基于特征的回轉類零件ＣＡＤ／ＣＡＭ集成應用研究

摘 要：本文針對回轉體零件的結構及加工特點，主要研究了三方面的內容：CAD/CAM集成應用系統的構建，回轉體加工特征的提取以及基于特征的數控車工藝規劃

關鍵詞：CAD/CAM， 數控車，特征提取，數控工藝規劃

前言

通常所說的CAD/CAM系統集成實際上是指設計與制造過程中的CAD、CAPP和CAM三個環節的軟件集成。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、分析計算和數據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、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，最后轉換成NC程序。因此，研究和實現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集成系統架構及其信息模型

1.1集成系統架構

基于特征的CAD/CAM集成系統架構包括系統的功能結構，信息模型，軟件實現等幾個方面。

CAD/CAM集成系統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工藝規劃以及CAM中的加工軌跡等功能集成在一個應用環境中，信息集成完成了集成系統中信息模型的構建，然后通過功能接口把各塊信息結合為一個整體。

集成環境中包括CAD圖形操作模塊，特征提取功能模塊，數控工藝規劃模塊三個大的功能模塊，完成從零件幾何輪廓構建到最終的數控軌跡生成的CAD.CAM全流程。系統中的圖形功能將基于ACIS平臺實現，主要提供幾何信息管理和圖形顯示。由于圖形技術和幾何建模方面研究起步較早，在很多的CAD系統中已經有了成熟的應用，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系統進行二次開發，這種情況在國內尤為普遍。這種設計思想可以減少系統的實現難度，加快系統產品化進程，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的發展空間。

系統功能的構建要完成對CAD/CAPP/CAM等功能模塊的集成，功能結構基本按照這三部分為基礎構建。整個系統構建于統一的自主圖形應用框架平臺，各模塊采用面向對象的設計方法，使各功能模塊間一方面有較好的獨立性，便于實現和擴展；另一方面也有恰當的耦合性，使各模塊完成一個統一的應用。（功能結構圖如下圖）

1.2系統信息模型

CAD/CAM系統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。它是系統的核心信息模型，是系統的處理對象和主要表達內容；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，為系統提供了資源管理和工藝決策支持。

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

2．回轉體零件加工特征的提取

2.1特征造型：

特征是在零件的設計和制造階段可識別的包含完整零件工程信息的結構單元，是一組與零件的描述相關的信息集合。新一代的產品建模以參數化造型為基礎。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、材料毛坯和質量。

2、幾何參數信息：

包括組成實體的各個基本尺寸的幾何參數信息。

3、技術參數信息：

包括與特征相關的尺寸公差、行位公差和表面粗糙度。

4、特征構造信息：

包括構成特征實體的拓撲信息、基點位置和方向矢量。

2.2回轉體零件加工特征的提取。

基于對回轉體零件特征的分析，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整，完成外輪廓車削加工特征的提取。

回轉體工件特征信息結構如下圖所示：

3．基于特征的數控工藝規劃

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

它包括三個方面的內容，基于提取的特征信息自動進行加工工序規劃；基于知識資源庫的交互式工藝參數確定，參數包括：刀具選擇，切削參數以及其他工藝參數；基于工藝信息進行走刀路徑規劃。文中數控車工藝規劃立足于對回轉體工件提取的特征，按照數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控工藝安排。

工序規劃的主要任務有：

1、 確定切削區域，安排工步；

2、 安排特征加工次序；

3、 確定確省加工參數。

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

結束語

CAD/CAM集成是現代化企業提高產品質量、縮短設計周期、提高競爭力所必須的設計和制造模式，CAD/CAM集成的關鍵技術也成為企業實現現代化生產所必須解決的問題。國際和國內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展空間。

參考文獻：

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〔2〕 劉文劍，常偉等.CAD/CAM集成技術. 哈爾濱工業大學出版社，2001

〔3〕 王賢坤.機械CAD/CAM技術、應用與開發. 北京：機械工業出版社

〔4〕 成基華，范玉清等. CAD/CAM開發平臺及其發展趨勢。計算機輔助設計與圖形學學報，2000，12(2)：154-159

（作者單位:江西宜春學院工學院）