如何從CAD 系統模型中獲取CAPP 所需信息是目前研究CAD/ CAPP 信息集成的一個關鍵問題.現代商品軟件MDT ( Mechanical Desktop) 是基于AutoCAD 軟件包開發的新一代特征造型系統, 實現了微機平臺上的三維實體造型( 3D Solid Modelling) 功能.
MDT ARX 開發環境是AutoCAD 的一種新的二次開發手段, 它是由ARX 核心類庫, MCAD API庫構成可以直接訪問AutoCAD 數據庫結構、圖形及CAD 幾何造型核心, 建立加工特征的識別系統對已完成的零件實體模型按加工特征進行識別與參數提取, 解決與CAPP 系統的集成問題. 我們以箱體類零件為例, 利用面向對象技術對API 函數進行封裝, 對API 函數的功能進行分類整理, 建立了一套較完整的實用工具類庫API CLASS. 針對箱體類零件加工特征的特點, 開發了一個基于MDTAPI 加工特征識別與提取系統, 并與面向 柔性生產線 的箱體類零件CAPP 系統實現了初步集成.從而提供了一種從外部( 指其他應用程序) 對全部數據結構進行控制和管理的途徑.
1 MDT 零件造型特征與箱體類零件加工特征
MDT 的零件特征分為三類: 草圖特征、放置特征和陣列特征. 其中草圖特征為拉伸、旋轉、掃掠生成的基本特征; 放置特征是打孔、倒圓、倒角和曲面切割; 陣列特征分為圓形陣列特征和矩形陣列特征.
從加工角度看, 箱體類零件形狀特征分為基本特征和復合特征. 所謂基本特征是單一的、連的、相對獨立的簡單幾何形狀, 與其他特征信息無相互位置與連接次序的拓撲關系, 描述的是零件的基本幾何型面( 諸如直孔、螺紋孔、槽、凸臺等) ; 復合特征從形式上看是基本特征的組合, 體現了各個基本特征之間相互位置關系與連接次序的拓撲關系, 但從制定加工工藝時的易加工性方面( 與刀具形狀、路徑的映射關系) 考慮的特征類型, 易加工性指的是保證尺寸和位置精度下的快捷加工, 從總體來看是基本特征在功能、結構與工藝特點上的有機結合. 如圖1.
比較兩類特征, 造型特征側重于實體, 加工特征側重于型面. 所以, 針對基本特征有些可以從MDT 中直接提取相應的造型特征及其相應的參數, MDT 中陣列特征也可為復合特征提供可參考的信息, 但從滿足整個零件特征的加工工藝角度考慮, 應對從MDT 中提取的特征做些后置處理. 比如: 在MDT零件特征造型中, 用放置特征類型的打孔方式繪制孔1、孔2 ( 孔1 與孔2 不是沉頭孔) 且均以A 面為草圖平面( 如圖2) , 這樣對孔1 與孔2 用MDT API 函數提取時, 方向矢量相同. 所以在面向CAPP 進行特征處理時, 可先將孔1 和孔2 分別定為特征孔1, 特征孔2. 若孔1 是孔2 的同軸度基準, 加工順序為F孔1- > F孔2; 否則F孔2- > F孔1. 從表面來看, 這兩種方法變化不大, 但在計算切削時間上差異顯著. 即切削路徑為: 方法1: l1 和l2; 方法2: l2 和l1- l2. 特征工藝信息說明各特征之間的拓撲關系, 諸如有同軸度的孔形成同軸孔系; 有平行度要求的孔或面形成平行軸孔系或平行平面系列等. 所以為了滿足與后續子系統( CAPP 系統) 信息集成的需要, 將各個特征的工藝屬性( 精度、粗糙度、形位公差等) 添加到特征的數據結構中, 構成零件產品定義模型.
2 加工特征識別與參數提取
特征數據模型包括描述特征的全部信息, 即特征自身數據信息 ( 特征本身幾何尺寸、定位坐標、工藝特性、精度、粗糙度等) 和表示特征之間相互關聯的拓撲信息( 關聯尺寸、位置公差等) . 特征的幾何尺寸、坐標數據提取完全依賴于CAD 系統底層數據結構的開放程度. 通過標準文件格式接口直接訪問、自動交換所有相關信息. 而特征工藝信息是通過人機交互界面添加到相應的特征項中.
特征信息識別系統是在面向對象框架語言的基礎上開發的特征描述語言, 自動生成特征描述框架, 填充有關的槽值. 特征描述信息的提取是通過特征描述器( Feature Descriptors) 進行的.
MDT 提供了強大的API 函數來進行特征及其參數的識別與提取. 最直接的方法是在開發的程序中調用MDT API 函數amiGetPartFeat s ( ) ( 特征的識別與提取) 和amiGetFeatParams ( ) ( 特征參數的識別與提取) .形狀特征識別和提取模塊程序由Visual C++ 結合MDT 的API 函數寫成. 該程序段主要由接口程序和主程序組成. 在主程序中, 可調入MDT 類庫中的用于識別和提取特征的API 函數 ( 如圖3 所示) , 接口程序的作用是把MDT 環境和V isual C + + 程序開發環境連接起來, 利用Microsof t V isual C+ + 和MFC 類庫的可視化工具建立可在MDT 環境中運行的人機接口界面,如各種信息輸入對話框. 在V isual C+ + 開發環境下進行編譯調試, 最后生成動態庫ARX (ADS Runt ime Ex tension) , 載入MDT 環境.
2. 1 特征的拾取方式
( 1) 人工識別特征: 設計者在與各個加工特征對應的造型特征處用鼠標逐個拾取( pick up) 相應的型面, 得到該特征的幾何信息.
