面向特征造型技術(shù)的特種回轉(zhuǎn)面刀具CAPP軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)蔣英蘭王大鎮(zhèn)2劉華明3，韓榮第3(1.集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院;集美大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，福建廈門(mén)361021;3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001)方法。采用VB6 0、VC++RAX開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)了實(shí)用化的特種回轉(zhuǎn)面刀具CAPP軟件系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)中CAD/CAPP的集成技術(shù)和各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，并給出了該系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)例。

　　0刖目特種回轉(zhuǎn)面刀具是用于加工復(fù)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(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展而不斷加。為了高效率、高質(zhì)量地設(shè)計(jì)和制造該類(lèi)刀具，實(shí)現(xiàn)特種回轉(zhuǎn)面刀具CAD/CAPP/CAM的集成化是非常重要的。目前特種回轉(zhuǎn)面刀具CAPP技術(shù)的研究要明顯落后于其CAD、CAM技術(shù)己成為阻礙其高度計(jì)算機(jī)集成化生產(chǎn)的文采用VB6.0、VC+4.0和ARX開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)了微機(jī)版的實(shí)用化特種回轉(zhuǎn)面刀具CAPP軟件系統(tǒng)。

　　1軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)為了產(chǎn)生優(yōu)化的工藝過(guò)程卡、工序卡及工步卡等CAPP技術(shù)文件，并實(shí)現(xiàn)與其它相關(guān)模塊間的信息共享，本軟件具有如下特點(diǎn)：利用特征型技術(shù)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(kù)、知識(shí)庫(kù)及高效的接口;具有管理CAPP文件歷史記錄及具有對(duì)不同型號(hào)刀具進(jìn)行選擇、編輯的能力;具有完善、友好的用戶(hù)界面。

　　1.1行種回轉(zhuǎn)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(yīng)從傳統(tǒng)的實(shí)體造型信息模型轉(zhuǎn)向特征造型信息模型。因?yàn)樘卣髟煨托畔⒛Ｐ途哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)：能更完整地表達(dá)產(chǎn)品的技術(shù)和管理信息;可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高層次上進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員操作的對(duì)象不再是原始的線(xiàn)條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素，如螺紋孔、定位孔等。

　　特種回轉(zhuǎn)面刀具的全生命周期包括產(chǎn)品的市場(chǎng)分析、需求分析、工程設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工、檢驗(yàn)和維護(hù)。從制造的角度來(lái)看，特種回轉(zhuǎn)面刀具的零件信息模型通常包括下面幾個(gè)部分：零件總體信息，包括圖號(hào)、刀具名稱(chēng)、刀具編碼、外形尺寸、材料、重量及毛坯類(lèi)型;零件特征信息，用于描述特種回轉(zhuǎn)面刀具的幾何形狀與拓?fù)湫畔?。主要描述刀具的頂點(diǎn)、邊、面的數(shù)目、類(lèi)型及相互間的連通關(guān)系。對(duì)外特征體素的操作為“并”

　　運(yùn)算對(duì)內(nèi)特征體素為“差”運(yùn)算或“交”運(yùn)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(shù)應(yīng)用于特種回轉(zhuǎn)面刀具的計(jì)算機(jī)集成化生產(chǎn)中，應(yīng)對(duì)特種回轉(zhuǎn)面刀具的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)進(jìn)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(guān)系;幾何元素與參數(shù)相結(jié)合的原則;附加特征的分析原則。

　　采用上述原則，經(jīng)分析特征回轉(zhuǎn)面刀具的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有如下工藝特點(diǎn)：特種回轉(zhuǎn)面刀具的刀頭由復(fù)雜曲面構(gòu)成，如旋轉(zhuǎn)銼、球頭立銑刀等是由復(fù)雜母線(xiàn)構(gòu)成的回轉(zhuǎn)刀具，屬于多坐標(biāo)(如五坐標(biāo))加工零件;具有螺旋線(xiàn)形刀刃和一定的刀槽形狀;數(shù)控加工基礎(chǔ)較好。

　　1.2特種回轉(zhuǎn)面刀具的零件信息輸入方法及CAD/CAPP的集成簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確地描述特種回轉(zhuǎn)面刀具信息，以適合計(jì)算機(jī)的處理并與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用相一致是實(shí)現(xiàn)CAPP的前提條件，同時(shí)對(duì)于CAPP系統(tǒng)的輸出質(zhì)量和運(yùn)行效益也具有決定性的影響。但由于特種回轉(zhuǎn)面刀具的工藝設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性技術(shù)工作，所需處理的信息量大，且信息之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，故成為CAPP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)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(zhuǎn)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(jī)界面交互形式輸入零件信息。

