CAD/CAPP/CAM集成系統在不同的階段需要不同層次的設計和制造信息.在零件結構設計時主要需要基本特征的幾何信息和零件的整體構造信息;在工藝規劃階段則需要各個特征的制造要求和整體零件的制造要求信息;在數控編程酬段則需要用于特征成形和零件整體成形的幾何信息和加工要求信息.為了全面表達零件在集成制造過程印所需的設計和制造信息，便于在集成制造的不同階段順暢地進行信息的提取和交換.本研究分別從特征層和零件層兩個層次來建立回轉體零件統一的全局數據表達模型.特征層的信息模型描述所構成零件的基本幾何特征信息和制造信息.零件層的信息模型表達零件的整體特征構成信息、各個特征問的兼聯與約束以及零件的制造要求等信息.

　　1集成系統的總體模型

　　本CAD/CAPP/CAM集成系統可以完成從結構設計、工藝設計、自動數控編程和加工仿真等一體化制造過程.系統由4個子系統組成：零件結構設計、零件子工藝設計及人工交互工藝編輯、自動數控編程和數控代碼的實時動態仿真.

　　零件結構設計完成零件統一數據模型的建立和完成從零件特征模型到零件統一輪廓表達模型的轉換，為CAPP、CAM子系統提供設計和制造信息.

　　零件子工藝設計及人工交互工藝編輯完成零件的可加工子工藝自動生成和人工交互工藝設計，并為自動編程系統提供編程依據.

　　自動數控編程解釋可加工子工藝自動生成的工藝，形成數控加工代碼.

　　實時動態仿真功能執行零件數控代碼，對零件的數控加工代碼進行合理性檢查并產生仿真報告和顯示仿真結果.系統總體模型如圖1所示.

　　圖1 CAD/CAPP/CAM集成系統總體模型

　　2集成系統的零件設計

　　零件的結構設計過程是建立零件統一數據模型的過程.在集成系統中，以統一數據模型為基礎來組織零件結構設計、工藝規劃和自動編程等活動，當統一數據模型發生變化時，與其相關的設計制造活動均要發生相應的變化.零件結構設計是統一數據模型的信息表達與管理的核心，通過對統一數據模型的操作來實現對相關工藝規劃和自動編程環節的調整和控制.基于對集成系統的建模分析和要求，這里將零件結構設計分為特征層結構設計和零件層結構設計.

　　特征層結構設計是指以構成零件的DM特征為設計對象對其進行詳細結構設計和制造信息集成的設計過程.特征層結構設計主要包括以下內容：1)特征庫的建立，包括基本特征庫和構造特征庫;2)基本特征參數輸入和參數修改;3)特征的詳細結構設計.如倒角、倒圓角等;4)構造特征的結構設計與制造信息集成.如圖2是特征層的對象行為圖，該圖可看出本集成系統面向對象程序設計的對象或對象間的歸納和聚集關系.

　　圖2特征層的對象行為模型

　　零件層設計是在特征層結構設計基礎上用DM特征表達零件的完整構造的設計過程，可以表達零件特征構成、各個特征間的約束關系以及零件整體的制造要求.通過零件層的設計活動，可以實現對零件的不同加工階段的調控.零件層結構設計主要包括以下內容：

　　1)對特征的編輯操作：如特征的插入、刪除、零件調頭等;2)特征間的圓角過渡計算;3)特征表達模型向統一輪廓表達模型的轉換;4)零件技術信息輸入，主要包括零件名稱，編號，繪圖比例，生產批量，毛坯類型及尺寸，材料，熱處理等信息.

　　3 可編程零件加工子工藝自動工藝規劃流程

　　為了使CAPP的作用得到充分的體現，真正地通過CAPP系統來表達設計者的加工意圖，并將這種宏觀上的加工描述直接轉化為對應的數控代碼，須要建立一個對CAPP系統進行集成和解釋的機制，才能使CAPP系統在CAD/CAPP/CAM集成系統中真正地起到橋梁的作用舊.根據統一數據模型的建模思想和零件子工藝的規劃要求，將可編程子工藝路線的自動規劃分為兩個層次：特征層工藝規劃和零件層工藝規劃.

　　特征層工藝規劃針對每一個DM特征，根據其具體的制造要求，生成各特征的加工工步鏈，即特征工藝段.特征工藝段是零件層子工藝路線生成的依據和基礎.