( 2) 自動識別特征: 用鼠標直接拾取( pick up) 零件, 則自動生成零件的全部幾何信息.
2. 2 零件特征的后置處理
無論是用鼠標人工有選擇地拾取, 還是點取零件自動得到全部特征信息, 所獲取的只是幾何參數, 描述特征的工藝信息則是通過人機界面對應輸入的. 所以對零件特征要進行以下幾步處理, 即所謂的 后置處理 過程.
( 1) 通過各特征的方向矢量及類型, 自動生成特征編碼.
箱體類零件采用方向描述的方法. 零件上有待加工特征的型面叫方位面, 以特征所在方位面的方向矢量作為零件特征的定位描述方向. 通過對零件特征方位面的編碼, 在工藝規劃中計算機可以很方便地識別出加工特征的具體方位, 進刀方向以及易于選擇工作臺的類型( 固定式或可轉位式) 等.
在提取零件特征時會自動生成特征的方向矢量( cosa, cosβ, cosγ) , 其中cosa、cosβ、cosγ分別表示為某一特征所在方位面的法向矢量與X 軸, Y 軸, Z 軸的夾角余弦. 所以零件特征的方位面可用它的法向矢量與投影在坐標系坐標平面的方向余弦來表示, 見表1:
特征拾取時自動生成類型編碼為4 位碼輸入相關信息, 生成全部特征序列.
“XXXX”, 第1 位為方位編碼; 第2 位為類型碼,
面= “ 1”, 孔= “ 0”; 第3 位為類別碼, 直孔=” 1”, 沉頭孔= “ 2”, 倒角孔= “3”, 凸臺= “4”, 槽= “ 5”, 平面= “ 6”, 矩形陣列= “ 7”,圓形陣列= “ 8”; 第4 位為螺紋標識碼= “ 8”.同樣特征類型編碼也是易于計算機在后續CAPP系統中的處理.
( 2) 零件特征總體信息和工藝信息的輸入過程.零件總體信息包括零件的名稱、型號、材料和生產批量等; 工藝信息包括描述待加工特征的精度、粗糙度、形位公差等. 對于人工拾取: 通過人機界面進行添加, 生成特征鏈表結構. 對于自動提取: 通過人機界面先刪除非加工特征, 再所以特征模型信息描述如下:
特征( xx xx ) : : = 方位面名稱/ 特征類型/ 特征名稱/ 毛坯形式/ 幾何尺寸/ 表面粗糙度/ 形狀公差/ 位置公差/ 特征基準識別. 陣列特征: : = 特征名稱/ 被陣列特征/ 陣列參數/ 相關尺寸/位置公差. 復合特征: : = 特征名稱/ 組合特征數目/ 被組合特征名稱/ 相關尺寸/ 位置公差.
( 3) 特征歸一化操作: 確定基本特征庫, 復合特征庫, 陣列特征庫. 如圖4.
3 CAD/ CAPP 信息集成
本系統是在Window s NT 操作系統上, 用Visual C+ + 5. 0 調用MFC 類庫、ARX 核心類庫, 及MDT API 函數庫進行MDT 二次開發的ARX 程序. 在MDT 零件特征造型的過程中, 利用MDT 屬性和對象鍵( Object Keys) 機制編制的應用程序, 以交互方式由用戶分別定義總體特征和工藝特征信息, 從而建立面向CAPP 的箱體類零件完整的加工特征信息模型. 如圖5 所示.
在計算機內部處理過程中, 特征工藝信息( 尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等) , 皆與具體形狀有關. 其中尺寸公差和某些形位公差與三維CAD 模型的型面、邊相關. 表面粗糙度和某些形位公差則與模型的型面相關.
當輸入尺寸公差時, 可設置一個指針, 指向特征有公差要求的尺寸. 在形狀公差中, 除了直線度公差指向要求的直線度邊外, 其余公差指針都指向要求該項公差的某個型面. 對于位置公差, 由于涉及到兩個或兩個以上的面, 故指針必須同時指向所涉及到的所有型面, 并指明哪個是基準面. 由于表面粗糙度只涉及到一個型面, 故指針只要指向該型面即可. 在計算機內部實現時, 可用帶參數的函數來表示, 說明如下:
dimtolerance ( double value, int code, DataT ype*p) / / 尺寸公差函數, 其中value 為公差, code 為配合代號, p 是指針;
shapetolerance ( int type, double value, DataType* p ) / / 形狀公差, 其中type 為類別, value 為
公差, p 是指針;
pos t olerance ( int type, double value, DataT ype* p, int BaseFace, int other 〔 〕 / / 位置公差,其中type 為類別, value 為公差, p 是指針, BaseFace 是基準面, other 〔 〕 是其它面; roug hness ( double value, DataType * p) / / 粗糙度, 其中value 是粗糙度值, p 是指針.
注: DataType 為指針所指特征的數據類型.
當描述加工特征的所有信息生成后, 在計算機內部以鏈表結構存儲在零件的定義數據模型中, 無須建立中性接口文件而直接傳遞給下續的CAPP 系統, 實現無縫連接.
4 結束語
在MDT 環境下, 利用已開發的工具類庫API 函數, 開發人員可以方便地對三維實體零件采用自動識別與人工識別( 菜單選擇) 相結合的方式進行加工特征幾何信息的提取, 最有效地發揮Auto-CAD 的功能, 以確保CAD 底層數據對各應用模塊進行信息傳遞的可靠性. 通過人機交互界面方式對應各個特征添加工藝信息, 并進行歸類, 構成箱體.
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