数字化设计制造技术在塑窗锯铣加工设备中的应用

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数字化设计制造技术在塑窗锯铣加工设备中的应用王慧。李刚炎。崔卫华’。杨丽颖’,( .南大学 1济机械工程学院。济南 2 0 2;2武汉理工大学 50 2 .机电学院，武汉 40 7 ) 3 0 0

摘

要 t以塑窗锯铣加工中心的开发设计为背景，分析了传统设计模式的弊端，阐述了企业对产品数字化设计制造技术的需求，出了柔性塑窗加工中心利用 3提维数字化设计制造技术进行改型开发设计的构想。 ’ 关键词 t数字化设计；塑窗设备；锯铣加工中心中圈分类号。TP 9 .2 3 17 文献标识码。A 文章编号。1 0 - 1 4 2 0 ) - 0 0 0 9 0 ( 0 3 1 0 6— 3 0 3 0Appl d st dy o gia s gn a a f c urn ec ol i u n di t l e de i nd m nu a t i g t hn ogy i a i nd m i i g m a i e s w ng a l n n l ch n ce t as i i dow n er orpl tcw n f W ANG i, Hu’ LI一 Gan y n, g- a CUI e— u, W i a’ YANG i ig’ h L- n y( . c o l f Me h nc l n i e n g J n n Unv r i, ia 5 0 2 Ch n; 1 S h o c a i g n e n, i a ie st Jn n2 0 2, i a o a E y

2 S h o f c a i n lcr n ie n g W u a ie i f e h oo y W u a 3 0 0 Chn ) . c o l h nca d Ee tcE gn e n, h nUnv r t o c n lg。 h n4 0 7, ia o Me i sy TAb t a t n t i p, h a wa d s t a i fc n e t a e i s r c:I h s pa er t e b ck r i t u on o o v n i on l s gn mod l s a alz d. h d s d e n y e t e i u - i n ti m a d f rd gi es g d man f￣ u n e h o o y i n y ed an h on ep r de al n o i t d i n an al ua d g t c n l g a al s z, dt e c c t

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s p op ed,nw hc h e i i ih t r e d men i a i t l esgn a a￣ cur g t c oog r son l gi d a d i nd m nu t i e hn l y a n e u d t e od d de e o he f i l w ig an ii a i e erf rpasi se o r m el an v l p t l be sa n d m lng m chne c nt o l t ex l cwi d w, t h a g ou d o h e i fs wi g an ii g m a i e c t r n o wi t e b ck r n ft e d s gn o a n d m ln ch n en e . h l

Ke y wor: dii esg pa t n w ds gt d in; ls i wido mac ie; a n n ln a h n ener al c hn s wi g a d miig m c ie c t l

0引言2世纪的制造业正面临着越来越激烈的全球化 1市场竞争，以信息技术为核心的数字化开发支持技术在产品创新设计中的大量应用，推动了全球制造业和新产品的迅速发展。目前工业发达国家制造业

个新型分支。在这一新兴行业，将信息技术、自动 化技术、现代管理技术等与制造技术相结合，带动产品设计和制造方法的创新、业管理模式的创新、企实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程

控制的智能化，全面提高企业竞争能力，将是现代设备制造业实现跨越式发展的模式。

的 C X技术应用已经走过了3数字化样机开发阶 A维段，并向数字化车间和数字化工厂发展【。 2】国内的制造业已开始从过去的引进、吸收消

1塑窗设备开发现状 笔者参加了与一大型塑窗设备企业的合作项目——

化，逐渐转向新产品的自主开发和支持技术的改造方面。

塑窗锯铣加工中心开发设计。其结构示意图如

在航空、汽车、家电等行业以 3维数字化设计为核心的创新设计体系正在形成，国家科技部提出的“信息化带动制造业现代化，用高新技术改造用制造业，以实现制造业跨越发展”战略，为

我国发展先进制造与自动化技术指明了方向【 3】。塑钢门窗作为门窗革命第四代产品，有着产品强度高、隔热保温性能好、能环保、色泽美观、阻节燃自熄等优异特性，在现代建筑中得到广泛应用，与其相应的塑窗加工设备制造成为我国制造业的一

图l。该设备由自动输料台、锯、铣、锯后输送和收尘五大部分组成，采用 3个伺服轴，利用计算机控

制，图形界面编程，型材长度优化等技术，锯、铣将工艺集中到统一的加工单元。解决了多种铝塑型材的自动识别定位夹紧，机械手长距离高速送料、一次装夹多面多工位同时加工的难题。该设备能对各种型材施行优化排料，自动生成加工工艺，能进行

