面向特征造型技術的特種回轉面刀具CAPP軟件系統(tǒng)設計

　　面向特征造型技術的特種回轉面刀具CAPP軟件系統(tǒng)設計蔣英蘭王大鎮(zhèn)2劉華明3，韓榮第3(1.集美大學輪機工程學院;集美大學機械工程學院，福建廈門361021;3.哈爾濱工業(yè)大學機械工程學院，黑龍江哈爾濱150001)方法。采用VB6 0、VC++RAX開發(fā)工具開發(fā)了實用化的特種回轉面刀具CAPP軟件系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)中CAD/CAPP的集成技術和各類數(shù)據(jù)庫的接口，并給出了該系統(tǒng)的運行實例。

　　0刖目特種回轉面刀具是用于加工復雜、特殊形狀工件的重要刀具，其需求量正隨著多軸數(shù)控加工等先進制造技術的發(fā)展而不斷加。為了高效率、高質量地設計和制造該類刀具，實現(xiàn)特種回轉面刀具CAD/CAPP/CAM的集成化是非常重要的。目前特種回轉面刀具CAPP技術的研究要明顯落后于其CAD、CAM技術己成為阻礙其高度計算機集成化生產的文采用VB6.0、VC+4.0和ARX開發(fā)工具開發(fā)了微機版的實用化特種回轉面刀具CAPP軟件系統(tǒng)。

　　1軟件系統(tǒng)的設計與開發(fā)為了產生優(yōu)化的工藝過程卡、工序卡及工步卡等CAPP技術文件，并實現(xiàn)與其它相關模塊間的信息共享，本軟件具有如下特點：利用特征型技術向CAPP系統(tǒng)提供足夠的信息支持;擁有完善的工藝數(shù)據(jù)庫、知識庫及高效的接口;具有管理CAPP文件歷史記錄及具有對不同型號刀具進行選擇、編輯的能力;具有完善、友好的用戶界面。

　　1.1行種回轉面刀具的特征分析為了使CAPP從CAD中得到足夠的信息用于工藝決策，信息的采集與處理方式應從傳統(tǒng)的實體造型信息模型轉向特征造型信息模型。因為特征造型信息模型具有如下優(yōu)點：能更完整地表達產品的技術和管理信息;可使產品設計工作在更高層次上進行，設計人員操作的對象不再是原始的線條和體素，而是產品的功能要素，如螺紋孔、定位孔等。

　　特種回轉面刀具的全生命周期包括產品的市場分析、需求分析、工程設計、工藝設計、加工、檢驗和維護。從制造的角度來看，特種回轉面刀具的零件信息模型通常包括下面幾個部分：零件總體信息，包括圖號、刀具名稱、刀具編碼、外形尺寸、材料、重量及毛坯類型;零件特征信息，用于描述特種回轉面刀具的幾何形狀與拓撲信息。主要描述刀具的頂點、邊、面的數(shù)目、類型及相互間的連通關系。對外特征體素的操作為“并”

　　運算對內特征體素為“差”運算或“交”運算。特整體素及其要素有特征編碼加以區(qū)分;零件公差信息，刀具各加工信息均體現(xiàn)在形位公差模型中;零件尺寸信息，即零件的整體尺寸信息表。

　　為了將特征造型技術應用于特種回轉面刀具的計算機集成化生產中，應對特種回轉面刀具的結構工藝特點進行特征分析。分析原則如下：特征的層次性分析原則，即分清特征間的從屬關系;幾何元素與參數(shù)相結合的原則;附加特征的分析原則。

　　采用上述原則，經分析特征回轉面刀具的結構，發(fā)現(xiàn)其具有如下工藝特點：特種回轉面刀具的刀頭由復雜曲面構成，如旋轉銼、球頭立銑刀等是由復雜母線構成的回轉刀具，屬于多坐標(如五坐標)加工零件;具有螺旋線形刀刃和一定的刀槽形狀;數(shù)控加工基礎較好。

　　1.2特種回轉面刀具的零件信息輸入方法及CAD/CAPP的集成簡捷、準確地描述特種回轉面刀具信息，以適合計算機的處理并與實際生產應用相一致是實現(xiàn)CAPP的前提條件，同時對于CAPP系統(tǒng)的輸出質量和運行效益也具有決定性的影響。但由于特種回轉面刀具的工藝設計是一項復雜的綜合性技術工作，所需處理的信息量大，且信息之間的關系錯綜復雜，故成為CAPP系統(tǒng)的關鍵技術之一。

　　本系統(tǒng)采用基于形面要素特征輸入法和CAD特征造型系統(tǒng)直接輸入法兩種方法描述和輸入特種回轉面刀具零件信息。

　　(1)基于形面要素的特征輸入法采用形面要素法的基本原理，并輔以形面要素的圖形，采取人機界面交互形式輸入零件信息。

　　具體實現(xiàn)方法：針對特種回轉面刀具的結構和工藝特點，首先將特征分為三類：主特征、表面特征和端面特征。如所示。

　　特種回轉面刀具的特征分類特種回轉面刀具的主特征有圓柱、錐臺體、球體等;表面特征有削平;端部特征有倒角、退刀槽、頂尖孔等。然后，以主特征為依據(jù)建立特征模型，從而建立圓柱、錐臺體、球體三大類復合特征。通常，特征模型的構成為：主特征+端部特征+表面特征。在此基礎上，通過人機對話方式對各類形面要素的特征、參數(shù)進行設定，保證輸入的參數(shù)準確，特征可靠。如為特種回轉面刀具最終特征輸入界面。

