面向CAD/CAPP/CAM集成特征造型技術(shù)研究

劉 穎

(中國(guó)民用航空華東地區(qū)空中交通管理局山東分局，山東 濟(jì)南 250107)

面向CAD/CAPP/CAM集成特征造型技術(shù)研究

劉 穎

(中國(guó)民用航空華東地區(qū)空中交通管理局山東分局，山東 濟(jì)南 250107)

對(duì)統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型的特征造型技術(shù)和智能化CAPP的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出采用一定數(shù)據(jù)格式的共用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的方法，解決了CAD/CAPP/CAM集成并行的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上建立了特征庫(kù)并開發(fā)了CAPP實(shí)用型原型系統(tǒng)。

集成化；并行工程；CAD/CAPP/CAM集成；產(chǎn)品定義模型；形狀特征；建模方法

在現(xiàn)代新型CIMS生產(chǎn)模式中，整個(gè)制造過(guò)程實(shí)質(zhì)上是信息采集、傳遞及加工處理的過(guò)程。CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)上述核心內(nèi)容的關(guān)鍵。

現(xiàn)有CAD沿用的幾何模型缺乏CAPP/CAM所需零件特征信息，因此成為CAD/CAPP/CAM集成的主要障礙。為此提出一種基于CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的特征造型方法，將CAD基本幾何數(shù)據(jù)和適合于工藝設(shè)計(jì)的加工特征信息有機(jī)結(jié)合，使CAPP/CAM系統(tǒng)能夠從CAD系統(tǒng)獲取所需信息。

1 統(tǒng)一產(chǎn)品信息

并行設(shè)計(jì)方法可有效將CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)所需信息統(tǒng)一起來(lái)。而產(chǎn)品在生命周期的不同過(guò)程中所涉及數(shù)據(jù)及其要求不盡相同，因此，需要一個(gè)抽象的、中性的、能夠滿足各子系統(tǒng)要求的統(tǒng)一信息表達(dá)交換機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)不同過(guò)程間的信息傳輸與交換。采用集成產(chǎn)品特征造型技術(shù)所形成的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型可以解決這個(gè)問(wèn)題。

一個(gè)理想的特征造型系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：

(1)方便的設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)應(yīng)該是交互式的，具有能描述定義特征類屬的特征庫(kù)；系統(tǒng)能提供幾何和拓?fù)涞膮?shù)化機(jī)理；所定義的約束必須能保證特征的有效性。

(2)為產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)提供集成化產(chǎn)品信息模型。并行設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用確定了產(chǎn)品模型的核心地位，這就要求能對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行不同層次的多級(jí)抽象，建立完備的產(chǎn)品信息模型。

(3)支持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程。特征造型系統(tǒng)除了能支持傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，如參數(shù)設(shè)計(jì)、變量設(shè)計(jì)和基于知識(shí)的設(shè)計(jì)等，還能為CAPP/CAM系統(tǒng)提供可識(shí)別的信息，并能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新方法。

2 集成產(chǎn)品特征造型

CAD/CAPP/CAM集成的關(guān)鍵是特征的定義和表示在設(shè)計(jì)、制造兩方面的統(tǒng)一，特征在產(chǎn)品模型中起到橋梁作用。用多個(gè)相互引用的子模型來(lái)定義整個(gè)產(chǎn)品模型，包括形狀特征、精度特征、材料特征、技術(shù)特征、管理特征子模型，可使特征表述盡量達(dá)到統(tǒng)一。

形狀特征：產(chǎn)品上有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組幾何元素所構(gòu)成的一個(gè)特定形狀。如面、孔、槽、凸臺(tái)等。

精度特征：用于表達(dá)零件的公差及粗糙度的信息集合。精度特征可進(jìn)一步分為幾何公差特征、尺寸公差特征和表面粗糙度特征。

材料特征：用于表達(dá)零件的材料類型、性能及熱處理的信息集合。

技術(shù)特征：與零件的性能、作用等相關(guān)的信息。

管理特征：用于描述零件的管理信息，如零件號(hào)、圖號(hào)、批量、設(shè)計(jì)者、日期等。

為此，采用一種分層特征描述法。零件的分層模型包括三個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。

3 特征造型的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)CAD/CAPP/CAM所需信息參數(shù)建立特征庫(kù)，CAD特征造型以AutoCAD為開發(fā)環(huán)境，利用Autolisp語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)特征造型。該結(jié)構(gòu)包括特征庫(kù)和特征管理器，如圖2所示。

