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基於CAD 平台及(jí)其(qí)開發工具的箱(xiāng)體類(lèi)零件CAD/ CAPP 集成(chéng)係統開發技術
2013-6-27  來源:  作者:天(tiān)津大學機(jī)械工程學院 單樂生 徐燕申

0 引言

 

     CAD/ CAPP/ CAM 集成是當今計算機在製造科學與工程中(zhōng)應用的(de)一個重要方向, 但現有的CADCAPPCAM 係統是相互獨立發展(zhǎn)起來的, 它們之間沒有一個完整的產品信息模型支持。從目前的研究狀(zhuàng)況(kuàng)看, 實現CAD/ CAPP/ CAM 集成的最佳(jiā)選擇是利(lì)用特征技術建立統一(yī)的數據模型。其實現的途徑有兩類[ 13] : ( 1) 建(jiàn)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據共享; ( 2) 麵向(xiàng)現有的CAD 係統, 通過(guò)特征定義和提取信息, 實現間(jiān)接集成(chéng)。由於機械(xiè)產(chǎn)品形式多樣(yàng), 製造條件各異, 難於有(yǒu)一個萬能(néng)的CAPP 平台適應各種製造環境。隨著CAD 技術的廣泛應用, 要求在(zài)不(bú)同的CAD 軟件平台上, 針(zhēn)對(duì)企業技術(shù)產品開發相應的專用的CAPP 係統。所以這種間(jiān)接集(jí)成的CAPP 開發方法將(jiāng)逐漸成為企(qǐ)業的一種需求。

 

      MDT ( AutoCAD Mechanical Deskto p) 是在AutoCAD 基礎上開發(fā)的通用三維機(jī)械CA D 平台(tái)[ 4] , 主要包括機械CAD 參數化特征造型、曲麵造型和裝(zhuāng)配造型3 大(dà)部分, 並提供了ObjectARX MCAD API 等強大的二次開發工具, 在我國有著眾(zhòng)多的用戶。在MDT 特征造型的基礎上, 通(tōng)過(guò)特征識(shí)別和提取, 並附加工藝信息, 實現(xiàn)間接信息集成並開發箱體類零件(jiàn)CA D/ CAPP/ CAM 係統可(kě)為有關企業的CAD/ CAPP 集成提供技術支持。

 

1 ObjectARX MCAD API 開發(fā)環境

 

  ObjectARX ( AutoCAD Runt ime eXtension, AutoCAD 的運行擴展庫) Autodesk 公司推出的一種(zhǒng)用以替代ADS 的新的AutoCAD 二次開發工具。ARX 程序實際上是(shì)與AutoCAD 共享地址空間的Window s 動態連接庫( DLL ) , 它可以直接調用AutoCAD 內核數據和函數, 因此能夠獲得比AutoLISPADS 更快的速度。並且ObjectARX 還可以充分利(lì)用Visual C+ + 提供的Micro sof t 基礎類庫 ( MFC) , 能夠最大程度地利用MFC 所提供的方便條件(jiàn)。ObjectARX 由基本ARX 類庫構成, 是典型的文檔(dàng)-控製-視結(jié)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(bìng)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(jì)術, 並通過Object Keys 技術與ARX 類庫交(jiāo)互作用(yòng), 為程(chéng)序員提供了通用的C 語言(yán)接口(kǒu)函數。MCAD API 具有統一的對象引用機製, 統一了API 函數接口, 強化了幾何抽象, 支持幾何變更事(shì)件, 為參數化模型生成過程提(tí)供了統一的集成, 並(bìng)支(zhī)持屬性的創建、定製、附加、查詢和編輯等功能。

 

      同ADS 程序一樣, 利用(yòng)ObjectARX MCADAPI 開發應用程序(xù)時, 必須也有類似ADS main ( )函數的入口函數acrxEnt ryPoint ( ) initApp ( ) unlo adApp( ) 等程序初始(shǐ)化函數。入口函數acrxEntrypoint ( ) 用於MDT 與應用程序進行信息(xī)交換, initApp( ) 函數用於MFC 的初始(shǐ)化(huà)和命令的(de)注冊,unlo adApp( ) 函數用於關閉應用程序(xù)時撤消注冊命令(lìng)和MFC 初始化。

2 基於ObjectARX MCAD API 實現(xiàn)CAD/CAPP 的關鍵技術

 

      2. 1 MDT 環境下箱體類(lèi)零件特征造型和特征庫的建立

 