各种规则及异形孔槽的自动铣削，型材断面 4。 5、1 5及 9 0自动锯切等【。 3。 0的 4】

& 1日■:2 0 -52 0 30—6薹盒焉目：教育部博士点专项基金项目 ( 0 2 4 7 0 ) 2 0 0 9 0 9作者胥介：王慧 ( 9 3一) 16,女，山东聊城人，济南大学副教授，武汉理工大学博士研究生，研究方向为数字化设计。【0第 2 6l 5卷第1 O期 20—0 0 3 1

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1送料机械手主控柜自动铣削机废料输送收尘设备

l似 I 5算机辅助技术。针对企业的实际需求与产品特点，需与具体的产品开发领域专业知识相结合，才能达到对产品创新开发的有力支持，因此国内制造企业对

3 C维 AX技术表现出了巨大的需求，许多企业正在实施过程中，但是怎样选择和正确实施企业所需的 C AX技术，却需要认真研究，并提出一套行之有效的实施策略，才能保证让有限的资金发挥最大的效益。图 1 LJ XZ型铝塑型材锯铣加工中心组成不意图

该设备从设计到试制结束历经一年多时间。总结锯铣加工中心整个设计制造过程笔者认为采取传

3塑窗加工中心 3数字化设计制造维构想3 1预实现目标 .初步建立塑窗设备行业无纸设计制造和管理的现代集成制造系统，重点突破产品数字化

定义、数 字化预装配、产品数据管理和并行工程组织实施等关键技术，实现设计制造信息集成，通过应用和验证，短塑窗加工设备研制周期、低研制成本、 缩降提高产品质量、提高在企业综合竞争能力。 32研究内容 .进行数字化设计制造系统建设。系统在 P该 DM支持下具有 3维数字化设计、虚拟装配、产品数据管理、CAE工程分析计算，零件工艺设计、NC编程等功能，具有信息集成和初步的过程集成能力， 具有对并行工程组织实施的支持能力；该系统具有异地协同设计与管理的能力，异地产品数据共享、一

统的设计制造模式，存在以下弊端： ( )采用 2维 C 1 AD软件，整个过程顺序进行，开发周期长。采用 2 C维 AD软件，从方案设计、详细结构设计开始，到工艺分析、计、工装设计、 设组

织生产、配、试，整个过程是一个串行过程，致装调使产品开发周期比较长，失去竞争力。 ( )采用 2维 C 2 AD软件，无法检查零部件间的干涉，返工现象不可避免，导致开发周期长，产品成本高。所有零件加工完毕，待装配时尚发现零件间干涉、孔轴线不重合等现象，则必须重新修改设计图纸，重新加工零件进行再装配，这样势必造成

开发周期长，开发成本过高。 ( )传统设计模式信息交换困难。由于在各个 3阶段采用不同厂家的开发系统，只是使离散各阶段的产品设计过程自动化。多种辅助工具的使用，使

信息共享发生困难，许多是靠人工方式完成。

致性保证；具有通过 S E T P技术进行 C AE工程数

2企业对产品数字化设计制造技术的

据交换、管理和异地分析计算的能力，具有设计制造信息集成和数据转换的能力。

需求世界各国十分重视发展先进制造与自动化技

33重大技术措施 .3数字化设计制造技术主要包括数字化产品维定义技术、拟装配技术、品数据管理技术、虚产 CAE 流程集成技术、装数字化设计技术，件的 CA/工零 D CAP/ AM系统集成技术等。 PC通过这些技术

的突破性进展，改变传统设计制造模式，实现塑窗设备研

术，许多跨国公司应用先进制造与自动化技术实现 了设计、制造、管理和经营的一体化，加强了在国际市场的垄断地位。激烈的市场竞争迫使企业必须采用以 3维数字化技术为核心的全新开发手段，才能迅速缩短与国外先进制造企业在产品开发手段方面的差距。因此国内许多企业拟开始实施 3维 C AX

制方法从 2维到 3维，从串行到并行的跨越。( )产品 3维数字化定义是关键 1锯铣加工中心零件的 3维数字化定义就是用 CAD C/ AM系统进行零件的 3维建模。通过一系列

技术以改造传统的产品开发支持系统，并在一些产

品 (空、汽车 )的开发中率先使用从零部件数字航样机开发的CAX技术，步实现自主开发和与国际逐接轨【。然而，3 C 2】维 AX技术在我国制造业的实施， 也是一个复杂的系统工程，它即涉及产品开发本身的领域知识开发业务流程，又涉及一系列的现代计

