在傳統(tǒng)的計算機輔助設計模式中,cad系統(tǒng)注重產(chǎn)品的機械性能和幾何造型方法,而對制造公差和各種技術要求等信息只作為標注信息來處理,在進行capp時,往往需要重新進行零件信息(包括幾何特征)的輸入.這樣不僅浪費了大量人力物力進行重復勞動,而且不利于capp向cad系統(tǒng)反饋可制造性評價,達到優(yōu)化產(chǎn)品設計的目的.

    集成化cad/capp系統(tǒng)基于并行工程的設計理念,將零件的設計特征和制造特征封裝在一起.在設計階段基于特征建模,待工藝規(guī)劃時自動繼承cad系統(tǒng)生成的產(chǎn)品設計信息,并與加工方法相對應,生成cam所需的數(shù)控程序和提供mis所需的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù).使零件在整個計算機集成制造中實現(xiàn)信息采集、傳遞和加工過程的暢通無阻[1].

    1　基于特征的建模

    1.1　特征定義分類

    cad和capp作為設計過程的兩個階段,對零件的特征有著不同的含義和表達形式.零件的設計特征主要指形狀特征,制造特征信息包括工藝特征.考慮到系統(tǒng)集成的需要,采用以形面特征為基礎的多層次描述方法.將設計特征和制造特征之間的差異限定在工程語義的范疇內,并用特征分類、特征參數(shù)和特征上有意義的表面要素來表達.根據(jù)這一思想,將特征定義為:一個或多個對設計和制造都有意義的幾何形體,可由某種基本的切削加工所組成.從而達到設計特征和制造特征的統(tǒng)一.

    按照上述定義,可將零件的特征劃分為主特征和輔助特征.主特征主要描述零件內、外表面的基本幾何形狀和形面要素,輔助特征描述零件次要幾何形狀及在功能、結構、工藝特點上存在組合要求的特征,輔助特征依附于主特征.

    1.2　圖形數(shù)據(jù)庫

    對于軸類零件,根據(jù)軸類零件的幾何特點,將其分解成不同的軸段,軸段在劃分的同時要考慮零件的主、輔特征和形面要素.在此基礎上建立圖形數(shù)據(jù)庫.數(shù)據(jù)庫的建立可采用下列兩種方法進行,每種方法對應不同的cad建模方式.

    1)　以參數(shù)繪圖為基礎的圖形數(shù)據(jù)庫　這種圖形數(shù)據(jù)庫的實質是包含軸段參數(shù)化繪圖程序和特征信息字段的特征數(shù)據(jù)庫.數(shù)據(jù)庫中每條紀錄包含軸段幾何特征的工藝特征變量,同時對應相應的參數(shù)繪圖程序.利用autocad2000中的編程環(huán)境au-tolisp、objectarx編寫參數(shù)化繪圖程序并通過ase和asi與外部數(shù)據(jù)庫聯(lián)系在一起.繪圖時,根據(jù)參數(shù)調用繪圖程序的同時從數(shù)據(jù)庫中提取相對應的工藝信息,經(jīng)確認后與圖形幾何尺寸封裝在一起保存到外部文件中.其特點是技術成熟,操作簡便,庫結構緊湊,信息傳遞有序,利于信息反饋.但是添加和修改圖形數(shù)據(jù)庫有一定難度,必須熟悉auto-cad編程.

    2)　以尺寸驅動技術為基礎的圖形數(shù)據(jù)庫　這種形式的數(shù)據(jù)庫不包含繪圖程序,而是將基本圖形連同幾何參變量、特征參變量保存在外部數(shù)據(jù)庫中.繪圖時,利用尺寸驅動程序通過幾何參數(shù)改變圖形形狀,再封裝工藝特征信息輸出到外部文件中.優(yōu)點是便于數(shù)據(jù)庫中增加新的軸段數(shù)據(jù)紀錄、修改容易.但必須使用動態(tài)數(shù)據(jù)庫.

    1.3　特征描述及建模過程

    特征信息包括:1)特征標識信息,即特征名和特征標識號;2)形狀特征信息,內容有特征隱式表示的形狀參數(shù)、結構參數(shù)、位置參數(shù)和特征顯式表示的面集;3)尺寸和公差信息,即定形尺寸、定位尺寸、尺寸公差和形位公差;4)表面質量要求信息.特征的數(shù)據(jù)結構如下:

    序號　主特征代碼

    (<定形尺寸及公差>[表面粗糙度][形狀公差][位置公差][定位尺寸及其他])

    ([{輔特征代碼<定形尺寸及公差>[表面粗糙度][形狀公差][位置公差][定位尺寸及其他]}])

    有了上述方法描述的特征信息,下一步的工作就是建模.在cad中繪制軸類零件工作圖的過程,歸結為基于特征建模的過程,這里介紹分段拼裝建模方式生成零件工作圖.具體步驟是:在定制好的圖形菜單中,按不同的外形特征選出對應的圖標,隨即彈出該圖標下的特征參數(shù)對話框進行人機交互輸入,然后由繪圖模塊(參數(shù)繪圖程序或尺寸驅動程序)繪制圖形且作必要的標注,同時將所有信息添加到外部數(shù)據(jù)文件中,我們稱這一文件為圖形特征文件.這樣,每一張零件工程圖都對應一個具體的特征文件,而圖中的每一個軸段又對應特征文件中的一條記錄.當對軸段進行修改時,文件中相應的記錄也隨之更改.

    2　capp系統(tǒng)對cad系統(tǒng)信息的重組處理

　　軸類零件在cad過程中產(chǎn)生的信息,除了分段的特征信息外,還包括部分整體信息,如技術要求中的熱處理要求、硬度要求等.而capp系統(tǒng)要求對所涉及的全部信息進行完整描述,為此,將cad中產(chǎn)生的信息劃分為三類,用三層結構表達零件信息,即零件層、特征層和幾何層.零件層包含零件名稱、圖號、材料牌號、毛坯類型、熱處理方式和特征表;特征層包含特征名稱、特征代碼、形狀特征參數(shù)、尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度和定位尺寸;幾何層主要指與加工聯(lián)系不緊的底層幾何信息.

    利用capp的知識庫和推理機,自動生成零件的工步/工序,選擇加工設備,安排加工順序,選擇刀具和確定切削用量,最終編制出工藝文件,見下圖.

    3　結語

    cad/capp集成系統(tǒng)的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在:

    1)　在零件設計之初就綜合考慮了零件加工要素,符合并行工程設計的要求.避免了信息重復輸入,提高了零件的設計質量和可加工性.

    2)　在統(tǒng)一了設計特征和制造特征定義后,便于在企業(yè)內部網(wǎng)中進行聯(lián)合設計,提高設計的效率.進一步可利用internet網(wǎng)實現(xiàn)遠程協(xié)同設計.

    3)　為實現(xiàn)cims中cad/cam一體化打下基礎.