      MDT 的零件特征分為3 類(lèi): 草圖特(tè)征、放置特征和陣列特征。草圖(tú)特征包括拉(lā)伸、旋轉、掃描(miáo)生成的(de)基本特征; 放置特征包括打孔、倒圓(yuán)、倒角、曲麵切割; 陣列特征包括有圓形(xíng)陣列特征和矩形陣列(liè)特征。

 

     MDT 環境下箱體類零件特征建模過程( 如圖1所(suǒ)示) 的一般步驟為: ( 1)零件設計構(gòu)思(sī); ( 2) 生成基本特征; ( 3) 分析零件; ( 4)生成其餘特征; ( 5) 分析(xī)零件; ( 6) 必要時修改特征。基於上述基本(běn)特征,

 

      可以綜合利用MDT 命令(lìng)、ARX 類庫和MCAD API函數根據實際需要創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(shǔ)性和精度特征屬性(xìng)等。從加工(gōng)角度看,箱體類零件形狀特征可(kě)分為基本特征和複合特(tè)征[ 6]

 

     2. 2 箱體類(lèi)零(líng)件特(tè)征信

 

     息(xī)模型的表達根據需要建立基本特(tè)征和複合特征(zhēng)信(xìn)息的框架表達, 即建立特征數據庫和知識庫, 然後利用MDT的屬性(xìng)和對象鍵( Object Keys) 機製建立工(gōng)藝信息與(yǔ)零件形狀特征模型的動態關聯關係[ 5]

 

     用戶(hù)應(yīng)用程序和MCAD API 之間(jiān)的交互大部分是通過對象鍵( Object Key s) 進行(háng)的, API 函(hán)數中使用Keys 來引用實體, 如幾(jǐ)何鍵(jiàn)( Geometr yKeys) 用來引用幾何對象( 曲麵、曲線、點) ; 使用零件鍵( Part Keys) 和特征鍵( Featur e Keys) 來引用零件和(hé)特(tè)征對象。而引用對(duì)象的必要信息(xī)全部存儲在Key 對象中, Key 傳遞給API 函數時, MDT 係統就會知道是哪個(gè)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(kě)保護應用程序不隨對象的改變而改變。屬性( At t ributes) 是與實體相關聯的數據。屬性可通(tōng)過對象鍵( Object Keys) 機製附加到任何幾何(hé)體上(shàng), 所附加的屬性(xìng)在模型的(de)生成過(guò)程中始終(zhōng)保持有效。屬性的創建一般有兩種(zhǒng)方法: 可實例化(huà)屬性( Attribute class) 和繼(jì)承屬性( Derived class) 。屬性(xìng)的操作有: 定義, 創建, 實例化(huà); 附加, 查詢, 存儲和讀入等。

 

     應用(yòng)程序的數據既可通過屬性附(fù)加等方法隨同MDT 數據庫( . dw g 文件) 一起存儲(chǔ), 也(yě)可以存(cún)儲在外部數據文件中。對於零件總(zǒng)體特征信息通過(guò)屬性機製與特(tè)定零(líng)件之間建立動(dòng)態關聯關係, 而與特征(zhēng)有關(guān)的工藝信息, 如精度特征等則與相應的特征或特征麵之(zhī)間建立動態關聯關係。對於所需的外部數

 

 

     據如加工鏈決策庫、刀具資源(yuán)庫、加工餘量數據庫,可利用ODBC( 開發式數據庫互聯) 建立外部數據庫或數(shù)據文件。

 

      在MDT 零件特征造型的過(guò)程中, 利用MDT屬性和對象鍵(jiàn)( Object Keys) 機製(zhì)編製的應用程序(xù)以交互方式由(yóu)用戶分別定(dìng)義總體特(tè)征和特征工藝信息, 從而建立麵(miàn)向(xiàng)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(tí)取(qǔ)

     建立零件特(tè)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(miàn)向對象框架描(miáo)述(shù)的零件特征信息, 作為後續CAPP 的(de)輸入信息。特(tè)征信息提取主要包括特(tè)征描述信息的提取和特征工藝信息( 特征附加屬性) 的(de)提(tí)取。

 

     特征描述信(xìn)息的提(tí)取是通過特(tè)征描述器進(jìn)行的。特征描述器( Featur e Descripto rs) 包含構造特征的所有信(xìn)息(xī), 內容主要有: ( 1) 特征的一般信息, 如孔的直徑(jìng)、倒圓(yuán)的半徑等; ( 2) 特征的定位信息( Locator); ( 3) 特征終止信(xìn)息( T erminator)

