1 引言

　　工序圖是工藝設(shè)計結(jié)果的圖形表達(dá)式，也是工藝文件中重要的組成部分[1]。工序圖的信息來源于零件描述信息和工藝過程文件[2]。在CAD/CAPP集成系統(tǒng)中，工藝過程的設(shè)計是自動進(jìn)行的，工序圖的設(shè)計也應(yīng)自動生成。然而工序圖的自動生成與手工繪制是兩種完全不同的概念，主要面臨如下幾個困難。

　　(1)與工藝設(shè)計的同步問題。在整個CAPP系統(tǒng)中，工藝過程的設(shè)計變化要實(shí)時地反映到工序圖上。同時，工序圖所作的修改也能實(shí)時地反饋到工藝文件進(jìn)行修改，即實(shí)現(xiàn)雙向互動或互操作。

　　(2)工序圖的生成是一個動態(tài)非線性過程[2][3]。工序圖總是隨著加工過程的進(jìn)行在不斷的變化，無法用一種固定的算法和方式繪制。

　　(3)工序圖自動生成是一個完全由參數(shù)驅(qū)動的繪圖過程[4]，而參數(shù)化繪圖目前還只能應(yīng)用于一些比較簡單的零件上(如軸類零件)。

　　(4)零件種類千差萬別，很難用一種固定的方法繪制所有類型的全部工序圖。

　　由此可見，在CAD/CAPP集成系統(tǒng)中，CAPP工序圖的自動生成一直是一項(xiàng)難度比較大的關(guān)鍵性課題。

　　本文主要闡述了一種比較通用的CAD/CAPP集成系統(tǒng)下的CAPP工序圖自動生成系統(tǒng)，并舉出實(shí)例說明該方法在Pro/ENGINEER下的可行性。

　　2 CAPP工序圖的生成機(jī)理

　　CAPP工序圖自動生成的一個重要機(jī)理是自后往前的反推法。即：以三維零件模型為基礎(chǔ)，根據(jù)工序在狀態(tài)中已經(jīng)形成的特征，一方面通過刪除尚未加工的某些零件特征，另一方面根據(jù)工序尺寸修改某些特征的參數(shù)，生成某工序的三維工件模型，再生成二維工序圖。

　　具體過程如下：從工藝路線的最后一道工序出發(fā)，將該工序所加工的所有特征的工序尺寸及其工藝信息去覆蓋零件信息模型里的相應(yīng)數(shù)據(jù)，覆蓋后就相當(dāng)于刷新一遍。這個新的信息模型就代表當(dāng)前工序，如此一道工序一道工序地往前推，直到毛坯狀態(tài)。實(shí)際上刷新的過程就相當(dāng)于把加工過的材料再次“補(bǔ)”回去。如此得到每道工序的工件信息模型。再根據(jù)每個工件信息模型，調(diào)用CAD的一些API函數(shù)，就得到該道工序的工序圖，最后得到的是毛坯圖。

　　這種“自后往前”的生成方式帶來的優(yōu)點(diǎn)是：首先，出發(fā)點(diǎn)的狀態(tài)明確，可通過程序確定加工過程中的狀態(tài);第二，工序圖的生成過程是由復(fù)雜到簡單，設(shè)計的自由度減少，給程序處理帶來了很大方便。

　　3 工序圖自動生成方式及生成流程

　　根據(jù)工序圖自動生成機(jī)理，有兩種生成方式：一是基于樣板圖的生成方式，二是基于三維工件模型的生成方式。前者主要應(yīng)用于大規(guī)模、系列化生產(chǎn)，后者對復(fù)雜形狀的零件比較適用。

　　3.1 基于樣板圖的生成方式

　　該方法的原理：采用基于工藝樣板圖尺寸置換的方法，即預(yù)先建立好樣板圖，然后自動調(diào)入樣板圖，將來自工藝數(shù)據(jù)庫中的尺寸信息載入樣板，即得到工序簡圖。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、方便。基于樣板圖的自動生成流程如圖1所示。

