劉 穎

(中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局山東分局，山東 濟南 250107)

面向CAD/CAPP/CAM集成特征造型技術研究

劉 穎

(中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局山東分局，山東 濟南 250107)

對統(tǒng)一產品信息模型的特征造型技術和智能化CAPP的關鍵技術進行研究，提出采用一定數據格式的共用數據庫管理系統(tǒng)的方法，解決了CAD/CAPP/CAM集成并行的關鍵技術問題。在此基礎上建立了特征庫并開發(fā)了CAPP實用型原型系統(tǒng)。

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

在現代新型CIMS生產模式中，整個制造過程實質上是信息采集、傳遞及加工處理的過程。CAD/CAPP/CAM集成技術是實現上述核心內容的關鍵。

現有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基本幾何數據和適合于工藝設計的加工特征信息有機結合，使CAPP/CAM系統(tǒng)能夠從CAD系統(tǒng)獲取所需信息。

1 統(tǒng)一產品信息

并行設計方法可有效將CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)所需信息統(tǒng)一起來。而產品在生命周期的不同過程中所涉及數據及其要求不盡相同，因此，需要一個抽象的、中性的、能夠滿足各子系統(tǒng)要求的統(tǒng)一信息表達交換機制來實現不同過程間的信息傳輸與交換。采用集成產品特征造型技術所形成的全局產品數據模型可以解決這個問題。

一個理想的特征造型系統(tǒng)應具有如下功能：

(1)方便的設計過程。系統(tǒng)應該是交互式的，具有能描述定義特征類屬的特征庫；系統(tǒng)能提供幾何和拓撲的參數化機理；所定義的約束必須能保證特征的有效性。

(2)為產品并行設計提供集成化產品信息模型。并行設計的理論和應用確定了產品模型的核心地位，這就要求能對產品模型進行不同層次的多級抽象，建立完備的產品信息模型。

(3)支持產品的設計、制造過程。特征造型系統(tǒng)除了能支持傳統(tǒng)的設計過程，如參數設計、變量設計和基于知識的設計等，還能為CAPP/CAM系統(tǒng)提供可識別的信息，并能實現產品設計的新方法。

2 集成產品特征造型

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

形狀特征：產品上有一定拓撲關系的一組幾何元素所構成的一個特定形狀。如面、孔、槽、凸臺等。

精度特征：用于表達零件的公差及粗糙度的信息集合。精度特征可進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：用于表達零件的材料類型、性能及熱處理的信息集合。

技術特征：與零件的性能、作用等相關的信息。

管理特征：用于描述零件的管理信息，如零件號、圖號、批量、設計者、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環(huán)節(jié)，如圖1所示。

3 特征造型的結構與實現

根據CAD/CAPP/CAM所需信息參數建立特征庫，CAD特征造型以AutoCAD為開發(fā)環(huán)境，利用Autolisp語言進行二次開發(fā)，實現特征造型。該結構包括特征庫和特征管理器，如圖2所示。

圖1 零件產品信息模型

圖2 CAD特征造型結構圖

在系統(tǒng)中零件的幾何特征是建立在加工特性基礎上，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了不同的幾何要素(幾何特征)，同時也反映了不同的加工方法(加工特性)，是加工的基本單元，是形成實際零件過程中必不可少的元素。因此在確定基本形面要素時，并不能把單一的形狀作為基本形面要素。具體的數據結構如下：①形狀特征信息(形狀、結構、位置參數)；②尺寸和公差信息；③表面質量要求；④特征標識信息。每一個基本形面要素用一個特征集來表達特征信息的內容。特征集結構如下：

[特征名：

類型：(面、孔、槽、軸類特征……)

坐標位置：(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：面：長、寬、高，孔：直徑、長度，槽：寬、長、深

工藝參數：粗糙度、公差、平面度……]

采用參數化的建庫方法，即庫中存放的是附有參數的用Autolisp編寫的各種特征的程序段和特征參數的標準數據，這樣在CAD特征造型過程中，特征數據就可以根據特征參數的提示填值并輸入特征數據庫，零件輸入時，用戶可以使用圖表顯示、菜單選擇、人機交互和文字提示等方式進行輸入，輸入完成后，程序自動將數據存入公共數據庫中，CAD系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)可共享特征數據庫，從而實現CAD/CAPP的集成。

所有設計信息以一定數據結構存在CAD/CAPP公共數據庫中，為有效地獲得數據庫中的信息，可采用以Object-ARX為編程工具的ASI接口技術。

基于CAD/CAPP集成系統(tǒng)的特征造型數據庫能輸出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)。這些信息是無法從傳統(tǒng)的建模中提取的，因而較好地解決了CAD/CAPP無法共享的問題。

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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，從事計算機技術應用、軟件開發(fā)、維護等工作