CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)在不同的階段需要不同層次的設(shè)計和制造信息.在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要需要基本特征的幾何信息和零件的整體構(gòu)造信息;在工藝規(guī)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(shù)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(shè)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(zhuǎn)體零件統(tǒng)一的全局數(shù)據(jù)表達模型.特征層的信息模型描述所構(gòu)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(gòu)成信息、各個特征問的兼聯(lián)與約束以及零件的制造要求等信息.

　　1集成系統(tǒng)的總體模型

　　本CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)可以完成從結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計、自動數(shù)控編程和加工仿真等一體化制造過程.系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成：零件結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件子工藝設(shè)計及人工交互工藝編輯、自動數(shù)控編程和數(shù)控代碼的實時動態(tài)仿真.

　　零件結(jié)構(gòu)設(shè)計完成零件統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的建立和完成從零件特征模型到零件統(tǒng)一輪廓表達模型的轉(zhuǎn)換，為CAPP、CAM子系統(tǒng)提供設(shè)計和制造信息.

　　零件子工藝設(shè)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(shè)計，并為自動編程系統(tǒng)提供編程依據(jù).

　　自動數(shù)控編程解釋可加工子工藝自動生成的工藝，形成數(shù)控加工代碼.

　　實時動態(tài)仿真功能執(zhí)行零件數(shù)控代碼，對零件的數(shù)控加工代碼進行合理性檢查并產(chǎn)生仿真報告和顯示仿真結(jié)果.系統(tǒng)總體模型如圖1所示.

　　圖1 CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)總體模型

　　2集成系統(tǒng)的零件設(shè)計

　　零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程是建立零件統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的過程.在集成系統(tǒng)中，以統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)來組織零件結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝規(guī)劃和自動編程等活動，當統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型發(fā)生變化時，與其相關(guān)的設(shè)計制造活動均要發(fā)生相應的變化.零件結(jié)構(gòu)設(shè)計是統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的信息表達與管理的核心，通過對統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的操作來實現(xiàn)對相關(guān)工藝規(guī)劃和自動編程環(huán)節(jié)的調(diào)整和控制.基于對集成系統(tǒng)的建模分析和要求，這里將零件結(jié)構(gòu)設(shè)計分為特征層結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件層結(jié)構(gòu)設(shè)計.

　　特征層結(jié)構(gòu)設(shè)計是指以構(gòu)成零件的DM特征為設(shè)計對象對其進行詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造信息集成的設(shè)計過程.特征層結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：1)特征庫的建立，包括基本特征庫和構(gòu)造特征庫;2)基本特征參數(shù)輸入和參數(shù)修改;3)特征的詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計.如倒角、倒圓角等;4)構(gòu)造特征的結(jié)構(gòu)設(shè)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(tǒng)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的對象或?qū)ο箝g的歸納和聚集關(guān)系.

　　圖2特征層的對象行為模型

　　零件層設(shè)計是在特征層結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上用DM特征表達零件的完整構(gòu)造的設(shè)計過程，可以表達零件特征構(gòu)成、各個特征間的約束關(guān)系以及零件整體的制造要求.通過零件層的設(shè)計活動，可以實現(xiàn)對零件的不同加工階段的調(diào)控.零件層結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：

　　1)對特征的編輯操作：如特征的插入、刪除、零件調(diào)頭等;2)特征間的圓角過渡計算;3)特征表達模型向統(tǒng)一輪廓表達模型的轉(zhuǎn)換;4)零件技術(shù)信息輸入，主要包括零件名稱，編號，繪圖比例，生產(chǎn)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(guī)劃流程

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

　　特征層工藝規(guī)劃針對每一個DM特征，根據(jù)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(jù)和基礎(chǔ).

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

　　零件層子工藝設(shè)計包括毛坯設(shè)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(shè)計包括毛坯類型、材料的選擇和毛坯尺寸的確定;加衛(wèi)基準選擇、夾緊方式和夾具選擇、加衛(wèi)輪廓選擇和加工循環(huán)方式選擇均由系統(tǒng)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(guī)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(guī)劃，黑線以下部分為特征層子工藝路線規(guī)劃.在統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，采用人機交互的工藝設(shè)計方法，將零件的工藝規(guī)劃劃分為若干可編程子工藝分別進行規(guī)劃.先確定構(gòu)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(chǔ)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(guī)劃流程

　　4自動數(shù)控編程與仿真

　　自動數(shù)控編程是把可編程子工藝路線中加工過程的描述轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)控代碼，以完成零件的實際加工.在集成系統(tǒng)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(gòu)成零件的特征的加工過程.根據(jù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的建模要求，將自動數(shù)控編程分為兩個層次：特征層自動數(shù)控編程和零件層自動數(shù)控編程，可以更好地實現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝規(guī)劃和自動編程在統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上得到了高度的統(tǒng)一，以保證各子系統(tǒng)的信息交換可以順暢地進行.

　　特征層自動數(shù)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(shù)控編程中單個特征的加工則對應著具體的刀具軌跡規(guī)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(shù)控編程中則對應著切槽加工軌跡規(guī)劃算法.建立這種映射關(guān)系使特征的mI直觀方便啪.本系統(tǒng)的特征層自動數(shù)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(guī)劃等.

　　零件層自動數(shù)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(gòu)成的完整輪廓為加工對象.本系統(tǒng)的零件層自動數(shù)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(huán)、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(shù)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(shù)控編程中進行統(tǒng)一調(diào)度.在集成系統(tǒng)中，建立一個刀具軌跡類來實現(xiàn)統(tǒng)一管理各種切削加工循環(huán)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(gòu)成.其具體加工過程涉及多個加工工步，經(jīng)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(shù)控加工仿真.

　　圖4典型軸類零件加工實例

　　5結(jié)論

　　利用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，建立了零件統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，并以此為基礎(chǔ)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(guī)劃數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)從結(jié)構(gòu)設(shè)計到自動數(shù)控編程的連接.為了在集成系統(tǒng)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(fā)揮工藝人員的指導作用，將統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型分為零件層數(shù)據(jù)模型和特征層數(shù)據(jù)模型進行表達，并從這兩個層次來統(tǒng)一規(guī)劃結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝規(guī)劃、自動數(shù)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(tǒng)中.軟件運行實踐表明該集成方法有較好的效果.