和设计过程的有序性。
 

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