基于特征的回轉(zhuǎn)類零件ＣＡＤ／ＣＡＭ集成應(yīng)用研究

摘 要：本文針對回轉(zhuǎn)體零件的結(jié)構(gòu)及加工特點，主要研究了三方面的內(nèi)容：CAD/CAM集成應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建，回轉(zhuǎn)體加工特征的提取以及基于特征的數(shù)控車工藝規(guī)劃

關(guān)鍵詞：CAD/CAM， 數(shù)控車，特征提取，數(shù)控工藝規(guī)劃

前言

通常所說的CAD/CAM系統(tǒng)集成實際上是指設(shè)計與制造過程中的CAD、CAPP和CAM三個環(huán)節(jié)的軟件集成。在CAD/CAPP/CAM集成過程中，CAPP是連接CAD與CAM的橋梁和紐帶。目前，許多著名的CAD/CAM商品軟件，如Pro/ENGINEER、I-deas、UG、Euclid等在幾何造型、分析計算和數(shù)據(jù)管理等有很強的功能，也具備NC編程的功能，但是在CAPP方面，這些CAD/CAM軟件需要NC編程人員根據(jù)CAD圖形進行繁瑣的人機交互操作，選擇零件的加工方法、加工對象、刀具參數(shù)、切削用量和確定加工順序等，才能形成零件加工的刀位文件，最后轉(zhuǎn)換成NC程序。因此，研究和實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成對于簡化人機交互操作具有十分重要的意義。

1基于特征的CAD/CAM集成系統(tǒng)架構(gòu)及其信息模型

1.1集成系統(tǒng)架構(gòu)

基于特征的CAD/CAM集成系統(tǒng)架構(gòu)包括系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，信息模型，軟件實現(xiàn)等幾個方面。

CAD/CAM集成系統(tǒng)包括兩個方面的集成：功能的集成和信息的集成。功能的集成主要是指將CAD/CAM中涉及功能，如CAD幾何建模，CAPP工藝規(guī)劃以及CAM中的加工軌跡等功能集成在一個應(yīng)用環(huán)境中，信息集成完成了集成系統(tǒng)中信息模型的構(gòu)建，然后通過功能接口把各塊信息結(jié)合為一個整體。

集成環(huán)境中包括CAD圖形操作模塊，特征提取功能模塊，數(shù)控工藝規(guī)劃模塊三個大的功能模塊，完成從零件幾何輪廓構(gòu)建到最終的數(shù)控軌跡生成的CAD.CAM全流程。系統(tǒng)中的圖形功能將基于ACIS平臺實現(xiàn)，主要提供幾何信息管理和圖形顯示。由于圖形技術(shù)和幾何建模方面研究起步較早，在很多的CAD系統(tǒng)中已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，因此，很多后來的中小型的CAD/CAM軟件往往采用這種成熟的CAD系統(tǒng)進行二次開發(fā)，這種情況在國內(nèi)尤為普遍。這種設(shè)計思想可以減少系統(tǒng)的實現(xiàn)難度，加快系統(tǒng)產(chǎn)品化進程，但同時存在著實施成本高，對平臺依賴性過高，擴展、發(fā)展困難，缺乏核心信息模型等缺點，這些缺點限制了這類系統(tǒng)的發(fā)展空間。

系統(tǒng)功能的構(gòu)建要完成對CAD/CAPP/CAM等功能模塊的集成，功能結(jié)構(gòu)基本按照這三部分為基礎(chǔ)構(gòu)建。整個系統(tǒng)構(gòu)建于統(tǒng)一的自主圖形應(yīng)用框架平臺，各模塊采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，使各功能模塊間一方面有較好的獨立性，便于實現(xiàn)和擴展；另一方面也有恰當?shù)鸟詈闲裕垢髂K完成一個統(tǒng)一的應(yīng)用。（功能結(jié)構(gòu)圖如下圖）

