引言

　　目前，CAD/CAPP集成的主要問(wèn)題是現(xiàn)有CAD系統(tǒng)輸出的零件信息，從幾何角度來(lái)看是一些點(diǎn)、線、面的信息，有的有拓樸關(guān)系，有的甚至沒(méi)有。顯然，這些幾何信息必須重新組織成CAPP系統(tǒng)所需的、具有加工意義的加工特征及加工表面。此外，CAPP系統(tǒng)還需要材料、表面粗糙度、尺寸公差及形位公差等非幾何信息。但目前大多數(shù)CAD系統(tǒng)不能給出這些信息，需要用交互方式補(bǔ)充輸人，工作量大。尤其對(duì)于箱體零件，加工特征很多，零件信息輸人工作量大。

　　本文所介紹的CAPP系統(tǒng)采用Pro/E作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分利用其強(qiáng)大的特征造型能力，采用c語(yǔ)言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)箱體零件的特征自動(dòng)識(shí)別與提取，建立知識(shí)庫(kù)與規(guī)則庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的自動(dòng)生成。

　　1系統(tǒng)的構(gòu)成

　　本文所介紹的CAPP系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)計(jì)遵循以下原則。

　　1)以基于特征設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造零件設(shè)計(jì)模型。采用特征設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取的前提。在特征識(shí)別時(shí)，難免會(huì)遇到對(duì)低層幾何信息的分析與識(shí)別。但只要建立特征為單元的兒何推理機(jī)制，就可防止出現(xiàn)特征識(shí)別的困難-從離散的幾何、拓樸關(guān)系中識(shí)別特征。

　　2) 采用CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)自動(dòng)生成數(shù)控加工程序，人工干預(yù)少，自動(dòng)化程度高。利用Pro/E的特征造型技術(shù)，對(duì)箱體零件采用多方位的特征描述方法，參照 Pro/E軟件定義特征的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義加工特征庫(kù)。通過(guò)訪問(wèn)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)，輔以必要的人機(jī)交互輸人、計(jì)算、提取所需特征的幾何信息和工藝信息，存儲(chǔ)于加工特征庫(kù)中。根據(jù)CAPP系統(tǒng)的規(guī)則庫(kù)，通過(guò)推理機(jī)制確定數(shù)控工藝路線。調(diào)用本系統(tǒng)的數(shù)控程序生成模塊，根據(jù)數(shù)控工藝路線，生成數(shù)控程序文件。

　　1.1本系統(tǒng)主要功能模塊簡(jiǎn)介

　　1) 設(shè)計(jì)特征模型:采用美國(guó)PTC公司開(kāi)發(fā)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件Pro/E，其采用全參數(shù)化，基于特征的設(shè)計(jì)，采用單一的數(shù)據(jù)庫(kù)。在造型上，除了提供常用的特征，如凸塊、孔、槽、倒角、圓角、切塊、筋、基準(zhǔn)等之外，還允許采用用戶(hù)自定義形狀特征和組合復(fù)雜形狀特征，如形面、殼體、三維掃描、過(guò)濾、薄壁和其他組合形狀特征。Pro/E的造型過(guò)程如圖2所示。

　　圖2

　　除強(qiáng)大的特征造型功能外，Pro/E軟件提供了二次開(kāi)發(fā)工具包，允許用戶(hù)利用已有軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，允許用戶(hù)直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。

　　2)特征提取模塊:通過(guò)對(duì)零件特征的分析，提取所需的加工特征。由于木系統(tǒng)主要針對(duì)箱體零件，面向數(shù)控加工，故主要對(duì)面和孔的特征提取算法作一探討，定義特征結(jié)構(gòu)主要考慮后續(xù)工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控編程的需要，盡量減少不必要的參數(shù)，因此特征的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單和實(shí)用。

　　面作為重要的加工特征，在Pro/E造型過(guò)程中為設(shè)計(jì)特征的組成部分。特征由面組成，但并非所有面都需要加工，因此，對(duì)于面特征的提取采用鼠標(biāo)拾取方式。面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中面所在的層是反映在每一方位上，可以有多個(gè)加工面，根據(jù)加工面與坐標(biāo)零點(diǎn)距離的大小，分為若干層，距離最遠(yuǎn)的為第一層，其次為第二層，依次類(lèi)推。圖3中，U、V為用一最小的矩陣包容此加工面，即矩形的最大、最小x,y,z坐標(biāo)值。

