面向CAD/CAPP/CAM集成特征造型技术研究

刘 颖

(中国民用航空华东地区空中交通管理局山东分局，山东 济南 250107)

面向CAD/CAPP/CAM集成特征造型技术研究

刘 颖

(中国民用航空华东地区空中交通管理局山东分局，山东 济南 250107)

对统一产品信息模型的特征造型技术和智能化CAPP的关键技术进行研究，提出采用一定数据格式的共用数据库管理系统的方法，解决了CAD/CAPP/CAM集成并行的关键技术问题。在此基础上建立了特征库并开发了CAPP实用型原型系统。

集成化；并行工程；CAD/CAPP/CAM集成；产品定义模型；形状特征；建模方法

在现代新型CIMS生产模式中，整个制造过程实质上是信息采集、传递及加工处理的过程。CAD/CAPP/CAM集成技术是实现上述核心内容的关键。

现有CAD沿用的几何模型缺乏CAPP/CAM所需零件特征信息，因此成为CAD/CAPP/CAM集成的主要障碍。为此提出一种基于CAD/CAPP/CAM集成系统的特征造型方法，将CAD基本几何数据和适合于工艺设计的加工特征信息有机结合，使CAPP/CAM系统能够从CAD系统获取所需信息。

1 统一产品信息

并行设计方法可有效将CAD/CAPP/CAM系统所需信息统一起来。而产品在生命周期的不同过程中所涉及数据及其要求不尽相同，因此，需要一个抽象的、中性的、能够满足各子系统要求的统一信息表达交换机制来实现不同过程间的信息传输与交换。采用集成产品特征造型技术所形成的全局产品数据模型可以解决这个问题。

一个理想的特征造型系统应具有如下功能：

(1)方便的设计过程。系统应该是交互式的，具有能描述定义特征类属的特征库；系统能提供几何和拓扑的参数化机理；所定义的约束必须能保证特征的有效性。

(2)为产品并行设计提供集成化产品信息模型。并行设计的理论和应用确定了产品模型的核心地位，这就要求能对产品模型进行不同层次的多级抽象，建立完备的产品信息模型。

(3)支持产品的设计、制造过程。特征造型系统除了能支持传统的设计过程，如参数设计、变量设计和基于知识的设计等，还能为CAPP/CAM系统提供可识别的信息，并能实现产品设计的新方法。

2 集成产品特征造型

CAD/CAPP/CAM集成的关键是特征的定义和表示在设计、制造两方面的统一，特征在产品模型中起到桥梁作用。用多个相互引用的子模型来定义整个产品模型，包括形状特征、精度特征、材料特征、技术特征、管理特征子模型，可使特征表述尽量达到统一。

形状特征：产品上有一定拓扑关系的一组几何元素所构成的一个特定形状。如面、孔、槽、凸台等。

精度特征：用于表达零件的公差及粗糙度的信息集合。精度特征可进一步分为几何公差特征、尺寸公差特征和表面粗糙度特征。

材料特征：用于表达零件的材料类型、性能及热处理的信息集合。

技术特征：与零件的性能、作用等相关的信息。

管理特征：用于描述零件的管理信息，如零件号、图号、批量、设计者、日期等。

为此，采用一种分层特征描述法。零件的分层模型包括三个环节，如图1所示。

3 特征造型的结构与实现

根据CAD/CAPP/CAM所需信息参数建立特征库，CAD特征造型以AutoCAD为开发环境，利用Autolisp语言进行二次开发，实现特征造型。该结构包括特征库和特征管理器，如图2所示。

图1 零件产品信息模型

图2 CAD特征造型结构图

在系统中零件的几何特征是建立在加工特性基础上，由各种基本形面组成的。这些由一系列加工方法加工而成的形面在系统中称为基本形面要素。这些基本形面要素不仅表达了不同的几何要素(几何特征)，同时也反映了不同的加工方法(加工特性)，是加工的基本单元，是形成实际零件过程中必不可少的元素。因此在确定基本形面要素时，并不能把单一的形状作为基本形面要素。具体的数据结构如下：①形状特征信息(形状、结构、位置参数)；②尺寸和公差信息；③表面质量要求；④特征标识信息。每一个基本形面要素用一个特征集来表达特征信息的内容。特征集结构如下：

[特征名：

类型：(面、孔、槽、轴类特征……)

坐标位置：(P(X、Y、Z),方向矢量 n 与 Z 轴夹角Φ、与X轴夹角θ)

几何参数：面：长、宽、高，孔：直径、长度，槽：宽、长、深

工艺参数：粗糙度、公差、平面度……]

采用参数化的建库方法，即库中存放的是附有参数的用Autolisp编写的各种特征的程序段和特征参数的标准数据，这样在CAD特征造型过程中，特征数据就可以根据特征参数的提示填值并输入特征数据库，零件输入时，用户可以使用图表显示、菜单选择、人机交互和文字提示等方式进行输入，输入完成后，程序自动将数据存入公共数据库中，CAD系统和CAPP系统可共享特征数据库，从而实现CAD/CAPP的集成。

所有设计信息以一定数据结构存在CAD/CAPP公共数据库中，为有效地获得数据库中的信息，可采用以Object-ARX为编程工具的ASI接口技术。

基于CAD/CAPP集成系统的特征造型数据库能输出CAD和CAPP所需信息，包括零件的总体信息(形状、尺寸等)、加工信息(粗糙度、加工精度、形位公差等)。这些信息是无法从传统的建模中提取的，因而较好地解决了CAD/CAPP无法共享的问题。

[1] 牛占文，吴会林，徐燕申，等.面向对象的CAD/CAPP集成技术的研究[J].中国机械工程，1995，6(2)：29-31.

[2] 陆春进，张友良，王定典.支持并行工程的协同设计[J].机械制造，1998，(11)：17-18.

[3] 王春河，周 济，张新访，等.基于并行设计的特征描述与操作[J].计算机辅助设计与图形学学报，1996，9(8)：368-373.

[4] 叶佩青，王立平，张 辉.CAD/CAM/CNC集成系统的研究[J].工具技术，2000，34(11)：9-12.

[6] 纪 云，张河涛，江平宇，等.智能型CAPP系统开发工具研究[J].组合机床与自动化加工技术，1995，(12)：21-28.

Research on CAD/CAPP/CAM oriented integrated feature modeling technology

LIU Ying
(Air Traffic Managemeng Bureau of East China Area,CAAC,Jinan 250107,Shandong China)

The key technology research of the unified product information model of feature modeling technology and intelligent CAPP,proposed the shared database management system using a data format,and solves the key problems of concurrent CAD/CAPP/CAM.On this basis,a feature library is built and a practical prototype system of CAPP is developed.

Integrated design;Concurrent engineering;CAD/CAPP/CAM-integrated;Product definition model

TP391.7

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.026

1672-0121(2017)05-0086-02

2017-06-16；

2017-07-27

刘 颖(1977-)，女，工程师，从事计算机技术应用、软件开发、维护等工作