（机械制造及其自动化专业论文）基于ug的刀具cad系统开发及三维参数化零件库研究.pdf

西j 匕下业人学硕 学位论乞i x 公 摘要 在产品研制过程中工装设计 占据重要地位 ，随着 c 工 n s在 制 造 企 业 的 迅 速 发 展 ，要 求 在产 品 制 造 中 给 企 业 以全 过 程 支 持 ， 目前的工装 二维 c a d己经不能满足企业生产需要 ， 开发三 维工装 c a d系统 已是众 多企业 在 c i h t s实现休系中急需解 决的一个重要 问 题 。 刀 具c a d 系 统是工装c a d 系统的重要组成部分 ， 本论文 结合企 业 工 装 c a d 系 统 开 发 的 实 际 课 题 ， 阐述 了 三维 参 数 化 技 术 、u g - 次 开发 、u g 建 库 万 法 、 刀具 知 识组 织等 问题 ，提 出 了刀 具 c a d 系 统 的总体方案 ， 着重论述 了建立刀具三维参数化零件库 涉及的相 关技 术 。 在 此 基 础 上 ，针 对 企 业 实 际需 求 ，构 建 了基 于u g 平 台 的 刀 具 c a d 系统，阐述 了系统知识库的管理和设计，对 三维参 数化技术 以及 建 立 零 件 库 的 方 式 进 行 了分 析 与总 结 ，提 出 了新 的建 库 方 法 ，即采 用 参 数 化 技 术 和 u g 二 次开 发 技 术 ，分 类 建 立 三 维 参 数 化 图 形库 ， 建 立 了 以 模 板 文 件 为 数 据 驱 动 源 的 刀 具 零 件 库 的基 本 框 架 ，实现 了 系 列 刀 具 三 维 模 型 的 自动 生 成对 基 于u g 环 境 的 二 次 开 发 相 关 问题 进 行 了 大 量 研 究 ，建 立 了刀 具 模 型 库 ，以惚 钻 和 丝 锥 的 设 计 为 实例 进 行 了 深 入 的 开 发 和研 究 。最 后 ，介 绍 并 确 定 了 针 对 企 业 实 际 的 建 立 网络 零 件 库 的 解 决 方 案 。 关 键 词 刀 具 u g二 次开发 cad 参数化技 术 零 件 库 西北工业人学倾 t学位论文 摘 要 abs tract n th ec o以 r s e(ft h e p r o d u c t ， t e c h n 上 c s t h e r a p i d p r o g r e s s a闷ui pme nt d e s i g n i n g a n d m a n u f a c t u r i n g f o r t a k e u p t h e i m p o r t a n t s t a t i o n . w i t h o f t h e c 工 m s i n t h e e n t e r p r i s e s , i t i s r e q u i r e d t h a t p r o v i d e s u s t a i n f o r e n t e r p r i s e s i n t h e w h o l e p e r i o d o f p r o d u c t m a n u f a c t u r e , m a n y e n t e r p r i s e s a r e f a c i n g a n u r g e n t p r o b l e m o f r e s e a r c h i n g 3 d c a d s y s t e m f o r t e c h n i c s e q u i p m e n t s . c u t t i n g t o o s c a d s y s t e m i s a n i m p o r t a n t p a r t o f t e c h n i c s e q u i p m e n t s c a d s y s t e m , t h i s d i s s e r t a t i o n a n a l y z e d a n d r e s e a r c h e d t h e s e c o n d a r y d e v e l o p m e n t t e c h n i q u e、 t h e o r g a n i z a t i o n s c h e m e o f t o o l s i n f o r m a t i o n 、p a r a m e t r i c d e s i g n a n d m e t h o d o f f o u n d i n g p a r t l i b r a r i e s , e t c . t h e