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基於CAD 平台及其開發工具的(de)箱體類(lèi)零件CAD/ CAPP 集成係統開發技術
2013-6-27  來(lái)源:  作者:天(tiān)津大學機械工程學院 單樂生 徐燕申

0 引言

 

     CAD/ CAPP/ CAM 集成是當今計算(suàn)機在製造科學與工程中應用的一個重要方向, 但現有的CADCAPPCAM 係統(tǒng)是相互獨立發展起來的, 它們之間沒有(yǒu)一個(gè)完整的產品信息(xī)模型支持。從目前的研究狀(zhuàng)況看, 實現CAD/ CAPP/ CAM 集(jí)成的最佳選擇是利用特(tè)征技術建立統一的(de)數據模型。其實(shí)現的途徑有兩類[ 13] : ( 1) 建立一(yī)個統一的CAD/CAPP/ CAM 信息模型, 使產品在其生命周期各階段都可以進行數據共(gòng)享; ( 2) 麵向現有的CAD 係統, 通過(guò)特(tè)征定義和提取信息, 實現間接集(jí)成。由於機械產品形式多樣, 製造條件各異, 難於有一個萬能的CAPP 平台適應各(gè)種製造環(huán)境。隨著CAD 技術的(de)廣(guǎng)泛應用, 要求在不同的CAD 軟件(jiàn)平台上, 針對企業技術(shù)產品開發相應(yīng)的專(zhuān)用的CAPP 係(xì)統。所以這種(zhǒng)間接集成的CAPP 開發方(fāng)法將逐漸成(chéng)為企(qǐ)業的一種需求。

 

      MDT ( AutoCAD Mechanical Deskto p) 是在AutoCAD 基礎(chǔ)上(shàng)開發的通用三維機械CA D 平台[ 4] , 主要包括機械CAD 參數化(huà)特征造(zào)型、曲麵造型(xíng)和裝配(pèi)造型3 大部(bù)分, 並(bìng)提供了ObjectARX MCAD API 等強大的二次開發工具(jù), 在我國有著眾多的(de)用戶。在MDT 特(tè)征造型的基礎上, 通過特征識別和提取, 並附加工藝信息, 實現間接信息集成並開發箱體類零件CA D/ CAPP/ CAM 係統可(kě)為有關企業的(de)CAD/ CAPP 集成提供技術支持。

 

1 ObjectARX MCAD API 開發環境

 

  ObjectARX ( AutoCAD Runt ime eXtension, AutoCAD 的運行擴展庫) Autodesk 公(gōng)司推出的一種(zhǒng)用以替代ADS 的(de)新的AutoCAD 二次開發工具。ARX 程序實際上是與AutoCAD 共享地(dì)址空間的Window s 動態連接庫( DLL ) , 它可以直接調用AutoCAD 內核數據和函數(shù), 因(yīn)此能夠獲得比AutoLISPADS 更快的速度。並且(qiě)ObjectARX 還可以充(chōng)分(fèn)利用Visual C+ + 提(tí)供(gòng)的Micro sof t 基礎類庫(kù) ( MFC) , 能夠最大程度地利用MFC 所提供的方(fāng)便條件。ObjectARX 由基本ARX 類庫構成, 是典型的文檔-控製-視結構, 包括AcDbAdsrx AcEdAcRx AcGiAcGeACISAcBr 等類[ 5]

 

     MCAD API( Mechanical A pplicat io n Prog rammingInterface) MDT 應用程序接口函數庫, 增強並擴展了ObjectARXMCAD API 由一(yī)係列接口(kǒu)函數構成, 提供了參數化特征編輯和高層建模技術, 並通過Object Keys 技術與ARX 類庫交互作用(yòng), 為程序員提供了通用的C 語言接口函數。MCAD API 具有統一的(de)對象引(yǐn)用機製, 統一了API 函(hán)數接口, 強化(huà)了幾何抽象, 支持幾何變更事件, 為參(cān)數化模型生成過程(chéng)提供了統一的集成, 並支持屬性的(de)創建、定製、附(fù)加、查(chá)詢和編輯等(děng)功(gōng)能。

 

      同ADS 程序一樣, 利用ObjectARX 和(hé)MCADAPI 開發應用程序時, 必須也有類似ADS main ( )函數(shù)的入(rù)口函數acrxEnt ryPoint ( ) initApp ( ) unlo adApp( ) 等(děng)程序初始化函數。入口函數acrxEntrypoint ( ) 用於MDT 與應用程序進行信息交換, initApp( ) 函數用於MFC 的初始化和命令的注冊,unlo adApp( ) 函數用於關(guān)閉應用程序時撤消注冊命令和MFC 初始化。