1.2系統(tǒng)信息模型

CAD/CAM系統(tǒng)的信息模型包括工件信息模型和知識資源庫信息模型，工件信息模型包括工件及加工環(huán)境總體信息、工藝信息、加工特征信息以及工件幾何信息。它是系統(tǒng)的核心信息模型，是系統(tǒng)的處理對象和主要表達內(nèi)容；知識資源庫信息模型包括資源信息庫和加工知識信息庫，它們的目的都是為了工藝的編制和決策，為系統(tǒng)提供了資源管理和工藝決策支持。

在構(gòu)建了系統(tǒng)的功能模型和信息模型之后就要把模型轉(zhuǎn)化為實際的應(yīng)用系統(tǒng)，也就是要在選定的軟硬件平臺上進行程序設(shè)計、人機交互設(shè)計等。主要開發(fā)工具為VC++6.0，信息的永久存儲和管理采用文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相結(jié)合的方式，數(shù)據(jù)庫平臺使用SQL Server7.0，采用ADO技術(shù)進行數(shù)據(jù)庫操作。且基于ACIS幾何建模庫構(gòu)建自主開發(fā)的圖形應(yīng)用框架，從而得以實現(xiàn)CAD繪圖幾何實體管理、圖形參數(shù)交互功能

2．回轉(zhuǎn)體零件加工特征的提取

2.1特征造型：

特征是在零件的設(shè)計和制造階段可識別的包含完整零件工程信息的結(jié)構(gòu)單元，是一組與零件的描述相關(guān)的信息集合。新一代的產(chǎn)品建模以參數(shù)化造型為基礎(chǔ)。特征分為如下四大類：

1、總體信息：

用于描述一個工件的總的信息，包含特征名、特征代碼、材料毛坯和質(zhì)量。

2、幾何參數(shù)信息：

包括組成實體的各個基本尺寸的幾何參數(shù)信息。

3、技術(shù)參數(shù)信息：

包括與特征相關(guān)的尺寸公差、行位公差和表面粗糙度。

4、特征構(gòu)造信息：

包括構(gòu)成特征實體的拓撲信息、基點位置和方向矢量。

2.2回轉(zhuǎn)體零件加工特征的提取。

基于對回轉(zhuǎn)體零件特征的分析，首先建立其特征信息模型，然后通過識別算法基于工件輪廓進行自動特征識別，最后通過部分交互式調(diào)整，完成外輪廓車削加工特征的提取。

回轉(zhuǎn)體工件特征信息結(jié)構(gòu)如下圖所示：

3．基于特征的數(shù)控工藝規(guī)劃

這部分是屬于CAD/CAM集成中的CAPP及CAPP到CAM部分，是CAD/CAM集成的關(guān)鍵和核心，通過其對應(yīng)模塊將完成特征到數(shù)控加工的映射，達到零件從設(shè)計到制造的一體化。

它包括三個方面的內(nèi)容，基于提取的特征信息自動進行加工工序規(guī)劃；基于知識資源庫的交互式工藝參數(shù)確定，參數(shù)包括：刀具選擇，切削參數(shù)以及其他工藝參數(shù)；基于工藝信息進行走刀路徑規(guī)劃。文中數(shù)控車工藝規(guī)劃立足于對回轉(zhuǎn)體工件提取的特征，按照數(shù)控車中的加工原則和知識進行推理，自動決策加工工序，完成缺省加工信息，然后根據(jù)特征幾何信息和工藝信息進一步自動計算確定加工走刀路徑，完成CAPP到CAM的集成，從而能基于特征高效的進行數(shù)控工藝安排。

工序規(guī)劃的主要任務(wù)有：

1、 確定切削區(qū)域，安排工步；

2、 安排特征加工次序；

3、 確定確省加工參數(shù)。

其工序規(guī)劃方法是基于車削特征和加工規(guī)則的自動工序推理。工序規(guī)劃中處理的加工方法包括外圓車削、端面車削，槽車削等。

結(jié)束語

CAD/CAM集成是現(xiàn)代化企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設(shè)計周期、提高競爭力所必須的設(shè)計和制造模式，CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)也成為企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)所必須解決的問題。國際和國內(nèi)的各種理論和實踐給我們提供了很好的方法和理念，并且不斷完善，拓展了我們更多的發(fā)展空間。

參考文獻：

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（作者單位:江西宜春學院工學院）