p r o j e c t o f c a d s y s t e m i s b u i l t u p . t h e r e l a t e d t e c h n i q u e ， w h i c h b u i l d p a r a m e t e r i z e d p a r t l i b r a r i e s o f c u t t i n g t o o l s ， a r e m a i n l y d i s c u s s e d . b a s e d o n t h e a b o v e， c u t t i n g t o o l s c a d s y s t e m b a s e d o n u g a r e b u i l t u p . 3 d p a r a m e t e r i z e d t e c h n i q u e a n d t h e m e t h o d o f b u i l d i n g p a r t l i b r a r i e s a r e s u m m e d u p a n d a n a l y z e d , a n e w b u i l d i n g p a r t l i b r a r i e s m e t h o d i s b r o u g h t f o r w a r d . t h e p r o b l e m s o f t h e s e c o n d a r y d e v e l o p m e n t w e r e d e e p l y r e s e a r c h e d , c u t t i n g t o o l s p a r t l i b r a r i e s h a v e b e e n b u i l t . a t t h e e n d , t h e d i s s e r t a t i o n b r i n g s f o r w a r d t h e m e t h o d o f b u i l d i n g p a r t l i b r a r i e s b a s e d o n t h e门 e t w o r k a c c o r d i n g t o t h e s t a t u s o f t h e ent er pri s e. k e y w o r d s : c u t t i n g t o o l s c a d u g s e c o n d a r y d e v e l o p m e n t p a r t l i b r a r i e s p a r a m e t e r i z e d 两 北 工业 大学 硕七 学 位 论 文第 一 贵绪 论 第一章 绪论 1 . 1 刀具 c a d技术发展现状 金 属切 削刀 具是直 接对零 件进行 切削加 工的 生产工 具 ， 因此 刀具 的性 能直接 影响切 削加 工 的效 率 、精度和 表面质 量 ，进 而影 响产 品的 质量， 因此研究和改进刀具的设计方法， 对整个机械制造业具有重要 的现实 意义和经 济意 义 。 刀具 c a d 是刀具设计的必然发展方向， 是随着计算机技术， 尤其 是 c a d 技术的发展而发展的。 与其他产品零件相比， 刀具设计更具有 规范化的特点，即对一种特定的刀具 ( 如滚刀、插齿刀)来说，其结 构 都是近 似的 ，拓 扑关 系是 相 同的，只是 由于 原始关 系 的改变 使刀具 参数 值 的选 取 不同 而形成 适合某 一零件 加工 的刀具 图纸 。 刀具 设计可 以分为复杂刀具设计和简单刀具设计。 在我们开展工装 c a d开发项 目 的 0 1 4 中心， 大部分的刀具设计工作是在己有基础上随着产品的变化 做 以修改， 而产 品的研制和生产基本上是呈系列化的， 所 以复杂刀具 的设计 、应用 相对较 少 。 由于切削数控 自动化的发展， 以及现代生产对多品种、 小批量非 标 刀具 品种 、规 格 的需求 增多 ，刀具常规 的设计 与制造方 法难 以满足 需要 ，从而促 进 了该类 刀具 c a d的开 发与应 用。德 国 h e r t e l公司建 立 了可 转位 孔加工 刀具 c a d ， 工 n t e r s o l l公司建 立 了铣 削 刀具 c a d等 ， 国 内科 研院所 也开 发 了许多 刀具 c a d 及 专家 系统 。 