0 引言
CAD/ CAPP/ CAM 集成是當(dāng)今計算機在制造科學(xué)與工程中應(yīng)用的一個重要方向, 但現(xiàn)有的CAD、CAPP、CAM 系統(tǒng)是相互獨立發(fā)展起來的, 它們之間沒有一個完整的產(chǎn)品信息模型支持。從目前的研究狀況看, 實現(xiàn)CAD/ CAPP/ CAM 集成的最佳選擇是利用特征技術(shù)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。其實現(xiàn)的途徑有兩類[ 1～3] : ( 1) 建立一個統(tǒng)一的CAD/CAPP/ CAM 信息模型, 使產(chǎn)品在其生命周期各階段都可以進行數(shù)據(jù)共享; ( 2) 面向現(xiàn)有的CAD 系統(tǒng), 通過特征定義和提取信息, 實現(xiàn)間接集成。由于機械產(chǎn)品形式多樣, 制造條件各異, 難于有一個萬能的CAPP 平臺適應(yīng)各種制造環(huán)境。隨著CAD 技術(shù)的廣泛應(yīng)用, 要求在不同的CAD 軟件平臺上, 針對企業(yè)技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)相應(yīng)的專用的CAPP 系統(tǒng)。所以這種間接集成的CAPP 開發(fā)方法將逐漸成為企業(yè)的一種需求。
MDT ( AutoCAD Mechanical Deskto p) 是在AutoCAD 基礎(chǔ)上開發(fā)的通用三維機械CA D 平臺[ 4] , 主要包括機械CAD 參數(shù)化特征造型、曲面造型和裝配造型3 大部分, 并提供了ObjectARX 和MCAD API 等強大的二次開發(fā)工具, 在我國有著眾多的用戶。在MDT 特征造型的基礎(chǔ)上, 通過特征識別和提取, 并附加工藝信息, 實現(xiàn)間接信息集成并開發(fā)箱體類零件CA D/ CAPP/ CAM 系統(tǒng)可為有關(guān)企業(yè)的CAD/ CAPP 集成提供技術(shù)支持。
1 ObjectARX 和MCAD API 開發(fā)環(huán)境
ObjectARX ( AutoCAD Runt ime eXtension, AutoCAD 的運行擴展庫) 是Autodesk 公司推出的一種用以替代ADS 的新的AutoCAD 二次開發(fā)工具。ARX 程序?qū)嶋H上是與AutoCAD 共享地址空間的Window s 動態(tài)連接庫( DLL ) , 它可以直接調(diào)用AutoCAD 內(nèi)核數(shù)據(jù)和函數(shù), 因此能夠獲得比AutoLISP和ADS 更快的速度。并且ObjectARX 還可以充分利用Visual C+ + 提供的Micro sof t 基礎(chǔ)類庫 ( MFC) , 能夠最大程度地利用MFC 所提供的方便條件。ObjectARX 由基本ARX 類庫構(gòu)成, 是典型的文檔-控制-視結(jié)構(gòu), 包括AcDb、Adsrx 、AcEd、AcRx 、AcGi、AcGe、ACIS、AcBr 等類[ 5] 。
MCAD API( Mechanical A pplicat io n Prog rammingInterface) 是MDT 應(yīng)用程序接口函數(shù)庫, 增強并擴展了ObjectARX。MCAD API 由一系列接口函數(shù)構(gòu)成, 提供了參數(shù)化特征編輯和高層建模技術(shù), 并通過Object Keys 技術(shù)與ARX 類庫交互作用, 為程序員提供了通用的C 語言接口函數(shù)。MCAD API 具有統(tǒng)一的對象引用機制, 統(tǒng)一了API 函數(shù)接口, 強化了幾何抽象, 支持幾何變更事件, 為參數(shù)化模型生成過程提供了統(tǒng)一的集成, 并支持屬性的創(chuàng)建、定制、附加、查詢和編輯等功能。
同ADS 程序一樣, 利用ObjectARX 和MCADAPI 開發(fā)應(yīng)用程序時, 必須也有類似ADS main ( )函數(shù)的入口函數(shù)acrxEnt ryPoint ( ) 和initApp ( ) 、unlo adApp( ) 等程序初始化函數(shù)。入口函數(shù)acrxEntrypoint ( ) 用于MDT 與應(yīng)用程序進行信息交換, initApp( ) 函數(shù)用于MFC 的初始化和命令的注冊,而unlo adApp( ) 函數(shù)用于關(guān)閉應(yīng)用程序時撤消注冊命令和MFC 初始化。
