1 引言

　　工序圖是工藝設(shè)計(jì)結(jié)果的圖形表達(dá)式，也是工藝文件中重要的組成部分[1]。工序圖的信息來(lái)源于零件描述信息和工藝過(guò)程文件[2]。在CAD/CAPP集成系統(tǒng)中，工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)是自動(dòng)進(jìn)行的，工序圖的設(shè)計(jì)也應(yīng)自動(dòng)生成。然而工序圖的自動(dòng)生成與手工繪制是兩種完全不同的概念，主要面臨如下幾個(gè)困難。

　　(1)與工藝設(shè)計(jì)的同步問(wèn)題。在整個(gè)CAPP系統(tǒng)中，工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)變化要實(shí)時(shí)地反映到工序圖上。同時(shí)，工序圖所作的修改也能實(shí)時(shí)地反饋到工藝文件進(jìn)行修改，即實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)或互操作。

　　(2)工序圖的生成是一個(gè)動(dòng)態(tài)非線性過(guò)程[2][3]。工序圖總是隨著加工過(guò)程的進(jìn)行在不斷的變化，無(wú)法用一種固定的算法和方式繪制。

　　(3)工序圖自動(dòng)生成是一個(gè)完全由參數(shù)驅(qū)動(dòng)的繪圖過(guò)程[4]，而參數(shù)化繪圖目前還只能應(yīng)用于一些比較簡(jiǎn)單的零件上(如軸類(lèi)零件)。

　　(4)零件種類(lèi)千差萬(wàn)別，很難用一種固定的方法繪制所有類(lèi)型的全部工序圖。

　　由此可見(jiàn)，在CAD/CAPP集成系統(tǒng)中，CAPP工序圖的自動(dòng)生成一直是一項(xiàng)難度比較大的關(guān)鍵性課題。

　　本文主要闡述了一種比較通用的CAD/CAPP集成系統(tǒng)下的CAPP工序圖自動(dòng)生成系統(tǒng)，并舉出實(shí)例說(shuō)明該方法在Pro/ENGINEER下的可行性。

　　2 CAPP工序圖的生成機(jī)理

　　CAPP工序圖自動(dòng)生成的一個(gè)重要機(jī)理是自后往前的反推法。即：以三維零件模型為基礎(chǔ)，根據(jù)工序在狀態(tài)中已經(jīng)形成的特征，一方面通過(guò)刪除尚未加工的某些零件特征，另一方面根據(jù)工序尺寸修改某些特征的參數(shù)，生成某工序的三維工件模型，再生成二維工序圖。

　　具體過(guò)程如下：從工藝路線的最后一道工序出發(fā)，將該工序所加工的所有特征的工序尺寸及其工藝信息去覆蓋零件信息模型里的相應(yīng)數(shù)據(jù)，覆蓋后就相當(dāng)于刷新一遍。這個(gè)新的信息模型就代表當(dāng)前工序，如此一道工序一道工序地往前推，直到毛坯狀態(tài)。實(shí)際上刷新的過(guò)程就相當(dāng)于把加工過(guò)的材料再次“補(bǔ)”回去。如此得到每道工序的工件信息模型。再根據(jù)每個(gè)工件信息模型，調(diào)用CAD的一些API函數(shù)，就得到該道工序的工序圖，最后得到的是毛坯圖。

　　這種“自后往前”的生成方式帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是：首先，出發(fā)點(diǎn)的狀態(tài)明確，可通過(guò)程序確定加工過(guò)程中的狀態(tài);第二，工序圖的生成過(guò)程是由復(fù)雜到簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的自由度減少，給程序處理帶來(lái)了很大方便。

　　3 工序圖自動(dòng)生成方式及生成流程

　　根據(jù)工序圖自動(dòng)生成機(jī)理，有兩種生成方式：一是基于樣板圖的生成方式，二是基于三維工件模型的生成方式。前者主要應(yīng)用于大規(guī)模、系列化生產(chǎn)，后者對(duì)復(fù)雜形狀的零件比較適用。

　　3.1 基于樣板圖的生成方式

　　該方法的原理：采用基于工藝樣板圖尺寸置換的方法，即預(yù)先建立好樣板圖，然后自動(dòng)調(diào)入樣板圖，將來(lái)自工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中的尺寸信息載入樣板，即得到工序簡(jiǎn)圖。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便。基于樣板圖的自動(dòng)生成流程如圖1所示。

　　圖1 基于樣板圖的自動(dòng)生成流程

　　3.1.1 樣板圖的建立

　　預(yù)先建立各種典型零件的工序樣板圖。樣板圖的建立方式，采用從后往前的反推法，依次建立。對(duì)于那些形狀極為相似的前后工序，可以共同建立一個(gè)樣板，標(biāo)出尺寸代號(hào)，如直徑，可以標(biāo)一個(gè)D。然后，將所有樣板圖都建立圖號(hào)，存入圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　3.1.2 樣板圖的調(diào)用

　　根據(jù)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供的當(dāng)前工序信息，得知其編號(hào)，然后自動(dòng)從圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中復(fù)制該樣板圖。

　　3.1.3 尺寸自動(dòng)替換和驅(qū)動(dòng)

　　根據(jù)預(yù)先建立好的工藝樣板圖中尺寸符號(hào)和加工特征參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系參照表，從工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取尺寸信息，然后自動(dòng)替換樣板中的參數(shù)符號(hào)。

　　3.1.4 編輯修改

　　上面的過(guò)程基本上已經(jīng)生成了工序簡(jiǎn)圖，這一步僅僅是對(duì)它進(jìn)行完善(必要時(shí))。如對(duì)尺寸值、偏差、粗糙度、形位公差以及定位夾緊符號(hào)等進(jìn)行局部的整理和修改，并插入一些特殊的工藝符號(hào)等。

　　3.1.5 工序簡(jiǎn)圖的輸出

　　將生成的工序簡(jiǎn)圖以DXF格式自動(dòng)存入圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　3.2 基于三維工件模型的生成方式

　　該方法的原理：首先，根據(jù)CAD系統(tǒng)中的零件模型(特征模型)信息，并結(jié)合CAPP系統(tǒng)生成的工藝信息，自動(dòng)判斷每道工序該刪除哪些已形成的特征，該修改哪些特征尺寸參數(shù)(按工序尺寸值)，自動(dòng)產(chǎn)生三維工件模型。然后，根據(jù)被加工特征的主要方位，將三維工件模型自動(dòng)投影生成二維工序圖。該方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活方便，可以生成任意復(fù)雜形狀的工序圖，并能充分滿足工藝圖動(dòng)態(tài)變化的要求。基于三維工件模型的自動(dòng)生成流程如圖2所示。

　　圖2 基于三維工件模型的自動(dòng)生成流程

　　基于工件三維模型的自動(dòng)生成與基于樣板圖生成的主要區(qū)別在于：特征與尺寸處理模塊和自動(dòng)投影模塊。特征與尺寸處理的信息來(lái)源于工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中讀入的工藝過(guò)程信息：加工特征集和尺寸屬性集。其中加工特征集由加工特征數(shù)目、加工特征名稱、加工特征ID和加工特征類(lèi)型等屬性組成。尺寸屬性集主要由尺寸的ID、尺寸值、尺寸上下偏差以及其他相關(guān)屬性組成。在零件加工的過(guò)程中，這兩個(gè)特征集會(huì)隨著加工過(guò)程的進(jìn)行而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化，控制這兩個(gè)特征集就可以控制工件模型逐步生成。處理過(guò)程如下。

　　(1)判斷加工特征集，對(duì)于前后兩道工序來(lái)說(shuō)，比如，第Np道和第Np-1道工序，若特征集一樣，則第Np道工序沒(méi)有新增加特征;若特征集不一樣，則表明第Np道工序里的某個(gè)特征是第Np-1道工序里沒(méi)有的，則要在第Np-1道工序里刪除該特征。

　　(2)判斷尺寸屬性集。若特征集一樣，尺寸集也一樣，則程序返回;若尺寸集不一樣(主要是指相同尺寸ID，而值不一樣的情況。因?yàn)榛谕粋€(gè)工件模型，其尺寸ID始終是不變的)，則表明在這兩道工序里，尺寸值發(fā)生了變化，將變化的尺寸替換并驅(qū)動(dòng)模型，于是便得到前一道工序的工件模型。

　　(3)程序的控制是利用工序數(shù)目設(shè)定循環(huán)，在每生成一個(gè)工件模型后，工序數(shù)目就減1，比如工序數(shù)為Np的零件，當(dāng)最后的工序數(shù)由Np遞減到0時(shí)，則一共得到Np個(gè)工件模型。