　　孔的類(lèi)型很多，有通孔、盲孔、螺紋孔、臺(tái)階孔等，雖然類(lèi)型各不一樣，但都包含圓柱孔的幾何特征，因此，首先，對(duì)普通圓柱孔作一分析，在Pro/E中每生成一特征孔，軟件的特征造型模塊將自動(dòng)為每一孔特征生成一從屬于此孔的軸。即使兩孔完全重合，Pro/E仍將它們定義為不同的孔，這就有幾何尺寸一致，但標(biāo)識(shí)符、指針不同的軸從屬于不同的孔特征。根據(jù)以上分析，定義如圖4所示的普通圓柱孔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。定義圓柱孔的結(jié)構(gòu)之后，任何類(lèi)型的孔都可在其基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展或組合。定義孔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，可根據(jù)不同的面、孔類(lèi)型建立加工特征庫(kù)。在特征識(shí)別時(shí)，可排除不需要的特征，將需要的特征根據(jù)不同的類(lèi)型。便于以后調(diào)用。

　　1.2本系統(tǒng)的特征選擇模塊和程序生成模塊

　　1)加工坐標(biāo)系選擇模塊:自動(dòng)產(chǎn)生一缺省坐標(biāo)系。在特征提取時(shí)，特征的所有幾何尺寸都是以此缺省坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)的，此缺省坐標(biāo)系在加工中與加工坐標(biāo)系可能不一致。因此，需要建立加工坐標(biāo)系。此模塊的作用就是拾取加工坐標(biāo)系，生成變換矩陣。

　　2)加工面選擇模塊:采用人機(jī)交互方式，用標(biāo)拾取加工面，確認(rèn)后從Pro/E的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)中拾取標(biāo)識(shí)符、指針、法向矢量，得其方位號(hào)。根據(jù)層次輸人層號(hào)，拾取形位公差、表面粗糙度。若未提取出，人機(jī)交互輸人，存人加工特征庫(kù)中。

　　3) 數(shù)控工藝路線生成模塊:以創(chuàng)成為主，人工干預(yù)為輔，生成詳細(xì)的工藝路線，如圖5所示。箱體零件的加工面主要是孔和面，加工方法比較單純，加工順序比較穩(wěn)定，確定零件加工過(guò)程所需的決策邏輯不復(fù)雜。本知識(shí)庫(kù)采用產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)表達(dá)有關(guān)工藝設(shè)計(jì)知識(shí)，知識(shí)庫(kù)與任務(wù)緊密相關(guān)，用層次規(guī)劃對(duì)不同的知識(shí)進(jìn)行分層，采用分層的方法來(lái)組織管理和運(yùn)用知識(shí)，形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)庫(kù)。

　　加工方法的確定是通過(guò)知識(shí)庫(kù)分析，整理得到形面類(lèi)型、尺寸、精度等級(jí)及表面粗糙度等相對(duì)應(yīng)的某一固定順序的加工操作序列的加工鏈。加工鏈?zhǔn)羌庸つ潮砻嫠捎眉庸し椒ǖ目偤汀＜庸ゆ溚瑫r(shí)給出了特定形面各種加工方法在工藝路線的先后順序。

　　對(duì)于特定形面在咨詢(xún)?cè)撝R(shí)庫(kù)時(shí)，通常只是一種規(guī)則被合理觸發(fā)，從而找到相匹配的加工鏈。

　　4)數(shù)控程序生成模塊:根據(jù)數(shù)控工藝路線，調(diào)用加工特征的參數(shù)及工藝知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，生成數(shù)控機(jī)床的數(shù)控程序文件，如圖6所示。

　　5)規(guī)則庫(kù):存放領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)規(guī)則形式，且各個(gè)模塊之間相互獨(dú)立。此系統(tǒng)的各個(gè)模塊作為Pro/E的子模塊，與Pro/E軟件集成在一起，以菜單的形式出現(xiàn).

　　2.結(jié)語(yǔ)

　　利用Pro/E的特征造型模塊對(duì)零件特征信息描述詳細(xì)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了一種基于Pro/E面向數(shù)控加工的箱體零件CAPP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)特征到制造特征的自動(dòng)識(shí)別與提取，成功地解決了CAD信息向CAPP系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了CAD與CAPP集成。以基于特征設(shè)計(jì)的CAD軟件作為CAPP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以有效地解決零件信息描述和輸人問(wèn)題。