2 基于ObjectARX 與MCAD API 實現(xiàn)CAD/CAPP 的關(guān)鍵技術(shù)
2. 1 MDT 環(huán)境下箱體類零件特征造型和特征庫的建立
MDT 的零件特征分為3 類: 草圖特征、放置特征和陣列特征。草圖特征包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描生成的基本特征; 放置特征包括打孔、倒圓、倒角、曲面切割; 陣列特征包括有圓形陣列特征和矩形陣列特征。
MDT 環(huán)境下箱體類零件特征建模過程( 如圖1所示) 的一般步驟為: ( 1)零件設(shè)計構(gòu)思; ( 2) 生成基本特征; ( 3) 分析零件; ( 4)生成其余特征; ( 5) 分析零件; ( 6) 必要時修改特征。基于上述基本特征,
可以綜合利用MDT 命令、ARX 類庫和MCAD API函數(shù)根據(jù)實際需要創(chuàng)建箱體類零件形狀特征庫。特征庫中的各特征類包括幾何形狀特征屬性和精度特征屬性等。從加工角度看,箱體類零件形狀特征可分為基本特征和復(fù)合特征[ 6] 。
2. 2 箱體類零件特征信
息模型的表達根據(jù)需要建立基本特征和復(fù)合特征信息的框架表達, 即建立特征數(shù)據(jù)庫和知識庫, 然后利用MDT的屬性和對象鍵( Object Keys) 機制建立工藝信息與零件形狀特征模型的動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系[ 5] 。
用戶應(yīng)用程序和MCAD API 之間的交互大部分是通過對象鍵( Object Key s) 進行的, 在API 函數(shù)中使用Keys 來引用實體, 如幾何鍵( Geometr yKeys) 用來引用幾何對象( 曲面、曲線、點) ; 使用零件鍵( Part Keys) 和特征鍵( Featur e Keys) 來引用零件和特征對象。而引用對象的必要信息全部存儲在Key 對象中, 當(dāng)Key 傳遞給API 函數(shù)時, MDT 系統(tǒng)就會知道是哪個程序創(chuàng)建該Key, 從而執(zhí)行相應(yīng)的代碼, 完成相應(yīng)的功能。Key 是一個持久的引用對象, 他可保護應(yīng)用程序不隨對象的改變而改變。屬性( At t ributes) 是與實體相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。屬性可通過對象鍵( Object Keys) 機制附加到任何幾何體上, 所附加的屬性在模型的生成過程中始終保持有效。屬性的創(chuàng)建一般有兩種方法: 可實例化屬性( Attribute class) 和繼承屬性( Derived class) 。屬性的操作有: 定義, 創(chuàng)建, 實例化; 附加, 查詢, 存儲和讀入等。
應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)既可通過屬性附加等方法隨同MDT 數(shù)據(jù)庫( . dw g 文件) 一起存儲, 也可以存儲在外部數(shù)據(jù)文件中。對于零件總體特征信息通過屬性機制與特定零件之間建立動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系, 而與特征有關(guān)的工藝信息, 如精度特征等則與相應(yīng)的特征或特征面之間建立動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系。對于所需的外部數(shù)
據(jù)如加工鏈決策庫、刀具資源庫、加工余量數(shù)據(jù)庫,可利用ODBC( 開發(fā)式數(shù)據(jù)庫互聯(lián)) 建立外部數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件。
在MDT 零件特征造型的過程中, 利用MDT屬性和對象鍵( Object Keys) 機制編制的應(yīng)用程序以交互方式由用戶分別定義總體特征和特征工藝信息, 從而建立面向CAD/ CAPP 的箱體類零件完整特征信息模型。
2. 3 特征識別和信息提取
建立零件特征信息模型之后, 就可以對特征進行信息提取, 最后輸出為以面向?qū)ο罂蚣苊枋龅牧慵卣餍畔?span>, 作為后續(xù)CAPP 的輸入信息。特征信息提取主要包括特征描述信息的提取和特征工藝信息( 特征附加屬性) 的提取。
特征描述信息的提取是通過特征描述器進行的。特征描述器( Featur e Descripto rs) 包含構(gòu)造特征的所有信息, 內(nèi)容主要有: ( 1) 特征的一般信息, 如孔的直徑、倒圓的半徑等; ( 2) 特征的定位信息( Locator); ( 3) 特征終止信息( T erminator) 。