2 基於ObjectARX MCAD API 實現CAD/CAPP 的關鍵技(jì)術(shù)

 

      2. 1 MDT 環境下箱體類零件特征造型和特(tè)征(zhēng)庫的建立

 

      MDT 的零件特征分為(wéi)3 : 草圖特征(zhēng)、放置(zhì)特征和陣列特征。草圖特征包括拉伸、旋轉、掃描生成的基本特(tè)征; 放置特征包括打孔、倒圓(yuán)、倒角、曲麵切割; 陣列(liè)特征包括有圓(yuán)形陣列特征和矩形陣列特征。

 

     MDT 環境(jìng)下箱體類零件(jiàn)特征建(jiàn)模過程( 如圖1所示) 的一般步驟為: ( 1)零件設(shè)計構思; ( 2) 生成基本特征; ( 3) 分析零件; ( 4)生成其餘特征; ( 5) 分析零件; ( 6) 必要時修改特征。基於上述基本特征,

 

      可以(yǐ)綜合利用MDT 命令、ARX 類庫和MCAD API函數根(gēn)據(jù)實際需要創建箱體類(lèi)零件形狀特征庫(kù)。特征庫中(zhōng)的各特征類(lèi)包括幾何形狀特征屬性和(hé)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(jī)本(běn)特征和複(fù)合特(tè)征[ 6]

 

     2. 2 箱體(tǐ)類零件(jiàn)特(tè)征信

 

     息模型的表達根(gēn)據需要建立基本(běn)特征和複合(hé)特征信息的框架表達, 即建立特征數據庫和知識庫, 然後(hòu)利用MDT的屬(shǔ)性和對象鍵( Object Keys) 機製建立工藝信息與(yǔ)零件形狀特征模型的動態關聯關係[ 5]

 

     用戶應用程序和MCAD API 之間的交互大部(bù)分是通過對象鍵( Object Key s) 進行的, API 函數中使用Keys 來引用實(shí)體, 如幾何鍵( Geometr yKeys) 用來引用幾何(hé)對象( 曲麵(miàn)、曲線、點) ; 使(shǐ)用零件鍵( Part Keys) 和特征鍵( Featur e Keys) 來引用零件和特征對(duì)象。而引用對象的必要信息全(quán)部存儲(chǔ)在Key 對象中, Key 傳遞給API 函數時(shí), MDT 係統就會知道是哪個程序創建該Key, 從而執行相應的代碼, 完成相應的功能。Key 是一個持久的引用對象, 他可保護應用程序不隨對象的改變而改變。屬性( At t ributes) 是(shì)與實體相關聯的數據。屬性(xìng)可通過對象鍵( Object Keys) 機製附加到任何幾何體(tǐ)上, 所附加的屬性(xìng)在模型的生成(chéng)過程中始終保持有效。屬性的創建一般有(yǒu)兩種方法: 可實例(lì)化屬性( Attribute class) 和繼承屬性( Derived class) 。屬性(xìng)的操作(zuò)有: 定義, 創建, 實例化; 附加, 查詢, 存儲(chǔ)和讀入等。

 

     應用程序的數(shù)據既可通過屬性附加等(děng)方法隨同MDT 數據庫( . dw g 文件(jiàn)) 一起存儲, 也可以存儲在外部數據文件(jiàn)中。對於零(líng)件總(zǒng)體特(tè)征(zhēng)信息(xī)通過屬性機製與(yǔ)特定零件(jiàn)之間建立動(dòng)態關聯關係, 而與特征有(yǒu)關的工藝信息, 如精度特征等則與相應的特(tè)征或特征麵之間建立動態關聯關(guān)係。對於所需的外部數

 

 

     據如加工鏈決策庫、刀(dāo)具資源庫、加工(gōng)餘量數據庫,可利用ODBC( 開(kāi)發式數據庫互聯) 建立外部(bù)數據庫或數據(jù)文件。

 

      在MDT 零件(jiàn)特征造型的(de)過程中, 利用MDT屬性和(hé)對象鍵( Object Keys) 機製編製的應用(yòng)程(chéng)序以交互方式由(yóu)用(yòng)戶分(fèn)別定義總體特征和特征工藝信息, 從而建立麵向CAD/ CAPP 的箱體類零件完整特征信息模型。

 

     2. 3 特征識別(bié)和信息提取

     建立零件特征信息模型之後, 就可以對特征進行信息提取, 最後輸出為以麵向對象框架描述(shù)的零件特征信息, 作為(wéi)後續CAPP 的輸入信息。特征信息(xī)提取主要包括特征描述信(xìn)息的提(tí)取和特征工藝信息(xī)( 特征附加屬性) 的提(tí)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(xī)( T erminator)

 

