1 引言

　　目前三維CAD/CAPP系統(tǒng)在采用直接集成方法時(shí)，大多通過開發(fā)專門的特征識(shí)別模塊，以提取CAD模型中的幾何信息和特征信息，以供CAPP系統(tǒng)使用。這種集成方法對(duì)特征識(shí)別技術(shù)的成熟度和可靠度要求較高，不僅技術(shù)難度大，而且～旦特征識(shí)別的結(jié)果出現(xiàn)偏差，將直接導(dǎo)致CAPP源頭數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。此外。通過特征識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)集成，無法體現(xiàn)出三維CAPP在工藝流程編制、工序簡(jiǎn)圖繪制方面的優(yōu)勢(shì)。以回轉(zhuǎn)體類零件為例，研究特征設(shè)計(jì)方法與三維CADICAPP集成系統(tǒng)，采用直接集成方法，避開了特征識(shí)別模塊的開發(fā)，基于SolidWorks軟件提供的特征設(shè)計(jì)工具和配置管理工具，有效地實(shí)現(xiàn)了CAD/CAPP系統(tǒng)的集成，大大提高了回轉(zhuǎn)體類零件工藝設(shè)計(jì)的效率。

　　2 CAD/CAPP直接集成存在的問題

　　2.1 特征識(shí)別技術(shù)成為集成的關(guān)鍵與瓶頸

　　在CAD/CAPP直接集成方法中，特征識(shí)別技術(shù)成為集成成功與否的關(guān)鍵。特征識(shí)別主要是對(duì)幾何模型進(jìn)行解釋。以鑒別出特定應(yīng)用的特征，它是將幾何模型與一些預(yù)先定義好的“樣板特征”進(jìn)行比較，從而確定相匹配的特征實(shí)體。然而，特征識(shí)別方法本身也存在一些缺陷。如對(duì)于曲面特征和相交特征，識(shí)別難度大、容易出錯(cuò);對(duì)于復(fù)雜零件的特征識(shí)別，計(jì)算量大，識(shí)別效率不理想;對(duì)于復(fù)雜特征的識(shí)別，容易產(chǎn)生多重解釋，需要人為判斷與修正?；谶@些原因，致使特征識(shí)別技術(shù)成為CAD/CAPP直接集成方法的瓶頸。

　　2.2 特征模型包含的數(shù)據(jù)無法滿足工藝要求

　　通過特征識(shí)別技術(shù)得到的特征模型，一般只含有零件的幾何信息，沒有包含零件的工藝信息，如尺寸公差、材質(zhì)、表面粗糙度、加工精度等級(jí)等?，F(xiàn)在人們已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到這種狀況不合理，應(yīng)該改變。雖然特征識(shí)別技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)能夠從CAD模型中提取出部分工藝信息，但仍然無法滿足CAPP系統(tǒng)的要求。例如特征模型經(jīng)過特征識(shí)別后得到的信息只能輔助CAPP系統(tǒng)中工藝裝備的設(shè)計(jì)?；谔卣餍畔⑦M(jìn)行工藝決策自動(dòng)生成工藝流程，雖然具有一定的工藝智能性，但技術(shù)難度大，工藝流程的合理性欠佳，目前也尚無成熟的系統(tǒng)出現(xiàn)。另外，對(duì)特征模型進(jìn)行特征識(shí)別，無法模擬CAPP系統(tǒng)中零件從毛坯到成品的變化過程。

