黃文華，王文波，王美英

（江西電力職業(yè)技術學院 機電系，南昌 330032）

0 引言

齒輪類零件作為機械傳動的一大類重要零件，其設計與制造水平直接影響到機械產品的性能和質量，齒輪的設計制造水平也是一個國家機械工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。企業(yè)在面臨激烈競爭的情況下，如何快速生產出滿足市場要求的零部件是齒輪生產廠家競爭獲勝的關鍵，而一個有效的計算機輔助設計系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標的關鍵所在。

PDM系統(tǒng)作為企業(yè)產品開發(fā)信息集成的平臺，通過集成來自不同應用系統(tǒng)的信息，達到對產品開發(fā)過程中各種軟件所產生的數據和文檔進行有效管理，實現(xiàn)應用軟件之間的信息共享。Solidworks作為三維CAD軟件，具有零件的三維造型、三維部件的組裝以及將三維實體模型自動轉換成二維工程圖等功能，在企業(yè)產品設計中應用比較廣泛。為了能夠把設計資料提供給PDM集中管理，需要針對企業(yè)中的Solidworks用戶，實現(xiàn)Solidworks與PDM的集成，使用戶的設計信息能及時、統(tǒng)一地與PDM端發(fā)生聯(lián)系。

1 齒輪類零件的特征造型

1.1 齒輪類零件的特征模型及其建立

解決CAD 與PDM之間的信息集成的難點在于如何準確、有效地從 CAD系統(tǒng)中獲取后續(xù)加工、裝配所需要的各種產品信息。產品信息是用于描述或表示與產品有關的屬性對象（如物料編號、產品名稱、型號、產品結構等）符號的集合，在整個面向產品的制造過程中，產品數據模型占據著基礎的地位。在集成化條件下，應該使產品數據模型在CAD和PDM系統(tǒng)中的數據有唯一和相同的解釋，數據模型全局一致，這樣在數據交換過程中可以避免各自解釋數據，消除誤解和分歧，避免數據的冗余和不一致，為動態(tài)數據的管理成為可能。產品數據模型包括面向結構的產品數據模型、面向幾何的產品數據模型、面向特征的產品數據模型和基于知識的產品數據模型。面向特征的產品數據模型使幾何設計數據與制造數據相關聯(lián)，并且允許用一個數據結構同時滿足設計和制造的需要，從而可以方便地實現(xiàn)數據在CAD 與PDM之間的傳遞。

齒輪類零件特征分為形狀特征，精度特征，裝配特征和總體特征。齒輪類零件形狀特征是齒輪零件上一系列幾何元素按照一定的拓撲關系形成的具有特定幾何形狀、特定功能的基本形體單元。根據構造零件幾何形狀、滿足零件功能要求所起的作用不同，可將齒輪類零件形狀特征分為主要特征，次要特征和輔助特征。齒輪類零件的主要特征是指用于描述零件的基本幾何形體，并相應對零件的工藝路線起主要作用的特征。它是一個獨立的幾何形狀描述，由幾何要素按一定的拓撲信息構成，如圓柱體，圓錐體等簡單的幾何形體。齒輪類零件次要特征是指在位置上從屬于某一主要特征，并具有特殊加工要求的形狀特征，如齒輪上的鍵槽。齒輪類零件輔助特征是指對其所從屬的主要特征、次要特征進行局部修飾和說明，起輔助作用的特征，如輪齒特征中的齒廓曲線和齒形就是附加的輔助特征。齒輪類零件精度特征是用于描述齒輪的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的信息集合。精度特征是工藝信息的主要內容，它的描述要與主要特征，次要特征和輔助特征的相關幾何要素聯(lián)系起來，不能離開幾何要素而獨立存在。齒輪類零件總體特征是對齒輪零件整體特點進行描述的一組信息，包括零件號、零件名稱、毛坯型式、總體尺寸、材料熱處理等信息，其中零件號是零件信息和工藝信息管理的關鍵；毛坯型式、總體尺寸、材料熱處理等對工藝路線都有不同程度的影響。齒輪類零件特征的分類如圖1所示。