　　零件層子工藝路線自動規劃是對特征層生成的特征工藝段的宏觀排序和優化，經過拓撲排序和宏觀優化后可以得到可被CAM系統直接利用的詳細加工工藝.

　　零件層子工藝設計包括毛坯設計、加工基準選擇、夾緊方式和夾具選擇、工藝路線自動生成、工藝交互編輯和修改等.其中毛坯設計包括毛坯類型、材料的選擇和毛坯尺寸的確定;加衛基準選擇、夾緊方式和夾具選擇、加衛輪廓選擇和加工循環方式選擇均由系統給出多種可行方案，由操作人員具體決策和選用.

　　可編程工藝規劃流程如圖3所示.其中黑線以上部分為零件層子工藝路線規劃，黑線以下部分為特征層子工藝路線規劃.在統一數據模型的基礎上，采用人機交互的工藝設計方法，將零件的工藝規劃劃分為若干可編程子工藝分別進行規劃.先確定構成零件的各DM特征的加工工步鏈，然后對各個特征的加工工步鏈進行組合排序，生成一個零件的加工子工藝.在自動生成零件加工子工藝的基礎上，通過工藝編輯器進行子工藝編輯和重組后，可以生成零件的完整的可加工工藝路線.

　　圖3可編程零件加工子工藝規劃流程

　　4自動數控編程與仿真

　　自動數控編程是把可編程子工藝路線中加工過程的描述轉化為相應的數控代碼，以完成零件的實際加工.在集成系統中，零件是基于DM特征建立起來的，要完成整個零件的加工，需要有對零件整體的加工過程，還要有對構成零件的特征的加工過程.根據統一數據模型的建模要求，將自動數控編程分為兩個層次：特征層自動數控編程和零件層自動數控編程，可以更好地實現從子工藝路線到具體的軌跡生成算法間的映射，同時使零件結構設計、工藝規劃和自動編程在統一數據模型的基礎上得到了高度的統一，以保證各子系統的信息交換可以順暢地進行.

　　特征層自動數控編程是完成單個特征成形的加工過程.特征層的加工過程只涉及待加工特征的表面輪廓.在零件加工子工藝中，單個特征的加工是以加工工步來描述的，而在自動數控編程中單個特征的加工則對應著具體的刀具軌跡規劃算法，如切槽加工在子工藝中表示為切槽加工工步，在自動數控編程中則對應著切槽加工軌跡規劃算法.建立這種映射關系使特征的mI直觀方便啪.本系統的特征層自動數控編程包括：切槽加工、車螺紋、車端面、滾花和鉆孔刀具軌跡規劃等.

　　零件層自動數控編程是完成零件整體或局部表面輪廓的加工過程.零件層的加工將涉及多個待加工特征的表面輪廓，并且以多個特征表面輪廓所構成的完整輪廓為加工對象.本系統的零件層自動數控編程包括：縱向切削、橫向切削和等輪廓切削粗加工切削循環、凹輪廓切削、精切削加工刀具軌跡等，其中的凹輪廓切削加工是一種局部輪廓加工方法.零件層自動數控編程的每一種加工方法在加工子工藝都對應著一個加工工步，可以在自動數控編程中進行統一調度.在集成系統中，建立一個刀具軌跡類來實現統一管理各種切削加工循環方式的刀具軌跡生成.

　　圖4所示為一個軸類零件運行實例.整個零件由圓柱、圓錐、圓弧、螺紋等多個特征構成.其具體加工過程涉及多個加工工步，經過各個子工序組合，完成了整個零件的工藝路線生成及其數控加工仿真.

　　圖4典型軸類零件加工實例

　　5結論

　　利用面向對象建模技術，建立了零件統一數據模型，并以此為基礎建立了支持CAD/CAPP/CAM集成的軟件體系.建立了可編程零件子工藝規劃數據模型，以實現從結構設計到自動數控編程的連接.為了在集成系統中建立順暢的信息提取和交換通道，在人機交互中有效地發揮工藝人員的指導作用，將統一數據模型分為零件層數據模型和特征層數據模型進行表達，并從這兩個層次來統一規劃結構設計、工藝規劃、自動數控編程等制造活動，將工藝人員的智能決策有機地集成在系統中.軟件運行實踐表明該集成方法有較好的效果.