　　2.3 工序模型和工序簡(jiǎn)圖的繪制工作量大，效率低

　　工序簡(jiǎn)圖是機(jī)械加工的圖形表達(dá)形式，它和工藝設(shè)計(jì)卡片一起作為車間生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件。用手工方法繪制工序簡(jiǎn)圖效率低、工作量大、標(biāo)準(zhǔn)化程度差，而且不能與工序模型動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，一旦三維工序模型發(fā)生更改，工序簡(jiǎn)圖需要重新繪制。在三維CAPP系統(tǒng)中，只有工序簡(jiǎn)圖自動(dòng)從工序模型派生，才能從根本上減少繪制和修改簡(jiǎn)圖的工作量，那么工序模型的設(shè)計(jì)自然而然成為了提高工序簡(jiǎn)圖繪制效率的關(guān)鍵。特征識(shí)別無法模擬零件的工藝成型過程，因而不能有效提高工序模型的設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而對(duì)整個(gè)CAPP系統(tǒng)的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響。

　　3 面向工藝的特征設(shè)計(jì)技術(shù)

　　3.1 特征的分類與定義

　　基于特征設(shè)計(jì)的CAD造型方法，是由設(shè)計(jì)人員按照特征建立產(chǎn)品模型，在設(shè)計(jì)、制造、分析等各個(gè)階段都采用特征進(jìn)行信息的存儲(chǔ)和處理。在零件設(shè)計(jì)時(shí)，采用形狀特征來構(gòu)成零件的結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)體類零件的形狀特征可以分為主要特征、輔助特征和基準(zhǔn)特征，結(jié)合回轉(zhuǎn)體零件的加工方法，主要特征和輔助特征又分為外特征和內(nèi)特征。主要特征是構(gòu)成零件基體的主要元素;輔助特征依附于主特征，對(duì)主特征的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述;基準(zhǔn)特征是特征之間進(jìn)行定位和參考的依據(jù)，包括基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)坐標(biāo)系等。在進(jìn)行特征拼合時(shí)，特征之間的位置和尺寸約束直接決定了特征建模的成功與否。為此，在定義特征時(shí)，為每—個(gè)特征都添加了參考引用和尺寸。參考引用是將特征添加到特征模型中時(shí)與其他特征進(jìn)行拼合的依據(jù)，所有的特征都至少包含一個(gè)方位基準(zhǔn)面參考。尺寸是對(duì)特征進(jìn)行幾何修改的依據(jù)。特征定義的關(guān)系圖，如圖l所示。

　　圖1 特征定義關(guān)系圖

　　3.2 面向工藝過程的特征設(shè)計(jì)方法

　　面向工藝過程的特征設(shè)計(jì)方法，通過特征建模的形式來模擬零件從毛坯到成品的變化過程。這種設(shè)計(jì)方法要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員熟悉產(chǎn)品的制造工藝。在進(jìn)行特征建模之前，首先根據(jù)產(chǎn)品的工藝過程將零件進(jìn)行分解，獲得每道工序所對(duì)應(yīng)的工序模型;然后根據(jù)工序模型所包含的特征，從已經(jīng)建立好的特征庫(kù)中尋找相應(yīng)的特征本體;再將特征在設(shè)計(jì)窗口中實(shí)例化后，通過特征拼合的方式進(jìn)行特征建模，最終得到完整的產(chǎn)品模型?；剞D(zhuǎn)體零件的特征建模過程，如圖2所示。

　　圖2 面向工藝過程的特征建模

　　3.3 特征模型與CAPP中工序模型的關(guān)聯(lián)

　　在三維CAPP系統(tǒng)中，工序簡(jiǎn)圖是從工序模氆派生的。如何準(zhǔn)確快速地設(shè)計(jì)每道工序?qū)?yīng)的工序模型，成為提高工藝設(shè)計(jì)效率的主要因素之一。在CAD/CAPP集成系統(tǒng)中，如何將特征模型與CAPP中的工序模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，自然成為了研究的熱點(diǎn)。系統(tǒng)利用面向工藝過程的特征設(shè)計(jì)方法，結(jié)合SolidWorks平臺(tái)提供的配置功能，有效地實(shí)現(xiàn)了特征模型與工序模型的關(guān)聯(lián)，極大地提高了CAPP系統(tǒng)中工序簡(jiǎn)圖的繪制效率。在工藝設(shè)計(jì)過程中，每道工序?qū)?yīng)—個(gè)工序模型，同時(shí)該工序模型對(duì)應(yīng)產(chǎn)品特征模型的一種配置。配置是在產(chǎn)品特征模型的基礎(chǔ)上，完全通過特征的壓縮與釋放得到的。特征模型與工序模型之間的映射關(guān)系，如圖3所示。