1.2 構造齒輪零件參數化的特征庫

目前的 CAD 軟件，特征模型的建立是在三維造型基礎上實現(xiàn)的。其特征造型的出發(fā)點是幾何模型，特征本身不攜帶加工工藝信息（如尺寸精度、形位精度、表面粗糙度等）。這給零件的后道工序提供的信息量很有限，不利于并行環(huán)境下的產品設計。本文中的齒輪 CAD 系統(tǒng)，使用參數化與特征映射相結合的集成方法來實現(xiàn)CAD與PDM的系統(tǒng)集成。通過構造用戶自定義特征，用戶可以根據自己的需要將某些模型特征和工藝信息集成到參數化零件中，從而構造出一個用戶自定義特征，再將構造的特征按類別存放在圖庫中，就構成了一個特征庫。

根據對齒輪類零件的分析可知，對于同一類齒輪來說，只是個別參數的調整和特征變換。把齒輪依據一定的原則分解為若干個圖形單元，并將與此圖形單元有關的設計知識附加在圖形單元上，形成一種以圖形單元為載體并附加了特征參數的CAD信息模型。參數化特征庫構造完成后，就可以以此為基礎進行特征參數化的設計。特征參數化設計使設計者所使用的對象不再是簡單的幾何圖素，而是具有功能要素和攜帶工藝信息的特征。齒輪類零件的參數化特征建模流程如圖2所示。

2 關鍵技術及其實現(xiàn)

2.1 PDM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的集成

PDM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的集成模式包括基于STEP標準的信息集成、基于中間件技術的信息集成和基于集成數據模型的信息集成。基于集成數據模型的信息集成是把一個系統(tǒng)需要共享的數據模型通過應用系統(tǒng)提供的API函數和開發(fā)工具接口提取出來，提供給另一個系統(tǒng)。集成數據模型是CAD和 PDM系統(tǒng)中數據組織的邏輯結構表示，它是經過對企業(yè)信息進行合理組織后抽象出來的。通過該模型，可訪問到CAD 和PDM系統(tǒng)中的所需要信息。使用集成數據模型的信息集成方法如圖3所示。

2.2 Teamcenter二次開發(fā)

本文中PDM選用Siemens公司的Teamcenter平臺，CAD選用三維造型軟件Solidworks。Teamcenter的二次開發(fā)是指利用Teamcenter本身提供的集成開發(fā)工具包ITK和C語言訪問Teamcenter系統(tǒng)的界面、內部對象及其結構關系進行客戶化。根據前述對產品特性的定制內容，需要編寫定義、繼承或重載各種類、屬性、消息、流程、權限的描述圖表及說明文本等。由于篇幅所限，這里只能列舉齒輪類零件的基本屬性信息，圖4描述了齒輪類零件的基本屬性定義。

生成定制的齒輪類零件屬性表部分代碼如下所示。

基于特征生成的齒輪模型和自定義齒輪類零件屬性表分別如圖5和圖6所示。

3 結論

本文在Solidworks軟件平臺上開發(fā)并實現(xiàn)了通過更改齒輪的設計參數生成基于特征的齒輪模型的齒輪 CAD 系統(tǒng)；實現(xiàn)齒輪零件CAD系統(tǒng)與Teamcenter系統(tǒng)的集成：使用Solidworks軟件與Teamcenter系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具，實現(xiàn)齒輪CAD系統(tǒng)與Teamcenter間的數據交換與共享。齒輪的加工工藝規(guī)劃過程中所需的基本加工參數儲存在企業(yè)PDM產品數據庫中，并且PDM產品數據庫中的齒輪參數與CAD系統(tǒng)中的相應參數始終保持一致，為齒輪的加工工藝規(guī)劃過程自動化和CAPP與PDM的集成打下良好的基礎。

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