1 引言

　　目前三維CAD/CAPP系統在采用直接集成方法時，大多通過開發專門的特征識別模塊，以提取CAD模型中的幾何信息和特征信息，以供CAPP系統使用。這種集成方法對特征識別技術的成熟度和可靠度要求較高，不僅技術難度大，而且～旦特征識別的結果出現偏差，將直接導致CAPP源頭數據的錯誤。此外。通過特征識別方法實現集成，無法體現出三維CAPP在工藝流程編制、工序簡圖繪制方面的優勢。以回轉體類零件為例，研究特征設計方法與三維CADICAPP集成系統，采用直接集成方法，避開了特征識別模塊的開發，基于SolidWorks軟件提供的特征設計工具和配置管理工具，有效地實現了CAD/CAPP系統的集成，大大提高了回轉體類零件工藝設計的效率。

　　2 CAD/CAPP直接集成存在的問題

　　2.1 特征識別技術成為集成的關鍵與瓶頸

　　在CAD/CAPP直接集成方法中，特征識別技術成為集成成功與否的關鍵。特征識別主要是對幾何模型進行解釋。以鑒別出特定應用的特征，它是將幾何模型與一些預先定義好的“樣板特征”進行比較，從而確定相匹配的特征實體。然而，特征識別方法本身也存在一些缺陷。如對于曲面特征和相交特征，識別難度大、容易出錯;對于復雜零件的特征識別，計算量大，識別效率不理想;對于復雜特征的識別，容易產生多重解釋，需要人為判斷與修正。基于這些原因，致使特征識別技術成為CAD/CAPP直接集成方法的瓶頸。

　　2.2 特征模型包含的數據無法滿足工藝要求

　　通過特征識別技術得到的特征模型，一般只含有零件的幾何信息，沒有包含零件的工藝信息，如尺寸公差、材質、表面粗糙度、加工精度等級等。現在人們已經普遍認識到這種狀況不合理，應該改變。雖然特征識別技術現在已經能夠從CAD模型中提取出部分工藝信息，但仍然無法滿足CAPP系統的要求。例如特征模型經過特征識別后得到的信息只能輔助CAPP系統中工藝裝備的設計。基于特征信息進行工藝決策自動生成工藝流程，雖然具有一定的工藝智能性，但技術難度大，工藝流程的合理性欠佳，目前也尚無成熟的系統出現。另外，對特征模型進行特征識別，無法模擬CAPP系統中零件從毛坯到成品的變化過程。

　　2.3 工序模型和工序簡圖的繪制工作量大，效率低

　　工序簡圖是機械加工的圖形表達形式，它和工藝設計卡片一起作為車間生產的指導性文件。用手工方法繪制工序簡圖效率低、工作量大、標準化程度差，而且不能與工序模型動態關聯，一旦三維工序模型發生更改，工序簡圖需要重新繪制。在三維CAPP系統中，只有工序簡圖自動從工序模型派生，才能從根本上減少繪制和修改簡圖的工作量，那么工序模型的設計自然而然成為了提高工序簡圖繪制效率的關鍵。特征識別無法模擬零件的工藝成型過程，因而不能有效提高工序模型的設計效率，進而對整個CAPP系統的運行效率產生影響。

　　3 面向工藝的特征設計技術

　　3.1 特征的分類與定義

　　基于特征設計的CAD造型方法，是由設計人員按照特征建立產品模型，在設計、制造、分析等各個階段都采用特征進行信息的存儲和處理。在零件設計時，采用形狀特征來構成零件的結構。回轉體類零件的形狀特征可以分為主要特征、輔助特征和基準特征，結合回轉體零件的加工方法，主要特征和輔助特征又分為外特征和內特征。主要特征是構成零件基體的主要元素;輔助特征依附于主特征，對主特征的局部結構進行描述;基準特征是特征之間進行定位和參考的依據，包括基準點、基準線、基準面、基準坐標系等。在進行特征拼合時，特征之間的位置和尺寸約束直接決定了特征建模的成功與否。為此，在定義特征時，為每—個特征都添加了參考引用和尺寸。參考引用是將特征添加到特征模型中時與其他特征進行拼合的依據，所有的特征都至少包含一個方位基準面參考。尺寸是對特征進行幾何修改的依據。特征定義的關系圖，如圖l所示。