　　圖3 特征模型與工序模型的映射關(guān)聯(lián)

　　利用提出的面向工藝過程的特征設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品的特征建模，可以非常輕松地獲得特征模型的不同配置，從而得到每道工序的工序模型。同時(shí)，在工藝設(shè)計(jì)過程中，工藝尺寸的修改可以直接驅(qū)動(dòng)工序模型的尺寸，工序簡(jiǎn)圖則會(huì)自動(dòng)刷新。另外，與該工藝尺寸相關(guān)的其他工序中的工藝尺寸和工序模型也會(huì)相應(yīng)自動(dòng)刷新，有效地實(shí)現(xiàn)了工序模型與工序簡(jiǎn)圖之間的橫向、縱向關(guān)聯(lián)，極大地提高了工藝設(shè)計(jì)的效率。

　　3.4 特征信息與工藝信息的關(guān)聯(lián)

　　特征信息與工藝信息的相互關(guān)聯(lián)，如圖4所示。

　　圖4 特征信息與工藝信息的關(guān)聯(lián)

　　4 應(yīng)用實(shí)例

　　以工程油缸中的導(dǎo)向套零件為例，在SolidWorks平臺(tái)上進(jìn)行特征建模時(shí)，首先應(yīng)建立好完備的產(chǎn)品特征庫(kù)。導(dǎo)向套零件包含圓柱基體特征，端面臺(tái)階特征，內(nèi)部槽特征，孔特征，圓角特征，倒角特征等。在特征定義時(shí)，為每個(gè)特征指定參考和尺寸(圖略)。對(duì)端面臺(tái)階特征的定義及其與圓柱基體特征的拼合。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征和工藝過程，將導(dǎo)向套分解為下料、車左端外圓及端面、車右端外圓及端面、車端面溝槽等設(shè)計(jì)特征;再利用SolidWorks軟件提供的庫(kù)特征功能，按照面向工藝過程的特征設(shè)計(jì)方法進(jìn)行特征建模;最后得到產(chǎn)品的特征模型。

　　在進(jìn)行工藝設(shè)汁時(shí)，首先從特征屬性中提取工藝流程信息;然后通過特征的壓縮與釋方如進(jìn)行工序模型的側(cè)十。每道工序?qū)?yīng)特征模型的一種配置，導(dǎo)向套零件的配置信息(圖略)。每道工序的工序簡(jiǎn)圖由工序模型自動(dòng)派生，工序尺寸可以從工序模型屬性中提取.也可以通過人機(jī)交互的方式從模型結(jié)構(gòu)上拾取。最后將工藝裝備等相關(guān)的工藝信息全部存棍倒工藝數(shù)據(jù)庫(kù)及工序模型的配置屬性中，以供二雛工藝卡片設(shè)計(jì)時(shí)直接直接調(diào)用，最終生成的工藝卡片信息。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　研究了面向工藝過程的特征設(shè)計(jì)方法與CAD/CAPP集成技術(shù)方案;分析了需要解決的若干關(guān)鍵技術(shù)，并以SolidWorks為平臺(tái)，通過詳細(xì)的實(shí)例，闡述了特征設(shè)計(jì)方法在特征建模過程中的應(yīng)用以及集成過程中信息的關(guān)聯(lián)，對(duì)CAD/CAPP系統(tǒng)集成技術(shù)的研究具有一定的參考意義。在后續(xù)的研究工作中，建立設(shè)計(jì)特征與加工特征之間的映射關(guān)系，同時(shí)將工藝決策的信息融入到集成過程中，可以有效地實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP集成系統(tǒng)的智能化。