特征工藝信息作為特征附加屬性是利用MDT的屬性機制實現(xiàn)的。零件特征提取算法的一般步驟如下: ( 1) 選擇零件, 獲取零件Key, 建立零件對象CPart ; ( 2) 取零件總體特征數(shù)據(jù); ( 3) 取所有加工特征; ( 4) 選擇一個特征, 獲取特征Key , 建立特征對象CFeat ; ( 5) 取特征描述數(shù)據(jù), 包括特征名稱、特征類型、特征尺寸參數(shù)信息、特征的定位信息、特征終止信息等; ( 6) 取特征工藝數(shù)據(jù); ( 7) 重復(fù)步驟4 至6, 直到掃描完零件的所有加工特征。
在程序中, 對于某一幾何形狀特征而言, 必須提取表示該形狀特征的基本參數(shù)。例如, 對于形狀特征盲孔通孔而言, 必須提取其兩個基本參數(shù), 即半徑和孔長。該特征通過父類槽繼承預(yù)先建立的孔類框架FHole 的屬性數(shù)據(jù)、規(guī)則和方法, 作為后續(xù)特征單元排序和工藝規(guī)程生成的推理依據(jù)。
3 箱體類零件CAD/CAPP 集成系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)
零件信息的描述和處理是箱體類零件CAPP 系統(tǒng)的關(guān)鍵之一, 其描述方法常受系統(tǒng)工藝設(shè)計原理和零件幾何特征等因素的影響。采用MDT 環(huán)境下的特征技術(shù)則會很好地解決這個問題: 在MDT 環(huán)境下對箱體類零件進行特征造型, 并通過人機交互方式輸入工藝信息, 這樣在工藝分析時就可以通過特征識別和信息提取技術(shù)來獲得必要的幾何信息和工藝信息。工藝設(shè)計是CAPP 系統(tǒng)的核心, 根據(jù)特征的面向?qū)ο笮再|(zhì), 采用工藝知識的框架形式的表示方法可以建立起工藝信息與零件特征的動態(tài)關(guān)聯(lián), 從而進行工藝推理。
本CAD/ CAPP 集成系統(tǒng)是作為計算機輔助生產(chǎn)線設(shè)計系統(tǒng)中一個子系統(tǒng)而開發(fā)的, 其工作流程是: 在MDT 特征造型基礎(chǔ)上, 提取特征幾何信息,通過人機接口界面添加工藝信息, 而后輸入到CAPP 系統(tǒng)中, 通過推理生成加工路線, 為計算機輔助生產(chǎn)線設(shè)計提供設(shè)計基礎(chǔ)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示, 主要包括有控制模塊, 零件工藝輸入模塊, MDT特征造型模塊, 特征識別與信息提取模塊, 工藝設(shè)計模塊, 輸出模塊和零件特征工藝庫等模塊[ 3, 7] 。
在應(yīng)用層主要包括面向用戶的操作界面、加工鏈決策庫、刀具資源庫、加工余量數(shù)據(jù)庫和切削用量庫等數(shù)據(jù)庫的操作。由于加工鏈決策庫、刀具資源庫、加工余量數(shù)據(jù)庫和切削用量庫是外部規(guī)則庫, 不同的生產(chǎn)環(huán)境會有不同的選擇結(jié)果, 因此面向用戶開放, 用戶可以進行增加、刪除和修改。
4 運行實例與結(jié)論
以某變速箱殼體為例, 該零件圖如圖3 所示, 其主要加工特征為孔、面和凸臺。通過如圖4 所示的特征信息輸入界面輸入工藝信息, 并保存在程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中, 從該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中可以提取工藝排序所需的所有特征信息, 輸出到工藝排序的應(yīng)用程序中, 通過CAPP 系統(tǒng)的推理決策, 可得到加工路線如圖5 所示。
通過天津第一機床廠柔性自動線快速響應(yīng)設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)過程對MDT 的二次開發(fā)工具ObjectARX和MCAD API 的實際使用表明: 它可以使CAD 與CAPP 間接信息集成; 同時, 以Window s 95 或Windows NT 為操作系統(tǒng), 利用MS Visual C+ + 、ARX類庫、MFC 類庫、MCAD API 函數(shù)等構(gòu)建的應(yīng)用程序功能強大, 運行速度快, 而且程序分明、代碼簡潔,具有良好的可維護性和可重用性。
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