基于數控車削的CAD/CAM集成系統研究

摘要本文構建并實現一個面向數控車的CAD/CAM集成應用系統，介紹了系統的功能結構，信息模型，軟件實現等幾個方面。通過該系統基本實現了CAD/CAM集成過程中的信息集成和功能集成，同時提供了完備的應用軟件系統的應有功能。

關鍵詞數控車CAD/CAM系統研究

中圖分類號:TP31文獻標識碼:A

1 引言

CAD/CAM集成應用系統是CAD、CAPP和CAM等技術發展到一定程度的必然產物，是在新的生產組織和概念指導下的一種新型的生產模式，它通過計算機輔助下的產品設計、工藝規劃以及數控加工等功能的集成，極大地提高企業的生產效率和行業競爭能力，對新型產業的發展，勞動生產率的提高，國內外競爭能力都會起到巨大的推動作用。

隨著市場競爭日益激烈，以及現代化生產設備的投入，單一功能的CAD/CAM系統的應用，已經不能滿足生產的需要。于此同時，數控加工設備的數量日益增多，而大多數加工廠卻采用手工方式進行數控編程，導致零件加工時間和它的數控工藝以及代碼編寫時間比率達到1:30。只有把CAD和CAM互相結合成一個集成系統，實現CAD和CAM之間的信息共享，才能減少費用，提高效率，實現以較少的投入獲得更大的效益。因此，CAD/CAM集成技術研究有著重大的應用價值，CAD/CAM集成系統也有著廣闊的應用市場。

2 系統功能結構

本文設計的系統主要用于集成CAD/CAPP/CAM等功能模塊。系統功能結構圖如圖1所示。

從圖1可知，系統功能包含四個貫穿于CAD/CAM集成過程的四個部分，分別是:

(1)CAD圖形功能。此部分提供圖形編輯和顯示功能，即負責管理工件的幾何信息。工件的幾何信息是特征提取的前提，同時也是INC走刀的規劃、坐標參數的基礎。而工件幾何圖形修改的反饋和加工路徑的仿真則依賴于圖形顯示功能。

(2)CAD/CAPP接口功能(特征提取)。CAD和CAPP間的集成是CAD/CAM集成的第一步，也是關鍵的一步。基于工件幾何信息的特征提取無疑是當前CAD/CAPP集成的最有效的方法。工件特征的提取方法有多種，本文采用自動識別和少量交互調整的方法進行回轉體的車加工特征的提取。因此系統中的特征提取功能包括兩個部分，自動的車加工特征識別方法和特征調整功能模塊。前者根據回轉體工件的特點從工件幾何輪廓進行自動的特征識別;后者則在識別的基礎上進行調整，為工藝規劃進一步提供信息。

(3)工藝規劃功能。CAPP是CAD/CAM集成的橋梁，通過其工藝決策把一個零件毛坯轉化為最終產品。在本系統中CAPP功能部分包括基于特征的工序規劃和工藝編輯與調整兩個主要子模塊。基于特征的工序規劃部分根據CAD/CAPP接口部分的特征提取結果采用一種基于知識的推理方法構造加工工序，構造過程中對粗加工和精加工采用不同的算法進行。經過自動的工序推理后，缺省的走刀方法即確定，對于最終的工藝則需要進一步的工藝參數的編輯和調整。工藝編輯過程中，首先需要項目總體加工參數，在這里確定了加工機床屬性參數和毛坯及其材料參數;然后更據當前工件特征集和項目總體參數相干信息、從刀具庫中進行選刀;最后針對每步工序，確定其加工參數，或者對工序本身內容進行一調整。

(4)CAPP/CAM接口(INC代碼映射)。CAD/CAM集成的最后一步就是CAPP加C的集成，本系統中通過工藝信息可以產生數控加工軌跡，這一部分功能在工藝規劃模塊中直接實現。

3 系統信息模型

本文設計的系統信息模型主要分為兩個部分:工件信息模型和知識資源庫信息模型。前者是系統的處理對象和表達內容，是系統的核心信息模型，后者為系統提供了資源管理和工藝決策支持，同時該部分也可以作為系統和整個企業信息系統中的信息共享橋梁。

3.1工件信息模型

工件信息模型在本文中包括以下內容的定義:工件及加工環境總體信息、工藝信息、加工特征信息以及工件幾何信息。它們被分為零件層、特征層和幾何層三個層次。工件總體信息和工藝信息相對獨立，同時和整體零件及加工相關，故歸為零件層;本文的CAD/CAM集成工作是基于特征進行的，特征層就是進行特征信息管理，它是幾何層和零件層溝通的橋梁;幾何層管理了工件幾何信息和CAD圖形信息。(下轉第187頁)(上接第184頁)

工件及其加工環境總體信息包括兩個部分:機床屬性的描述和工件材料及毛坯的描述，這些信啟、項是系統實現數控車CAD/CAM集成的基礎全局信息定義，稱之為項目信息定義，它的實例在系統中唯一存在，為后續的工藝決策提供基礎信息。

3.2知識資源庫信息模型

知識資源庫包括兩個部分:資源信息庫和加工知識信息庫，它們的主要目的都是為了工藝的編制和決策。根據課題實際的需求。資源庫主要包括機床庫、材料庫和刀具庫，加工知識庫主要包括特征表、加工類型表、刀具材料類型表和材料切削知識庫以及一個加工數據倉庫。

知識庫的重要功能是輔助工藝編制甚至自動決策工藝參數。本系統中的知識庫圍繞數控車加工工藝特點進行構建，主要為加工過程中的加工參數確定提供參考。知識庫的輔助功能通過各條知識的屬性關聯實現，同時與資源庫相聯系，這種結構參考了目前比較流行CAD/CAM商業軟件的相關知識數據庫的組織方式，目前知識庫中最主要實現的部分是材料切削知識庫，通過其數據表結構，可以進行數控車中的切削參數(切深、進給速度、切削速度)的輔助決策。除材料切削知識庫外，知識庫中還存在一個加工數據倉庫，可以的進行每次成型工藝實例的存儲，每條實例知識后面加上了時間和頻度兩種屬性，這樣可以根據實例的優先級為以后的工藝參數決策提供依據。這種方式最適合工廠實際，但因為具體條件現實，對應功能尚未完全實現。

4 系統功能實現

系統功能的實現即是系統功能模型和信息模型在計算機上的實現，把模型轉化為實際的應用系統，其主要工作就在選定軟硬件平臺上進行程序設計、人機交互設計等。作為一個應用軟件，系統的功能實現是軟件成敗的一個至關重要的環節。

本系統面向WindowsNT/2K平臺應用，主要開發工具為VC++6.0，信息的永久存儲和管理采用了文件系統和數據庫管理信息系統相結合的方式，數據庫平臺使用SQLServer7.O，采用ADO技術進行數據庫操作。同時本系統沒有在其他CAD平臺上進行二次開發，而是基于ACIS幾何建模庫構建了自主開發的圖形應用框架，在此基礎上實現了CAD繪圖以及幾何實體管理、圖形參數交互功能。系統的運行環境結構如圖2 所示: