1 引言

　　工序圖是工藝設計結果的圖形表達式，也是工藝文件中重要的組成部分[1]。工序圖的信息來源于零件描述信息和工藝過程文件[2]。在CAD/CAPP集成系統中，工藝過程的設計是自動進行的，工序圖的設計也應自動生成。然而工序圖的自動生成與手工繪制是兩種完全不同的概念，主要面臨如下幾個困難。

　　(1)與工藝設計的同步問題。在整個CAPP系統中，工藝過程的設計變化要實時地反映到工序圖上。同時，工序圖所作的修改也能實時地反饋到工藝文件進行修改，即實現雙向互動或互操作。

　　(2)工序圖的生成是一個動態非線性過程[2][3]。工序圖總是隨著加工過程的進行在不斷的變化，無法用一種固定的算法和方式繪制。

　　(3)工序圖自動生成是一個完全由參數驅動的繪圖過程[4]，而參數化繪圖目前還只能應用于一些比較簡單的零件上(如軸類零件)。

　　(4)零件種類千差萬別，很難用一種固定的方法繪制所有類型的全部工序圖。

　　由此可見，在CAD/CAPP集成系統中，CAPP工序圖的自動生成一直是一項難度比較大的關鍵性課題。

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

　　2 CAPP工序圖的生成機理

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

　　具體過程如下：從工藝路線的最后一道工序出發，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數據，覆蓋后就相當于刷新一遍。這個新的信息模型就代表當前工序，如此一道工序一道工序地往前推，直到毛坯狀態。實際上刷新的過程就相當于把加工過的材料再次“補”回去。如此得到每道工序的工件信息模型。再根據每個工件信息模型，調用CAD的一些API函數，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”的生成方式帶來的優點是：首先，出發點的狀態明確，可通過程序確定加工過程中的狀態;第二，工序圖的生成過程是由復雜到簡單，設計的自由度減少，給程序處理帶來了很大方便。

　　3 工序圖自動生成方式及生成流程

　　根據工序圖自動生成機理，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。前者主要應用于大規模、系列化生產，后者對復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，即預先建立好樣板圖，然后自動調入樣板圖，將來自工藝數據庫中的尺寸信息載入樣板，即得到工序簡圖。該方法的優點是簡單、方便。基于樣板圖的自動生成流程如圖1所示。

　　圖1 基于樣板圖的自動生成流程

　　3.1.1 樣板圖的建立

　　預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。對于那些形狀極為相似的前后工序，可以共同建立一個樣板，標出尺寸代號，如直徑，可以標一個D。然后，將所有樣板圖都建立圖號，存入圖形數據庫中。

　　3.1.2 樣板圖的調用

　　根據工藝設計系統提供的當前工序信息，得知其編號，然后自動從圖形數據庫中復制該樣板圖。

　　3.1.3 尺寸自動替換和驅動

　　根據預先建立好的工藝樣板圖中尺寸符號和加工特征參數的對應關系參照表，從工藝數據庫中讀取尺寸信息，然后自動替換樣板中的參數符號。

　　3.1.4 編輯修改

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

　　3.1.5 工序簡圖的輸出

　　將生成的工序簡圖以DXF格式自動存入圖形數據庫。

　　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CAD系統中的零件模型(特征模型)信息，并結合CAPP系統生成的工藝信息，自動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(按工序尺寸值)，自動產生三維工件模型。然后，根據被加工特征的主要方位，將三維工件模型自動投影生成二維工序圖。該方法的優點是靈活方便，可以生成任意復雜形狀的工序圖，并能充分滿足工藝圖動態變化的要求?；谌S工件模型的自動生成流程如圖2所示。

　　圖2 基于三維工件模型的自動生成流程

　　基于工件三維模型的自動生成與基于樣板圖生成的主要區別在于：特征與尺寸處理模塊和自動投影模塊。特征與尺寸處理的信息來源于工藝數據庫中讀入的工藝過程信息：加工特征集和尺寸屬性集。其中加工特征集由加工特征數目、加工特征名稱、加工特征ID和加工特征類型等屬性組成。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屬性組成。在零件加工的過程中，這兩個特征集會隨著加工過程的進行而產生動態變化，控制這兩個特征集就可以控制工件模型逐步生成。處理過程如下。

　　(1)判斷加工特征集，對于前后兩道工序來說，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道工序里的某個特征是第Np-1道工序里沒有的，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。因為基于同一個工件模型，其尺寸ID始終是不變的)，則表明在這兩道工序里，尺寸值發生了變化，將變化的尺寸替換并驅動模型，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目設定循環，在每生成一個工件模型后，工序數目就減1，比如工序數為Np的零件，當最后的工序數由Np遞減到0時，則一共得到Np個工件模型。

　　在工件模型生成之后，自動投影成視圖模塊所作的工作就是利用CAD的二次開發函數，將手動投影變成一個自動的過程。

　　3.3 工序圖自動生成程序流程圖

　　圖3 工序圖自動生成的過程流程圖

　　4 在汽車零件CAD/CAPP集成系統中的應用

　　本文所述方法已在筆者院校為長春一汽底盤廠所開發的汽車零件CAD/CAPP集成系統中得以應用，使用方便，效果良好。下面就汽車底盤中的一個重要零件——轉向節為例，來闡述基于Pro/ENGINEER下的CAPP工序圖的自動生成過程。

　　4.1 CAD/CAPP集成系統總體框架

　　CAD/CAPP集成系統總體框架如圖4所示。主要分成三大子系統。

　　圖4 CAD/CAPP集成系統總體框架

　　(1)以SQL Server數據庫管理系統為平臺的信息支持系統。存儲與管理與本系統相關的全部數據，包括產品設計信息、工藝設計過程中生成的各種工藝數據、支持工藝設計的有關工藝知識和工藝資源。上述三大類信息分別儲存于產品信息庫、工藝數據庫和工藝知識資源庫中。

　　(2)以JAVA為開發工具自主開發的工藝設計系統。該模塊提供了工藝設計集成界面，實現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計之外的全部功能。

　　(3)以Pro/ENGINEER為基礎的圖形設計系統。一方面用于設計人員建立產品模型，產生設計圖樣信息。另一方面，通過Pro/Toolkit二次開發工具，為工藝人員提供產品信息獲取和工序圖設計兩大功能。

　　4.2 實現過程

　　圖5、6表示從CAD系統到CAPP系統的集成過程。首先通過Pro/ENGINEER的二次開發自動生成工序圖，然后輸出為DXF格式，該DXF格式的文件能夠被CAPP系統的JAVA程序自動調用，從而實現了一種異構平臺的圖形數據共享。下面是該工序圖生成系統的一些特點。

　　(1)有一定柔性。當特征的增刪導致工藝規程的變化，出現工序數增減的時候，工序圖也能夠自動地發生相應的調整;

　　圖5 Pro/ENGINEER系統的工序圖

　　(2)可單獨修改某個工序。如工藝人員發現某個工序必須重新生成一遍，而其他工序不變，則可以發送一個消息與工序圖設計系統通信，單獨修改該工序。

　　(3)交互設計。在工序圖生成系統中，工藝人員可以單獨修改某個尺寸，然后存入數據庫，反饋到CAPP系統，實現二者的交互。

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

　　(5)特殊符號的添加。提供了一個特殊符號庫，將Pro/ENGINEER中沒有的，而企業常用的一些工藝符號做在符號庫中。這些符號可以隨意移動，大小也可以隨意變化。

　　圖6 CAPP系統的工序圖

　　5 結束語

　　本文提出了CAD/CAPP集成系統中CAPP工序圖自動生成的一種解決方案，并闡述了其在實踐中的良好應用。