圖1 零件產(chǎn)品信息模型

圖2 CAD特征造型結(jié)構(gòu)圖

在系統(tǒng)中零件的幾何特征是建立在加工特性基礎(chǔ)上，由各種基本形面組成的。這些由一系列加工方法加工而成的形面在系統(tǒng)中稱為基本形面要素。這些基本形面要素不僅表達(dá)了不同的幾何要素(幾何特征)，同時(shí)也反映了不同的加工方法(加工特性)，是加工的基本單元，是形成實(shí)際零件過(guò)程中必不可少的元素。因此在確定基本形面要素時(shí)，并不能把單一的形狀作為基本形面要素。具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：①形狀特征信息(形狀、結(jié)構(gòu)、位置參數(shù))；②尺寸和公差信息；③表面質(zhì)量要求；④特征標(biāo)識(shí)信息。每一個(gè)基本形面要素用一個(gè)特征集來(lái)表達(dá)特征信息的內(nèi)容。特征集結(jié)構(gòu)如下：

[特征名：

類型：(面、孔、槽、軸類特征……)

坐標(biāo)位置：(P(X、Y、Z),方向矢量 n 與 Z 軸夾角Φ、與X軸夾角θ)

幾何參數(shù)：面：長(zhǎng)、寬、高，孔：直徑、長(zhǎng)度，槽：寬、長(zhǎng)、深

工藝參數(shù)：粗糙度、公差、平面度……]

采用參數(shù)化的建庫(kù)方法，即庫(kù)中存放的是附有參數(shù)的用Autolisp編寫的各種特征的程序段和特征參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，這樣在CAD特征造型過(guò)程中，特征數(shù)據(jù)就可以根據(jù)特征參數(shù)的提示填值并輸入特征數(shù)據(jù)庫(kù)，零件輸入時(shí)，用戶可以使用圖表顯示、菜單選擇、人機(jī)交互和文字提示等方式進(jìn)行輸入，輸入完成后，程序自動(dòng)將數(shù)據(jù)存入公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，CAD系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)可共享特征數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP的集成。

所有設(shè)計(jì)信息以一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在CAD/CAPP公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，為有效地獲得數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，可采用以O(shè)bject-ARX為編程工具的ASI接口技術(shù)。

基于CAD/CAPP集成系統(tǒng)的特征造型數(shù)據(jù)庫(kù)能輸出CAD和CAPP所需信息，包括零件的總體信息(形狀、尺寸等)、加工信息(粗糙度、加工精度、形位公差等)。這些信息是無(wú)法從傳統(tǒng)的建模中提取的，因而較好地解決了CAD/CAPP無(wú)法共享的問(wèn)題。

[1] 牛占文，吳會(huì)林，徐燕申，等.面向?qū)ο蟮腃AD/CAPP集成技術(shù)的研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，1995，6(2)：29-31.

[2] 陸春進(jìn)，張友良，王定典.支持并行工程的協(xié)同設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造，1998，(11)：17-18.

[3] 王春河，周 濟(jì)，張新訪，等.基于并行設(shè)計(jì)的特征描述與操作[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，1996，9(8)：368-373.

[4] 葉佩青，王立平，張 輝.CAD/CAM/CNC集成系統(tǒng)的研究[J].工具技術(shù)，2000，34(11)：9-12.

[6] 紀(jì) 云，張河濤，江平宇，等.智能型CAPP系統(tǒng)開發(fā)工具研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1995，(12)：21-28.

Research on CAD/CAPP/CAM oriented integrated feature modeling technology

LIU Ying
(Air Traffic Managemeng Bureau of East China Area,CAAC,Jinan 250107,Shandong China)

The key technology research of the unified product information model of feature modeling technology and intelligent CAPP,proposed the shared database management system using a data format,and solves the key problems of concurrent CAD/CAPP/CAM.On this basis,a feature library is built and a practical prototype system of CAPP is developed.

Integrated design;Concurrent engineering;CAD/CAPP/CAM-integrated;Product definition model

TP391.7

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.026

1672-0121(2017)05-0086-02

2017-06-16；

2017-07-27

劉 穎(1977-)，女，工程師，從事計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用、軟件開發(fā)、維護(hù)等工作