　　具體實(shí)現(xiàn)方法：針對(duì)特種回轉(zhuǎn)面刀具的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)，首先將特征分為三類(lèi)：主特征、表面特征和端面特征。如所示。

　　特種回轉(zhuǎn)面刀具的特征分類(lèi)特種回轉(zhuǎn)面刀具的主特征有圓柱、錐臺(tái)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(tái)體、球體三大類(lèi)復(fù)合特征。通常，特征模型的構(gòu)成為：主特征+端部特征+表面特征。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)方式對(duì)各類(lèi)形面要素的特征、參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，保證輸入的參數(shù)準(zhǔn)確，特征可靠。如為特種回轉(zhuǎn)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(lái)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(jié)果的直接傳輸。但由于CAD和CAPP的側(cè)重點(diǎn)和目的不同，兩者雖然共享一個(gè)特征模型，但在特征的表示、組織、調(diào)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(duì)于CAD，特征造型是個(gè)參數(shù)化的變量設(shè)計(jì)工具，因此，CAD的特征表示既要包括細(xì)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(lèi)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(gòu)成零件的方式不同。CAD中的特征本身都處于同一級(jí)中，沒(méi)有主輔之分，其從屬關(guān)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(chǔ)，在主型面上逐級(jí)附加輔助型面，即主型面處于同一級(jí)上，輔助型面附屬于主型面或上一級(jí)輔助型面。

　　在特征調(diào)用的方式上，CAD的特征信息集中，從一個(gè)特征的調(diào)用可以同時(shí)了解一組特征。而CAPP的特征信息分散，為了了解一個(gè)特征的組成及與相鄰特征之間的關(guān)系，必須同時(shí)找到相應(yīng)的謂詞，才能了解該特征的相應(yīng)位置。

　　由此可見(jiàn)，若要實(shí)現(xiàn)CAD特征造型結(jié)果直接傳輸給CAPP，必須要有相應(yīng)的接口，以達(dá)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(shí)現(xiàn)需要將CAD中的樹(shù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的主、輔結(jié)構(gòu)，并將CAD中有關(guān)一個(gè)特征的集中信息分散在相關(guān)的多個(gè)謂詞中。

　　接口的程度實(shí)現(xiàn)在CAD特征造型系統(tǒng)中，針對(duì)特種回轉(zhuǎn)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(hào)InsPointins;插入點(diǎn)坐標(biāo)inttype;類(lèi)型，1=圓柱體，2=錐臺(tái)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(jié)構(gòu)//表面特征序號(hào)InsPointins;/插入點(diǎn)坐標(biāo)inttype;/類(lèi)型，1=削平，2=待擴(kuò)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(jié)構(gòu)部特征fie-fea;//所依附的特征指針指針這樣CAD特征造型的結(jié)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(shí)現(xiàn)CAD特征造型結(jié)果向CAPP的傳輸。

　　1.3特種回轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)過(guò)程中所使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，工藝知識(shí)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(shí)的表達(dá)是通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用于工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有串、表、棧、樹(shù)、圖及框架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。

　　為此，本系統(tǒng)構(gòu)造了以工序?yàn)橹麈湹摹肮ば?工步二叉樹(shù)”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將各種工藝信息用對(duì)象與鏈表掛于工序或工步節(jié)點(diǎn)之后，從而完成了工藝規(guī)程信息的建立。

　　(2)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)接口本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用了便于桌面管理、可靈活操作的ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)的DAO方式，即MicrosoftJet數(shù)據(jù)庫(kù)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(yùn)行特種回轉(zhuǎn)面CAPP系統(tǒng)得到的球頭立銑刀工藝過(guò)程卡二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)的工步節(jié)點(diǎn)2特種回轉(zhuǎn)面刀具CAPP軟件系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例0開(kāi)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(yǔ)言，利用ARX開(kāi)發(fā)工具在AutoCAD2000上開(kāi)發(fā);②CAPP模塊，利用VB6.0開(kāi)發(fā)，工藝支撐數(shù)據(jù)庫(kù)采用ACCESS2000，為運(yùn)行該系統(tǒng)得到的球頭立銑刀工藝過(guò)程卡。

　　該系統(tǒng)目前已成為實(shí)用化的應(yīng)用軟件，在哈爾濱二五四廠運(yùn)行以來(lái)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效果。用戶(hù)反映系統(tǒng)集成度高，用戶(hù)界面友好，易學(xué)易用，符合工程人員的工作習(xí)慣，具有較高的實(shí)用價(jià)值。