　　(2)CAD特征造型系統(tǒng)直接信息輸入法基于特征的CAD特征造型系統(tǒng)與CAPP的集成：從CIMS的集成角度來看，CAPP系統(tǒng)最理想、最直接的零件信息輸入方法是CAD特征造型結果的直接傳輸。但由于CAD和CAPP的側重點和目的不同，兩者雖然共享一個特征模型，但在特征的表示、組織、調用、參數(shù)處理等方面都有一定差異。

　　首先，特征表示的信息范圍不同。對于CAD，特征造型是個參數(shù)化的變量設計工具，因此，CAD的特征表示既要包括細節(jié)信息(組成特征的邊界變和邊界面)，也要包括高層信息(特征的參數(shù)和特征的位置、方向)CAPP卻只要引用特征的類型、參數(shù)、公差等，即CAPP特征表示的要求為高層信息。

　　其次，用特征構成零件的方式不同。CAD中的特征本身都處于同一級中，沒有主輔之分，其從屬關系只是記錄特征的生成順序;CAPP中的特征則是以主型面為基礎，在主型面上逐級附加輔助型面，即主型面處于同一級上，輔助型面附屬于主型面或上一級輔助型面。

　　在特征調用的方式上，CAD的特征信息集中，從一個特征的調用可以同時了解一組特征。而CAPP的特征信息分散，為了了解一個特征的組成及與相鄰特征之間的關系，必須同時找到相應的謂詞，才能了解該特征的相應位置。

　　由此可見，若要實現(xiàn)CAD特征造型結果直接傳輸給CAPP，必須要有相應的接口，以達到CAD/CAPP的完善集成和CAPP所需零件信息的正確輸入。為此，CAD特征造型與CAPP接口的實現(xiàn)需要將CAD中的樹結構轉換為對應的主、輔結構，并將CAD中有關一個特征的集中信息分散在相關的多個謂詞中。

　　接口的程度實現(xiàn)在CAD特征造型系統(tǒng)中，針對特種回轉面刀具定義CAPP的主特征、表面特征、端部特征的C主特征序號InsPointins;插入點坐標inttype;類型，1=圓柱體，2=錐臺體，3=球體union指向前一道工序特征指針/表面特征數(shù)據(jù)結構//表面特征序號InsPointins;/插入點坐標inttype;/類型，1=削平，2=待擴充部特征tie-fea;//所依附的特征指針Feature bind-fea;/原CAD造型特征的形狀特征指征/端部特征數(shù)據(jù)結構部特征fie-fea;//所依附的特征指針指針這樣CAD特征造型的結果中CAPP所需的零件信息生成特定數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)文件，CAPP系統(tǒng)直接按特定數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)文件，CAPP系統(tǒng)直接按特定的格式讀入，即可實現(xiàn)CAD特征造型結果向CAPP的傳輸。

　　1.3特種回轉面刀具的零件信息輸入方法及CAD/CAPP的集成工藝數(shù)據(jù)指CAPP系統(tǒng)在工藝設計過程中所使用和產生的數(shù)據(jù)，工藝知識值支持CAPP系統(tǒng)工藝決策所需的規(guī)則。工藝數(shù)據(jù)與知識的表達是通過數(shù)據(jù)結構來實現(xiàn)的，用于工藝數(shù)據(jù)與知識的數(shù)據(jù)結構有串、表、棧、樹、圖及框架結構、網(wǎng)絡結構等。

　　為此，本系統(tǒng)構造了以工序為主鏈的“工序-工步二叉樹”數(shù)據(jù)結構，并將各種工藝信息用對象與鏈表掛于工序或工步節(jié)點之后，從而完成了工藝規(guī)程信息的建立。

　　(2)數(shù)據(jù)庫訪問接口本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用了便于桌面管理、可靈活操作的ACCESS數(shù)據(jù)庫的DAO方式，即MicrosoftJet數(shù)據(jù)庫引擎，具體接口如下;指向定位表面指向裝夾表面指向后一道工序運行特種回轉面CAPP系統(tǒng)得到的球頭立銑刀工藝過程卡二叉樹結構的工步節(jié)點2特種回轉面刀具CAPP軟件系統(tǒng)運行實例0開發(fā)，系統(tǒng)主要包括兩各主要模塊：①CAD特征造型模塊，采用VC+0語言，利用ARX開發(fā)工具在AutoCAD2000上開發(fā);②CAPP模塊，利用VB6.0開發(fā)，工藝支撐數(shù)據(jù)庫采用ACCESS2000，為運行該系統(tǒng)得到的球頭立銑刀工藝過程卡。

　　該系統(tǒng)目前已成為實用化的應用軟件，在哈爾濱二五四廠運行以來，取得了明顯的經濟效果。用戶反映系統(tǒng)集成度高，用戶界面友好，易學易用，符合工程人員的工作習慣，具有較高的實用價值。