如四川 大学 的渐开 线花键拉刀专家系统， 天津理工学院的立铣刀 c a d 系统，西安易博公 司的标 准 刀具 c a d系统 等 ， 这 些 c a d系 统大 部分都 是企业根 据 自己需 求 开 发的适 合 自己需要 的二维 c a d系统 ， 基于 三维 设计软件 开发 的刀 具 c a d系统很 少 。 目前制造行业三维 c a d 设计软件的普及应用 己经非常广泛， 但在 国内众多的企业中， 三维 c a d 软件的应用仍仅限于产品设计部门， 在 刀 具设计 部 门推广 应用 的不 是很多 ， 目前 企业 的刀 具设 计大 都采用 二 维 c a d制 图 ，但 己经不 能满足企业 实施 c i u s一体化 的需求 ，主要表 现 在: 1 )设计 质量 低 ，可 能延误 生产 两 北 工业 大学 硕七 学 位 论 文第 一 贵绪 论 第一章 绪论 1 . 1 刀具 c a d技术发展现状 金 属切 削刀 具是直 接对零 件进行 切削加 工的 生产工 具 ， 因此 刀具 的性 能直接 影响切 削加 工 的效 率 、精度和 表面质 量 ，进 而影 响产 品的 质量， 因此研究和改进刀具的设计方法， 对整个机械制造业具有重要 的现实 意义和经 济意 义 。 刀具 c a d 是刀具设计的必然发展方向， 是随着计算机技术， 尤其 是 c a d 技术的发展而发展的。 与其他产品零件相比， 刀具设计更具有 规范化的特点，即对一种特定的刀具 ( 如滚刀、插齿刀)来说，其结 构 都是近 似的 ，拓 扑关 系是 相 同的，只是 由于 原始关 系 的改变 使刀具 参数 值 的选 取 不同 而形成 适合某 一零件 加工 的刀具 图纸 。 刀具 设计可 以分为复杂刀具设计和简单刀具设计。 在我们开展工装 c a d开发项 目 的 0 1 4 中心， 大部分的刀具设计工作是在己有基础上随着产品的变化 做 以修改， 而产 品的研制和生产基本上是呈系列化的， 所 以复杂刀具 的设计 、应用 相对较 少 。 由于切削数控 自动化的发展， 以及现代生产对多品种、 小批量非 标 刀具 品种 、规 格 的需求 增多 ，刀具常规 的设计 与制造方 法难 以满足 需要 ，从而促 进 了该类 刀具 c a d的开 发与应 用。德 国 h e r t e l公司建 立 了可 转位 孔加工 刀具 c a d ， 工 n t e r s o l l公司建 立 了铣 削 刀具 c a d等 ， 国 内科 研院所 也开 发 了许多 刀具 c a d 及 专家 系统 。 如四川 大学 的渐开 线花键拉刀专家系统， 天津理工学院的立铣刀 c a d 系统，西安易博公 司的标 准 刀具 c a d系统 等 ， 这 些 c a d系 统大 部分都 是企业根 据 自己需 求 开 发的适 合 自己需要 的二维 c a d系统 ， 基于 三维 设计软件 开发 的刀 具 c a d系统很 少 。 目前制造行业三维 c a d 设计软件的普及应用 己经非常广泛， 但在 国内众多的企业中， 三维 c a d 软件的应用仍仅限于产品设计部门， 在 刀 具设计 部 门推广 应用 的不 是很多 ， 目前 企业 的刀 具设 计大 都采用 二 维 c a d制 图 ，但 己经不 能满足企业 实施 c i u s一体化 的需求 ，主要表 现 在: 1 )设计 质量 低 ，可 能延误 生产 西北下业大学m 0 l 1 : ,位论文第 一 章绪 论 一份设 计 图纸 的真 正完 成需要 经过儿 个人 的检 查， 但仍不 能保 证 图纸 的设计 质量 ，时 常在制造 的过程 中才 发现 错误 ，耽 误了生 产 ，这 主要表现 在 刀具 的前 角、后 角、侧 角等角度合 成 的刀齿 实体 ，不是仅 凭二维 图纸 就能表 达清 楚 的，需要实体建 模来提 供清 晰的视 图 ，及早 检 查 出产品 的设计 问题 。 2 ) 图纸更 改繁琐 、易 产生遗漏和错 误 采用 二维 c a d系统 绘制 的图纸 ，各个 视图 、剖面 图 、局 部视 图等 之 间没有 任何 联系 ，当需 要进 行 图纸 更改 时，必 须花 费大量 的时 间对 与需 要改变 的 结构相 关 的所有 图纸细节一 一进行 修改 ， 不仅需 要大量 的时 间，而 且还很 容 易产生遗 漏和修改错 误。 3 ) 刀具设 计数 据不能 共享 ，重用 性差 ，刀具检 索困难 由于没 有建立 数据 管理系 统对 刀具设计结 果进行 统一 管理 ( 设计 者各 自管理 自己的设 计数 据 ) ，刀 具数据不 能共 享 ，重用性 差 ，造 成 设计资源的浪费，刀具检索困难，不能快捷、有效的对 c 工 m s一体化 提供模型和数据支持 。 由此 可见 ，基 于二 维 c a d进 行刀具设计 己不 能满足 制企业 c i m s 一体化的需求，广泛采用三维设计方法，开发三维刀具 c a d系统， 实 现 常用 刀具 的快速 建 模和 复杂刀 具的智 能快速 设计是 刀具 c a d 技术 发展的必 然趋 势。 