　　圖1 基于樣板圖的自動生成流程

　　3.1.1 樣板圖的建立

　　預(yù)先建立各種典型零件的工序樣板圖。樣板圖的建立方式，采用從后往前的反推法，依次建立。對于那些形狀極為相似的前后工序，可以共同建立一個樣板，標(biāo)出尺寸代號，如直徑，可以標(biāo)一個D。然后，將所有樣板圖都建立圖號，存入圖形數(shù)據(jù)庫中。

　　3.1.2 樣板圖的調(diào)用

　　根據(jù)工藝設(shè)計系統(tǒng)提供的當(dāng)前工序信息，得知其編號，然后自動從圖形數(shù)據(jù)庫中復(fù)制該樣板圖。

　　3.1.3 尺寸自動替換和驅(qū)動

　　根據(jù)預(yù)先建立好的工藝樣板圖中尺寸符號和加工特征參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系參照表，從工藝數(shù)據(jù)庫中讀取尺寸信息，然后自動替換樣板中的參數(shù)符號。

　　3.1.4 編輯修改

　　上面的過程基本上已經(jīng)生成了工序簡圖，這一步僅僅是對它進(jìn)行完善(必要時)。如對尺寸值、偏差、粗糙度、形位公差以及定位夾緊符號等進(jìn)行局部的整理和修改，并插入一些特殊的工藝符號等。

　　3.1.5 工序簡圖的輸出

　　將生成的工序簡圖以DXF格式自動存入圖形數(shù)據(jù)庫。

　　3.2 基于三維工件模型的生成方式

　　該方法的原理：首先，根據(jù)CAD系統(tǒng)中的零件模型(特征模型)信息，并結(jié)合CAPP系統(tǒng)生成的工藝信息，自動判斷每道工序該刪除哪些已形成的特征，該修改哪些特征尺寸參數(shù)(按工序尺寸值)，自動產(chǎn)生三維工件模型。然后，根據(jù)被加工特征的主要方位，將三維工件模型自動投影生成二維工序圖。該方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活方便，可以生成任意復(fù)雜形狀的工序圖，并能充分滿足工藝圖動態(tài)變化的要求。基于三維工件模型的自動生成流程如圖2所示。

　　圖2 基于三維工件模型的自動生成流程

　　基于工件三維模型的自動生成與基于樣板圖生成的主要區(qū)別在于：特征與尺寸處理模塊和自動投影模塊。特征與尺寸處理的信息來源于工藝數(shù)據(jù)庫中讀入的工藝過程信息：加工特征集和尺寸屬性集。其中加工特征集由加工特征數(shù)目、加工特征名稱、加工特征ID和加工特征類型等屬性組成。尺寸屬性集主要由尺寸的ID、尺寸值、尺寸上下偏差以及其他相關(guān)屬性組成。在零件加工的過程中，這兩個特征集會隨著加工過程的進(jìn)行而產(chǎn)生動態(tài)變化，控制這兩個特征集就可以控制工件模型逐步生成。處理過程如下。

　　(1)判斷加工特征集，對于前后兩道工序來說，比如，第Np道和第Np-1道工序，若特征集一樣，則第Np道工序沒有新增加特征;若特征集不一樣，則表明第Np道工序里的某個特征是第Np-1道工序里沒有的，則要在第Np-1道工序里刪除該特征。

　　(2)判斷尺寸屬性集。若特征集一樣，尺寸集也一樣，則程序返回;若尺寸集不一樣(主要是指相同尺寸ID，而值不一樣的情況。因?yàn)榛谕粋€工件模型，其尺寸ID始終是不變的)，則表明在這兩道工序里，尺寸值發(fā)生了變化，將變化的尺寸替換并驅(qū)動模型，于是便得到前一道工序的工件模型。

　　(3)程序的控制是利用工序數(shù)目設(shè)定循環(huán)，在每生成一個工件模型后，工序數(shù)目就減1，比如工序數(shù)為Np的零件，當(dāng)最后的工序數(shù)由Np遞減到0時，則一共得到Np個工件模型。

