引言

　　目前，CAD/CAPP集成的主要問題是現有CAD系統輸出的零件信息，從幾何角度來看是一些點、線、面的信息，有的有拓樸關系，有的甚至沒有。顯然，這些幾何信息必須重新組織成CAPP系統所需的、具有加工意義的加工特征及加工表面。此外，CAPP系統還需要材料、表面粗糙度、尺寸公差及形位公差等非幾何信息。但目前大多數CAD系統不能給出這些信息，需要用交互方式補充輸人，工作量大。尤其對于箱體零件，加工特征很多，零件信息輸人工作量大。

　　本文所介紹的CAPP系統采用Pro/E作為開發平臺，充分利用其強大的特征造型能力，采用c語言進行編程實現箱體零件的特征自動識別與提取，建立知識庫與規則庫，實現數控程序的自動生成。

　　1系統的構成

　　本文所介紹的CAPP系統的總體結構如圖1所示，設計遵循以下原則。

　　1)以基于特征設計的方法構造零件設計模型。采用特征設計是實現自動提取的前提。在特征識別時，難免會遇到對低層幾何信息的分析與識別。但只要建立特征為單元的兒何推理機制，就可防止出現特征識別的困難-從離散的幾何、拓樸關系中識別特征。

　　2) 采用CAPP專家系統自動生成數控加工程序，人工干預少，自動化程度高。利用Pro/E的特征造型技術，對箱體零件采用多方位的特征描述方法，參照 Pro/E軟件定義特征的數據結構，定義加工特征庫。通過訪問軟件的數據庫，輔以必要的人機交互輸人、計算、提取所需特征的幾何信息和工藝信息，存儲于加工特征庫中。根據CAPP系統的規則庫，通過推理機制確定數控工藝路線。調用本系統的數控程序生成模塊，根據數控工藝路線，生成數控程序文件。

　　1.1本系統主要功能模塊簡介

　　1) 設計特征模型:采用美國PTC公司開發的機械設計自動化軟件Pro/E，其采用全參數化，基于特征的設計，采用單一的數據庫。在造型上，除了提供常用的特征，如凸塊、孔、槽、倒角、圓角、切塊、筋、基準等之外，還允許采用用戶自定義形狀特征和組合復雜形狀特征，如形面、殼體、三維掃描、過濾、薄壁和其他組合形狀特征。Pro/E的造型過程如圖2所示。

　　圖2

　　除強大的特征造型功能外，Pro/E軟件提供了二次開發工具包，允許用戶利用已有軟件進行開發，允許用戶直接訪問數據庫，對數據庫進行操作。

　　2)特征提取模塊:通過對零件特征的分析，提取所需的加工特征。由于木系統主要針對箱體零件，面向數控加工，故主要對面和孔的特征提取算法作一探討，定義特征結構主要考慮后續工藝設計和數控編程的需要，盡量減少不必要的參數，因此特征的結構盡量簡單和實用。

　　面作為重要的加工特征，在Pro/E造型過程中為設計特征的組成部分。特征由面組成，但并非所有面都需要加工，因此，對于面特征的提取采用鼠標拾取方式。面的數據結構如圖3所示。圖3中面所在的層是反映在每一方位上，可以有多個加工面，根據加工面與坐標零點距離的大小，分為若干層，距離最遠的為第一層，其次為第二層，依次類推。圖3中，U、V為用一最小的矩陣包容此加工面，即矩形的最大、最小x,y,z坐標值。

　　孔的類型很多，有通孔、盲孔、螺紋孔、臺階孔等，雖然類型各不一樣，但都包含圓柱孔的幾何特征，因此，首先，對普通圓柱孔作一分析，在Pro/E中每生成一特征孔，軟件的特征造型模塊將自動為每一孔特征生成一從屬于此孔的軸。即使兩孔完全重合，Pro/E仍將它們定義為不同的孔，這就有幾何尺寸一致，但標識符、指針不同的軸從屬于不同的孔特征。根據以上分析，定義如圖4所示的普通圓柱孔的數據結構。定義圓柱孔的結構之后，任何類型的孔都可在其基礎上進行擴展或組合。定義孔的數據結構之后，可根據不同的面、孔類型建立加工特征庫。在特征識別時，可排除不需要的特征，將需要的特征根據不同的類型。便于以后調用。

　　1.2本系統的特征選擇模塊和程序生成模塊

　　1)加工坐標系選擇模塊:自動產生一缺省坐標系。在特征提取時，特征的所有幾何尺寸都是以此缺省坐標系作為基準的，此缺省坐標系在加工中與加工坐標系可能不一致。因此，需要建立加工坐標系。此模塊的作用就是拾取加工坐標系，生成變換矩陣。

　　2)加工面選擇模塊:采用人機交互方式，用標拾取加工面，確認后從Pro/E的統一數據庫中拾取標識符、指針、法向矢量，得其方位號。根據層次輸人層號，拾取形位公差、表面粗糙度。若未提取出，人機交互輸人，存人加工特征庫中。

　　3) 數控工藝路線生成模塊:以創成為主，人工干預為輔，生成詳細的工藝路線，如圖5所示。箱體零件的加工面主要是孔和面，加工方法比較單純，加工順序比較穩定，確定零件加工過程所需的決策邏輯不復雜。本知識庫采用產生式規則來表達有關工藝設計知識，知識庫與任務緊密相關，用層次規劃對不同的知識進行分層，采用分層的方法來組織管理和運用知識，形成結構化的知識庫。

　　加工方法的確定是通過知識庫分析，整理得到形面類型、尺寸、精度等級及表面粗糙度等相對應的某一固定順序的加工操作序列的加工鏈。加工鏈是加工某表面所要采用加工方法的總和。加工鏈同時給出了特定形面各種加工方法在工藝路線的先后順序。

　　對于特定形面在咨詢該知識庫時，通常只是一種規則被合理觸發，從而找到相匹配的加工鏈。

　　4)數控程序生成模塊:根據數控工藝路線，調用加工特征的參數及工藝知識庫的知識，生成數控機床的數控程序文件，如圖6所示。

　　5)規則庫:存放領域的專家知識規則形式，且各個模塊之間相互獨立。此系統的各個模塊作為Pro/E的子模塊，與Pro/E軟件集成在一起，以菜單的形式出現.

　　2.結語

　　利用Pro/E的特征造型模塊對零件特征信息描述詳細的優勢，開發了一種基于Pro/E面向數控加工的箱體零件CAPP系統，實現了從設計特征到制造特征的自動識別與提取，成功地解決了CAD信息向CAPP系統的轉換，實現了CAD與CAPP集成。以基于特征設計的CAD軟件作為CAPP系統的開發平臺，可以有效地解決零件信息描述和輸人問題。