　　在工件模型生成之后，自動(dòng)投影成視圖模塊所作的工作就是利用CAD的二次開(kāi)發(fā)函數(shù)，將手動(dòng)投影變成一個(gè)自動(dòng)的過(guò)程。

　　3.3 工序圖自動(dòng)生成程序流程圖

　　圖3 工序圖自動(dòng)生成的過(guò)程流程圖

　　4 在汽車(chē)零件CAD/CAPP集成系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　本文所述方法已在筆者院校為長(zhǎng)春一汽底盤(pán)廠所開(kāi)發(fā)的汽車(chē)零件CAD/CAPP集成系統(tǒng)中得以應(yīng)用，使用方便，效果良好。下面就汽車(chē)底盤(pán)中的一個(gè)重要零件——轉(zhuǎn)向節(jié)為例，來(lái)闡述基于Pro/ENGINEER下的CAPP工序圖的自動(dòng)生成過(guò)程。

　　4.1 CAD/CAPP集成系統(tǒng)總體框架

　　CAD/CAPP集成系統(tǒng)總體框架如圖4所示。主要分成三大子系統(tǒng)。

　　圖4 CAD/CAPP集成系統(tǒng)總體框架

　　(1)以SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為平臺(tái)的信息支持系統(tǒng)。存儲(chǔ)與管理與本系統(tǒng)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中生成的各種工藝數(shù)據(jù)、支持工藝設(shè)計(jì)的有關(guān)工藝知識(shí)和工藝資源。上述三大類(lèi)信息分別儲(chǔ)存于產(chǎn)品信息庫(kù)、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝知識(shí)資源庫(kù)中。

　　(2)以JAVA為開(kāi)發(fā)工具自主開(kāi)發(fā)的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該模塊提供了工藝設(shè)計(jì)集成界面，實(shí)現(xiàn)CAPP主要模塊的功能并將各功能模塊集成。該部分提供除工序圖設(shè)計(jì)之外的全部功能。

　　(3)以Pro/ENGINEER為基礎(chǔ)的圖形設(shè)計(jì)系統(tǒng)。一方面用于設(shè)計(jì)人員建立產(chǎn)品模型，產(chǎn)生設(shè)計(jì)圖樣信息。另一方面，通過(guò)Pro/Toolkit二次開(kāi)發(fā)工具，為工藝人員提供產(chǎn)品信息獲取和工序圖設(shè)計(jì)兩大功能。

　　4.2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

　　圖5、6表示從CAD系統(tǒng)到CAPP系統(tǒng)的集成過(guò)程。首先通過(guò)Pro/ENGINEER的二次開(kāi)發(fā)自動(dòng)生成工序圖，然后輸出為DXF格式，該DXF格式的文件能夠被CAPP系統(tǒng)的JAVA程序自動(dòng)調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)了一種異構(gòu)平臺(tái)的圖形數(shù)據(jù)共享。下面是該工序圖生成系統(tǒng)的一些特點(diǎn)。

　　(1)有一定柔性。當(dāng)特征的增刪導(dǎo)致工藝規(guī)程的變化，出現(xiàn)工序數(shù)增減的時(shí)候，工序圖也能夠自動(dòng)地發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整;

　　圖5 Pro/ENGINEER系統(tǒng)的工序圖

　　(2)可單獨(dú)修改某個(gè)工序。如工藝人員發(fā)現(xiàn)某個(gè)工序必須重新生成一遍，而其他工序不變，則可以發(fā)送一個(gè)消息與工序圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)通信，單獨(dú)修改該工序。

　　(3)交互設(shè)計(jì)。在工序圖生成系統(tǒng)中，工藝人員可以單獨(dú)修改某個(gè)尺寸，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，反饋到CAPP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)二者的交互。

　　(4)視圖變換。提供了一個(gè)很方便的視圖變化菜單，可以根據(jù)需要任意繞X，Y，Z三個(gè)方向變化視圖。

　　(5)特殊符號(hào)的添加。提供了一個(gè)特殊符號(hào)庫(kù)，將Pro/ENGINEER中沒(méi)有的，而企業(yè)常用的一些工藝符號(hào)做在符號(hào)庫(kù)中。這些符號(hào)可以隨意移動(dòng)，大小也可以隨意變化。

　　圖6 CAPP系統(tǒng)的工序圖

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本文提出了CAD/CAPP集成系統(tǒng)中CAPP工序圖自動(dòng)生成的一種解決方案，并闡述了其在實(shí)踐中的良好應(yīng)用。