 

     特征工(gōng)藝信息作為特征附加屬性(xìng)是利用MDT的屬性機製實現的(de)。零件特征提取算法的一般步驟如下: ( 1) 選擇零件, 獲(huò)取零件Key, 建立零件對象CPart ; ( 2) 取零件總體特(tè)征數據(jù); ( 3) 取所(suǒ)有加工(gōng)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(shù)數據, 包括特征名稱(chēng)、特(tè)征類型(xíng)、特征尺(chǐ)寸參(cān)數信息、特征的定位信息、特征終止信息等(děng); ( 6) 取特征工藝數據; ( 7) 重複步驟4 6, 直到掃描完零件的所有加工特征(zhēng)。

 

     在程序中, 對於某(mǒu)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。例如, 對於形(xíng)狀特征盲孔通孔而言, 必須提取其兩(liǎng)個基本參數, 即半徑和孔長。該特征(zhēng)通過父類槽(cáo)繼承預先建立的孔類框架FHole 的屬性(xìng)數據、規則和方法, 作為後續特征單元排序和工藝規程生成的推理依據。

 

3  箱(xiāng)體類零件CAD/CAPP 集成係統的框架結構  

 

     零(líng)件信息的描述和處理是箱體類零件CAPP 係統的關鍵之一(yī), 其描述(shù)方法常受(shòu)係統工藝設(shè)計原理和零件幾何特征等因素(sù)的影響。采用MDT 環境下的(de)特征技術則會很好地解決這個問題: MDT 環境下對箱體類零件進行特(tè)征造型, 並通過人機交互方式輸入工(gōng)藝信息(xī), 這(zhè)樣在工藝分析時就可以通過特征識別和(hé)信息提取技術來獲得必要的幾(jǐ)何信息和工藝信息。工藝設計(jì)是CAPP 係統的核心, 根據特征的麵向對象性質, 采用工藝知識的框架(jià)形式的表示方法可以建立起工藝信息與零件特征的動態關(guān)聯, 從而進行工藝推理。

     本CAD/ CAPP 集成係統是作為計算機輔(fǔ)助生產線設計(jì)係統(tǒng)中一個子係統而開發的, 其工作流程是: MDT 特(tè)征造型基礎(chǔ)上, 提取特征幾何信息,通過人機接(jiē)口界麵添加工藝信息, 而後輸入到CAPP 係統中, 通過推理生成加工路線, 為計算機輔助生產線設計提供設計基礎。係統的結構如圖2 所示, 主要包括有(yǒu)控製模塊, 零件工藝輸入模塊(kuài), MDT特征造型模塊, 特征識別與信息提取模塊(kuài), 工藝設計模塊(kuài), 輸出模塊和零件特征工(gōng)藝庫等模塊[ 3, 7]

 

     在應用層主要包括麵向用戶的操作界(jiè)麵、加工鏈決策庫、刀具資源庫、加工餘量數據庫和切削用量庫等數據庫的操作(zuò)。由(yóu)於加工鏈決策庫、刀具資源庫、加工餘量數據庫(kù)和切削用量庫(kù)是外部規則庫, 不同的(de)生產環(huán)境會有不同(tóng)的選擇結果, 因此麵向用戶開放(fàng), 用戶可以進行增(zēng)加、刪除和修改。

 

4 運(yùn)行實例與結論

 

     以某變速箱殼(ké)體為例, 該零件圖如圖3 所示, 其主要(yào)加工特征為孔(kǒng)、麵(miàn)和凸台。通過如圖4 所示的特征(zhēng)信息輸入界麵輸入工藝(yì)信息, 並保存在(zài)程序內部的數據結構中, 從該數據結構中可以提取工藝排序(xù)所需的所有特征信息, 輸出到工藝(yì)排序的應用程序中, 通過CAPP 係統的推理決策, 可得到加工路線如圖5 所示。

 

 

     通過天(tiān)津第一機床廠柔性自(zì)動線快速響應設計係統開發過(guò)程對MDT 的二次開發工具(jù)ObjectARXMCAD API 的(de)實際使用(yòng)表明: 它(tā)可(kě)以使CAD CAPP 間接信息集成; 同時, Window s 95 Windows NT 為(wéi)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(chéng)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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