     特征工藝信息作為特征附加屬性是利用MDT的屬性機製實現的。零件特征提取(qǔ)算(suàn)法的一般步驟如(rú)下: ( 1) 選擇零件(jiàn), 獲取零件Key, 建立零件對象CPart ; ( 2) 取零件總體特征數據; ( 3) 取所有加工特征(zhēng); ( 4) 選擇一個(gè)特征, 獲取(qǔ)特征Key , 建立特征(zhēng)對(duì)象CFeat ; ( 5) 取(qǔ)特征描述數據(jù), 包括特征名稱、特征類型、特征尺寸參數信息、特征的定位信(xìn)息(xī)、特征終止信息等(děng); ( 6) 取特征(zhēng)工藝數據; ( 7) 重複步驟4 6, 直到掃描完零件(jiàn)的所有加工(gōng)特征。

 

     在程序中, 對於某一幾何形狀(zhuàng)特征而言, 必須提取表(biǎo)示該(gāi)形狀特征的基本參數。例如, 對於形狀特征(zhēng)盲孔通孔而言, 必須提(tí)取其兩個基本參數(shù), 即半(bàn)徑和孔長。該特征通過(guò)父類槽(cáo)繼承預先建(jiàn)立的孔類框架FHole 的屬性數據、規則和方法, 作為後續特(tè)征(zhēng)單元排序和工藝規程生成的推理依據。

 

3  箱體類零件CAD/CAPP 集成係統的框架結(jié)構  

 

     零件(jiàn)信息的描述和處理是箱體類零件CAPP 係統的關鍵之一, 其描述方法常受係(xì)統工藝設計原理和零(líng)件幾何特征等因素(sù)的影響(xiǎng)。采(cǎi)用MDT 環境下的(de)特征技術(shù)則(zé)會很好地解決這個問(wèn)題: MDT 環境下對(duì)箱體類零件進(jìn)行特征(zhēng)造型, 並通過人機交互(hù)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(bié)和信息提取(qǔ)技術來獲得必要的(de)幾何信息和工藝信息。工藝設計是CAPP 係統的核心, 根據(jù)特征的麵向對(duì)象性質, 采用工藝知識的框架形式的表示方法可以(yǐ)建立起工藝(yì)信息與零件特征(zhēng)的動態關聯, 從而進行工藝推理。

     本CAD/ CAPP 集成係統是作為計算機(jī)輔(fǔ)助生產線設計係統中一個子係統而開(kāi)發的, 其工作流程是: MDT 特征造型基礎上(shàng), 提取特征幾何信息,通過人機接口界麵添加工藝(yì)信息, 而後輸入(rù)到CAPP 係統中, 通過推理生成加工路線, 為計算機輔(fǔ)助(zhù)生產線設計提供設計基礎(chǔ)。係統的結構如圖2 所示, 主(zhǔ)要包括有控製模(mó)塊, 零件工藝輸入模塊, MDT特征造型模塊, 特征識別(bié)與信息提取模塊, 工藝設計模塊, 輸出模塊和零件特征工藝庫(kù)等模塊[ 3, 7]

 

     在應(yīng)用層主要包括(kuò)麵向用戶的操作界麵、加工鏈決策庫、刀具資(zī)源庫(kù)、加工餘量數據庫和切削用量庫等數據庫的操(cāo)作。由(yóu)於(yú)加工鏈決策庫、刀具資源庫、加工餘(yú)量(liàng)數(shù)據庫和切削用量庫是外(wài)部規(guī)則庫, 不同的生產環境會有不同(tóng)的選擇結果, 因此麵向用(yòng)戶開(kāi)放, 用戶可以進行增加、刪除和修改。

 

4 運行實例與結論

 

     以某變速箱殼體為例(lì), 該零件圖(tú)如(rú)圖3 所示, 其主要加工(gōng)特征(zhēng)為孔、麵和(hé)凸台。通過如圖4 所示的特征信息輸入界麵輸入工藝信息, 並保存在程序內部的數據結構中, 從該數據結構中可以提取(qǔ)工藝排序所需的(de)所有特征信息(xī), 輸出到工藝排序的應(yīng)用程序中, 通過CAPP 係(xì)統的(de)推(tuī)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(kuài)速響應設計係統開發過程對MDT 的二(èr)次開(kāi)發工具ObjectARXMCAD API 的實際使用表明: 它可以使CAD 與(yǔ)CAPP 間接信息集(jí)成; 同時, Window s 95 Windows NT 為操作係統, 利用MS Visual C+ + ARX類庫、MFC 類庫、MCAD API 函數等構建的應用程序功能強大(dà), 運(yùn)行速度快, 而且程序分明、代碼(mǎ)簡潔,具有良好的可維護性和可重用性。

 

 

 

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