　　圖1 特征定義關系圖

　　3.2 面向工藝過程的特征設計方法

　　面向工藝過程的特征設計方法，通過特征建模的形式來模擬零件從毛坯到成品的變化過程。這種設計方法要求產品設計人員熟悉產品的制造工藝。在進行特征建模之前，首先根據產品的工藝過程將零件進行分解，獲得每道工序所對應的工序模型;然后根據工序模型所包含的特征，從已經建立好的特征庫中尋找相應的特征本體;再將特征在設計窗口中實例化后，通過特征拼合的方式進行特征建模，最終得到完整的產品模型。回轉體零件的特征建模過程，如圖2所示。

　　圖2 面向工藝過程的特征建模

　　3.3 特征模型與CAPP中工序模型的關聯

　　在三維CAPP系統中，工序簡圖是從工序模氆派生的。如何準確快速地設計每道工序對應的工序模型，成為提高工藝設計效率的主要因素之一。在CAD/CAPP集成系統中，如何將特征模型與CAPP中的工序模型進行關聯，自然成為了研究的熱點。系統利用面向工藝過程的特征設計方法，結合SolidWorks平臺提供的配置功能，有效地實現了特征模型與工序模型的關聯，極大地提高了CAPP系統中工序簡圖的繪制效率。在工藝設計過程中，每道工序對應—個工序模型，同時該工序模型對應產品特征模型的一種配置。配置是在產品特征模型的基礎上，完全通過特征的壓縮與釋放得到的。特征模型與工序模型之間的映射關系，如圖3所示。

　　圖3 特征模型與工序模型的映射關聯

　　利用提出的面向工藝過程的特征設計方法進行產品的特征建模，可以非常輕松地獲得特征模型的不同配置，從而得到每道工序的工序模型。同時，在工藝設計過程中，工藝尺寸的修改可以直接驅動工序模型的尺寸，工序簡圖則會自動刷新。另外，與該工藝尺寸相關的其他工序中的工藝尺寸和工序模型也會相應自動刷新，有效地實現了工序模型與工序簡圖之間的橫向、縱向關聯，極大地提高了工藝設計的效率。

　　3.4 特征信息與工藝信息的關聯

　　特征信息與工藝信息的相互關聯，如圖4所示。

　　圖4 特征信息與工藝信息的關聯

　　4 應用實例

　　以工程油缸中的導向套零件為例，在SolidWorks平臺上進行特征建模時，首先應建立好完備的產品特征庫。導向套零件包含圓柱基體特征，端面臺階特征，內部槽特征，孔特征，圓角特征，倒角特征等。在特征定義時，為每個特征指定參考和尺寸(圖略)。對端面臺階特征的定義及其與圓柱基體特征的拼合。根據零件的結構特征和工藝過程，將導向套分解為下料、車左端外圓及端面、車右端外圓及端面、車端面溝槽等設計特征;再利用SolidWorks軟件提供的庫特征功能，按照面向工藝過程的特征設計方法進行特征建模;最后得到產品的特征模型。

　　在進行工藝設汁時，首先從特征屬性中提取工藝流程信息;然后通過特征的壓縮與釋方如進行工序模型的側十。每道工序對應特征模型的一種配置，導向套零件的配置信息(圖略)。每道工序的工序簡圖由工序模型自動派生，工序尺寸可以從工序模型屬性中提取.也可以通過人機交互的方式從模型結構上拾取。最后將工藝裝備等相關的工藝信息全部存棍倒工藝數據庫及工序模型的配置屬性中，以供二雛工藝卡片設計時直接直接調用，最終生成的工藝卡片信息。

　　5 結語

　　研究了面向工藝過程的特征設計方法與CAD/CAPP集成技術方案;分析了需要解決的若干關鍵技術，并以SolidWorks為平臺，通過詳細的實例，闡述了特征設計方法在特征建模過程中的應用以及集成過程中信息的關聯，對CAD/CAPP系統集成技術的研究具有一定的參考意義。在后續的研究工作中，建立設計特征與加工特征之間的映射關系，同時將工藝決策的信息融入到集成過程中，可以有效地實現CAD/CAPP集成系統的智能化。