　　在工件模型生成之后，自動投影成視圖模塊所作的工作就是利用CAD的二次開發(fā)函數(shù)，將手動投影變成一個自動的過程。

　　3.3 工序圖自動生成程序流程圖

　　圖3 工序圖自動生成的過程流程圖

　　4 在汽車零件CAD/CAPP集成系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　本文所述方法已在筆者院校為長春一汽底盤廠所開發(fā)的汽車零件CAD/CAPP集成系統(tǒng)中得以應(yīng)用，使用方便，效果良好。下面就汽車底盤中的一個重要零件——轉(zhuǎn)向節(jié)為例，來闡述基于Pro/ENGINEER下的CAPP工序圖的自動生成過程。

　　4.1 CAD/CAPP集成系統(tǒng)總體框架

　　CAD/CAPP集成系統(tǒng)總體框架如圖4所示。主要分成三大子系統(tǒng)。

　　圖4 CAD/CAPP集成系統(tǒng)總體框架

　　(1)以SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為平臺的信息支持系統(tǒng)。存儲與管理與本系統(tǒng)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品設(shè)計信息、工藝設(shè)計過程中生成的各種工藝數(shù)據(jù)、支持工藝設(shè)計的有關(guān)工藝知識和工藝資源。上述三大類信息分別儲存于產(chǎn)品信息庫、工藝數(shù)據(jù)庫和工藝知識資源庫中。

　　(2)以JAVA為開發(fā)工具自主開發(fā)的工藝設(shè)計系統(tǒng)。該模塊提供了工藝設(shè)計集成界面，實(shí)現(xiàn)CAPP主要模塊的功能并將各功能模塊集成。該部分提供除工序圖設(shè)計之外的全部功能。

　　(3)以Pro/ENGINEER為基礎(chǔ)的圖形設(shè)計系統(tǒng)。一方面用于設(shè)計人員建立產(chǎn)品模型，產(chǎn)生設(shè)計圖樣信息。另一方面，通過Pro/Toolkit二次開發(fā)工具，為工藝人員提供產(chǎn)品信息獲取和工序圖設(shè)計兩大功能。

　　4.2 實(shí)現(xiàn)過程

　　圖5、6表示從CAD系統(tǒng)到CAPP系統(tǒng)的集成過程。首先通過Pro/ENGINEER的二次開發(fā)自動生成工序圖，然后輸出為DXF格式，該DXF格式的文件能夠被CAPP系統(tǒng)的JAVA程序自動調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)了一種異構(gòu)平臺的圖形數(shù)據(jù)共享。下面是該工序圖生成系統(tǒng)的一些特點(diǎn)。

　　(1)有一定柔性。當(dāng)特征的增刪導(dǎo)致工藝規(guī)程的變化，出現(xiàn)工序數(shù)增減的時候，工序圖也能夠自動地發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整;

　　圖5 Pro/ENGINEER系統(tǒng)的工序圖

　　(2)可單獨(dú)修改某個工序。如工藝人員發(fā)現(xiàn)某個工序必須重新生成一遍，而其他工序不變，則可以發(fā)送一個消息與工序圖設(shè)計系統(tǒng)通信，單獨(dú)修改該工序。

　　(3)交互設(shè)計。在工序圖生成系統(tǒng)中，工藝人員可以單獨(dú)修改某個尺寸，然后存入數(shù)據(jù)庫，反饋到CAPP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)二者的交互。

　　(4)視圖變換。提供了一個很方便的視圖變化菜單，可以根據(jù)需要任意繞X，Y，Z三個方向變化視圖。

　　(5)特殊符號的添加。提供了一個特殊符號庫，將Pro/ENGINEER中沒有的，而企業(yè)常用的一些工藝符號做在符號庫中。這些符號可以隨意移動，大小也可以隨意變化。

　　圖6 CAPP系統(tǒng)的工序圖

　　5 結(jié)束語

　　本文提出了CAD/CAPP集成系統(tǒng)中CAPP工序圖自動生成的一種解決方案，并闡述了其在實(shí)踐中的良好應(yīng)用。