使用TopSolid实现设计/工艺/制造/测量集成化 - 文章

使用TopSolid实现设计/工艺/制造/测量集成化

作者：北京宇航计算机软件公司姜富强

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TopSolid系法国第二大CAD/CAM软件供应商，Missler公司开发的新一代完全集成的CAD/CAM解决方案，它以TopSolid’Design设计模块为核心，包括TopSolid’Cam(数控加工)、TopSolid’Mold（注塑模设计）、TopSolid’Progress（级进模设计）、TopSolid’Stamping（覆盖件模具设计）TopSolid’Electrode（电极设计）、TopSolid’Castor（有限元分析）、TopSolid’Control（数控测量）、TopSolid’Wire（数控线切割加工）、TopSolid’PunchCut（钣金加工）、TopSolid’Wood（木工和家具设计）、TopSolid’PDM（产品数据管理）以及TopSolid’Manufacturing（加工流程管理）等众多专业模块。

1.前言

随着制造业的蓬勃发展，企业对信息化制造的需求也越来越高，但却仍然存在着一些无法突破的瓶颈。很多企业的模式是：基于三维模型进行数控编程，生成NC代码。看起来已经非常“集成”了，但是人们往往忽略这样的一个事实：就是我们的三维模型的信息往往是不完整的，尽管它的几何信息或许是完整的，但缺乏了很多的工艺信息，尤其是需要多次装卡的零件以及需要组合夹具装卡的零件更是如此。尽管这些缺失的零件信息可以通过CAPP工艺卡片来补充，但是目前工艺卡片的填写多数是手工完成的，增加了大量的重复工作并且导致信息的不唯一。

法国Missler出品的TopSolid软件是一款高度集成的CAD/CAM/ERP软件，包含了产品设计、二维工程图、加工、工艺、管理等一系列模块，并且这些模块之间能够实现完全无缝的集成。众所周知，TopSolid的产品设计功能十分强大，本文将不再赘述。下面笔者将以TopSolid的工艺与制造集成化来介绍实现三维信息化的这个流程。

2.三维模型的公差参数驱动

从严格意义上来讲，CAM编程应当是针对零件的加工尺寸，而设计的外型给出的却是名义尺寸。这就给制造部门两种选择：一是重新造型，建立一个满足CAM需要的模型；二是在工艺卡片上详细注明每个公差，要求编程人员在编写CAM程序时通过加工余量来保证精度在公差范围内。这个过程中，稍有疏漏就容易造成加工精度不合格。

TopSolid提供的三维模型带有公差参数驱动，可根据设计的装配需要，指定零件的尺寸是名义尺寸、最小公差尺寸还是最大公差尺寸，如图1所示。这对于CAM部门来讲是至关重要的，编程人员获取的三维模型无需为了上偏差或者下偏差单独留余量，只需在三维模型中，将所有的公差值改为“中差”即可。这样即使存在数控机床的精度因素影响，也不会造成产品件的精度不合格。

图1 参数化的公差

3.工艺模型的关联性

在TopSolid中可以使用三维模型详细地表示每一步加工的零件外形，此时各工步间零件的信息是完全关联的，如图2所示。在修改时，它的后序工艺的零件信息（几何信息、工艺信息）也随之发生更改。在零件的加工工艺发生变化时，可以很方便地进行全局的修改，并且从CAM的角度来讲，每一步工序又将成为下一步工序编程的毛坯零件。这样，便能更加迅速地进行编程工作，将编程人员从重复建模的工作中解放出来，把更多的精力转移到对加工的考虑上。

这种特性得益于TopSolid的“关联复制”功能。使用关联复制，可以使得“父对象”的修改能驱动“子对象”，而“子对象”的修改不驱动“父对象”。

图2 用三维模型表示的工艺排样图

4.集成的工艺卡片

产品的三维模型设计结束，通过投影生成二维工程图之后，零件的工艺信息会自动添加到相应的工艺卡片中，并且这些工艺信息是与三维模型相关联的，如图3所示。三维模型的几何信息或者工艺信息一旦发生改变，工序卡片上面的这些信息也会随之改变，保证了信息的完整性和唯一性，如图3所示。

图3工艺卡片（局部）

除了定义零件的工艺信息之外，通过“Top.prd”这个文件的编辑，还可以为零件增加各种扩展属性，充分体现了TopSolid定制功能的开放性。

在Top.prd文件中写入以下字段

$设备名称 {
$设备名称 : A ;
*注解：A表示字符串
}

然后在为零件附加属性时，会找到“设备名称”这个属性，就是我们添加的扩展属性。

5.全关联的CAM以及数控测量

TopSolid的CAM模块拥有2～5轴加工的多种加工策略，并且提供了丰富的知识库，如机床库、刀具库、夹具库、材料库等。可进行包括机床及夹具在内的真实模拟和干涉状态的检查，以保证安全生产。

TopSolid的机床库可以自由扩充，机床的型号、行程、台面、以及X、Y、Z、A、B、C轴的指定都可以自己定义。当选中机床并在其刀架上添加刀具之后，即可保存到Missler/Config/template路径下，作为模板使用。减少调用机床和加载刀具的重复工作。当我们保存为模板之后，在新建CAM文件时，即可以找到我们做好的CAM模板，这个模板就是我们的一个完整的加工环境。

建立加工环境之后，进行CAM编程，直接使用后置处理器生成可用的后置程序。TopSolid的后置中选择合适的机床，点击生成NC代码，如图４所示。

图4 真实环境的数控加工模拟

数控测量程序也可以用类似的方法来生成。用于测量精密零件的几何公差、位置公差等，能驱动数控测量机并为数控测量机提供测量参数，如图５所示。

图5 真实环境的数控测量模拟

数控机床的NC代码：

N10 T1 M6
N20 G0 G90 X67.654 Y82.476 S2546 M13
N30 G0 X67.654 Y82.476
N40 Z63.842
…………
N29950 M30
%

数控测量机的测量程序代码：

$$ Written with TopControl a Missler Software product
$$ Date: Wed Mar 01 15:19:02 2006
$$ Version: v6.7.250(Release)
UNITS/MM,ANGDEC
D(MACHINE)=DATSET/MCS
SAVE/D(MACHINE)
DI(DMEID)=DMEID/'SOCIETE_MACHINE'
R(RDMEID)=REPORT/DI(DMEID)
OUTPUT/R(RDMEID)
…………
MEAS/PLANE,F(MPLN_1),4
GOTO/397.500,-496.000,-644.000
PTMEAS/CART,400.000,-496.000,-704.000,-1.000,0.000,0.000
PTMEAS/CART,400.000,-496.000,-686.000,-1.000,0.000,0.000
………………
GOTO/372.500,-416.000,-704.000
GOTO/372.500,-416.000,-644.000
ENDMES
T(PARL_5)=TOL/PARLEL,0.1,RFS,FA(MPLN_2)
OUTPUT/FA(MPLN_1),TA(PARL_5)
T(DIST_6)=TOL/DISTB,NOMINL,30.000,-0.021,0.,XAXIS,AVG
OUTPUT/FA(MPLN_1),FA(MPLN_2),TA(DIST_6)
ENDFIL

6.结束语

实践证明，使用TopSolid生成的NC代码和测量程序代码能够正确地驱动数控机床和数控激光测量机的运行，并且得到合格的结果。

利用TopSolid 进行从三维工艺数据到数控制造，缩短了从设计到制造的时间，提高了工作效率，减少了错误的发生。采用这种方法沟通设计、工艺与制造之间的关系，得到了很好的效果。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/17/2006)


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