招标方式慎重选择优秀的 CA/ M系统软件， D CA该软件应该具备下列功能：可以建立塑窗设备零件的

3维实体模型，并方便地能够在计算机上进行装配来检查零件的干涉和配合不协调情况；可准确进行第2卷 5第1 0期 2 0—1【 1 03 0 6】

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务l重量和应力分析；方便地从实体模型获取它的截面图；便于数控加工的程序设计；产品的 3维分解图

l化 I 5求 CAX系统供应商对企业的产品开发人员进行初级培训，使软硬件设备一到位即能马上投入使用，让投资尽快见效。

也容易建立，用C利 AD数据还可方便地生成技术资料。

将锯铣加工中心的改型开发与 C AX新系统的应用结合起来，如根据用户要求增加 V形锯切功譬

所有零件的 3维设计是惟一的权威性数据库， 可供用户的所有后续环节使用。用户评审的唯一依

能，通过 C AE工程分析改进锯机结构，提高锯机的刚度；改进铣削头结构设计，提高异形孔槽的

铣削加工精度；改进送料机械手的夹持方式，使输送更为可靠等等，以进一步地适应市场对锯、铣工艺的

据是这套数据集，而不再是图纸，每个零件的数据集将包含它的 3模型，可方便地转化出它的 2维也维图形。数控加工时可利用 3维的线框和表面模型数据。

柔性加工需求。通过具体应用提高工程技术人员对 C AX系统的熟练程度和应用水平。并行工作模式在下，构造一个全新的柔性锯铣加工中心 3数字化 维

( )3维实体模型数字化预装配 2利用 C AD/ CAM系统软件进行数字化预装配，

是在计算机上进行零件造型和装配的一个过程，达到零件加工前就能进行装配检查的目的。它的成功

模型，并建立相应的生产、管理等技术文档。 在新系统投入运行一段时间后，再针对使用中出现的共同问题，由 CA供应商提供高级培训，同 X时要求供应商在系统运行的一年内，对用户使用中出现的技术障碍进行现场服务。

依赖于零件设计数据集的彼此共享，它的使用将对配合面和干涉进行全面检查，其精确度可达到前所未有的程度，大大降低由于工程错误和返工等带来的设计更改成本。 数字化预装配还将用来进行结构与系统布局、

4结束语产品数字化开发支持技术是2世纪全球制造业 1新产品开发的重要手段，塑窗设备行业要想参与国际竞争，使本企业在国内处于龙头地位，就必须迅速实现新产品开发手段的现代化，即采用 CAD/

管线安装、导线走向等设计集成，以及论证零件的可安装性和可拆卸性。 其他功能，如 C AE工程分析计算、工艺计划、 工装设计、及用户支持等也可存取相关设计数据，以 及早将反馈信息提供给设计人员。 ( )采用并行设计模式 3并行设计是对产品设计及相关过程进行并行， 是设计相关过程并行、体化、系统化的工作模式。一 这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品的生命周期，包括加工工艺、制造、装配、检验、质

C, AM/ DF等一系列 3

数字化技术开发新产 AE C P维品，以增强企业的产品创新和技术创新能力，短产缩品开发周期，降低成本，增强产品竞争能力。本文以某大型塑窗设备企业的“铣加工中心”开发为锯例，提出了应用 3维数字化设计制造技术的构想以

及重大技术措施。由于企业实施数字化设计制造技术是一个比较复杂的系统工程，及学科领域较多，涉 为实现塑窗设备这一国内新兴行业的跨越式发展， 需要企业、高校及科研院所互相协作，共同研究。

量保证等【。前述技术措施的基础上，现并行工们在实作模式还必须要有一个跨部门的多学科团队协同工作以及适合于企业的 P DM支持环境。

在并行工作模式下进行产品开发，工艺人员可以在 CAX系统上与设计人员并行工作，在一个设计主模型上，用 3数字定义的零件工程数据库，利维 建立图解工艺计划；进行数字化工装设计，工装数字化预装配，解决工装的干涉问题，保证零件与工装的协讽编制零件 NC加工程序，生成和验证 N C走刀路径。通过并行交叉作业，及时发现问题，反馈给设计人员，及时作出评议、决策，以求缩短产品开发周期，降低成本。

参考文献：【】范玉青，建华 .品 3维数字化定义在波音飞机公司的 1周产应用【】航空工艺技术， 9 62:-0 J. 1 9 () 1 . 7【】数字化时代产品开发支持系统建设【】计算机辅助设计 2 J.与制造， 0 28:86 . 2 0 () -4 5【】孙家广 .进制造与自动化技术发展战略的思考【】制造 3先 J.业信息化，刊：-.专 48 【】王慧，向博， .于绿色设计准则的塑料门窗铣削机 4昃等基设计【】济南大学学报， 0 221 2 1 . J. 20 ()6 -6 4【】张德庆 .字化产品设计制造工程【】航空工程与维修， 5数 J.2 0 ( )3 - 5 0 0 6:2 3 .

( )企业产品开发人员培训和产品开发应用 4在前述招标的软硬件设备备货到安装间隙，要[2第 2 61 5卷第 1 0期 20 - 0 0 3; - 1

【】孟

明辰，向利.行设计【 .械工业出版社， 9 9 6韩并 M】机 19 .

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