2企业刀具设计现状 刀具设计参数的选择要受到多方条件的限制， 不仅需要通过很多 的计 算 ，还 需 凭借 设 计人 员积 累 的丰富 的经 验和 知识 进行 设计 和选 择 ，对硬 质合 金、陶瓷 、超硬 材料等 的刀片形状 、刀 具几何参 数的合 理选 择要受 到 工件 材料 、机床 设备 、加工方 法 、系统 刚性 、加 工部位 等多 因素 的影 响，如对 刀具前 、后角 的选 择取 决于工件 材料 、刀 具材 料， 对主偏角、副偏角的选择主要取决于工艺系统的刚性、被加工材 料 、加工 条件 ，需 要花 费时间进行 参数计算 、公式检 查等，经 常性的 查阅各种设计标准手册， 存在大量的重复性工作;由于设计人员的个 体差异，往往影响设计的标准化和规范性， 也可能因人为因素出现设 计错误 。刀片 的形 状、结 构 、刀 具几何角度 等单项 几何参 数各具不 同 功能， 但又相互关联制约， 是一个按照要求的目标求解的多变量函数， 很适合用 c a d系统来得 到较优 化的刀具 设计 参数 的组 合 。 目前 企业 的刀 具设计 大都采用 了二维 c a d制 图， 但其意义 只是甩 西北下业大学m 0 l 1 : ,位论文第 一 章绪 论 一份设 计 图纸 的真 正完 成需要 经过儿 个人 的检 查， 但仍不 能保 证 图纸 的设计 质量 ，时 常在制造 的过程 中才 发现 错误 ，耽 误了生 产 ，这 主要表现 在 刀具 的前 角、后 角、侧 角等角度合 成 的刀齿 实体 ，不是仅 凭二维 图纸 就能表 达清 楚 的，需要实体建 模来提 供清 晰的视 图 ，及早 检 查 出产品 的设计 问题 。 2 ) 图纸更 改繁琐 、易 产生遗漏和错 误 采用 二维 c a d系统 绘制 的图纸 ，各个 视图 、剖面 图 、局 部视 图等 之 间没有 任何 联系 ，当需 要进 行 图纸 更改 时，必 须花 费大量 的时 间对 与需 要改变 的 结构相 关 的所有 图纸细节一 一进行 修改 ， 不仅需 要大量 的时 间，而 且还很 容 易产生遗 漏和修改错 误。 3 ) 刀具设 计数 据不能 共享 ，重用 性差 ，刀具检 索困难 由于没 有建立 数据 管理系 统对 刀具设计结 果进行 统一 管理 ( 设计 者各 自管理 自己的设 计数 据 ) ，刀 具数据不 能共 享 ，重用性 差 ，造 成 设计资源的浪费，刀具检索困难，不能快捷、有效的对 c 工 m s一体化 提供模型和数据支持 。 由此 可见 ，基 于二 维 c a d进 行刀具设计 己不 能满足 制企业 c i m s 一体化的需求，广泛采用三维设计方法，开发三维刀具 c a d系统， 实 现 常用 刀具 的快速 建 模和 复杂刀 具的智 能快速 设计是 刀具 c a d 技术 发展的必 然趋 势。 2企业刀具设计现状 刀具设计参数的选择要受到多方条件的限制， 不仅需要通过很多 的计 算 ，还 需 凭借 设 计人 员积 累 的丰富 的经 验和 知识 进行 设计 和选 择 ，对硬 质合 金、陶瓷 、超硬 材料等 的刀片形状 、刀 具几何参 数的合 理选 择要受 到 工件 材料 、机床 设备 、加工方 法 、系统 刚性 、加 工部位 等多 因素 的影 响，如对 刀具前 、后角 的选 择取 决于工件 材料 、刀 具材 料， 对主偏角、副偏角的选择主要取决于工艺系统的刚性、被加工材 料 、加工 条件 ，需 要花 费时间进行 参数计算 、公式检 查等，经 常性的 查阅各种设计标准手册， 存在大量的重复性工作;由于设计人员的个 体差异，往往影响设计的标准化和规范性， 也可能因人为因素出现设 计错误 。刀片 的形 状、结 构 、刀 具几何角度 等单项 几何参 数各具不 同 功能， 但又相互关联制约， 是一个按照要求的目标求解的多变量函数， 很适合用 c a d系统来得 到较优 化的刀具 设计 参数 的组 合 。 目前 企业 的刀 具设计 大都采用 了二维 c a d制 图， 但其意义 只是甩 西北工业大学硕 学位论文第 一 章绪论 掉 了木 质图 板 ，换上 了计 算机 图板 ，二维 c a d系统 己经发 挥 了其最大 的效能 ，有 的企 业 的工装 设计科 也采用 了三维 c a d系统 ，但 只 是零散 的建模和 设 计，并 且设 计员 建模方法 、思路 各 自不同 ，没有 统一 的标 准 ，没有 参数 化功 能 ，即使利 用别人 的模 型进行修 改 ，由 于不 能理 解 建模思路，也常常出现建模错误，三维模型没有可继承性和共享性， 也 不利于 统 一的符 合标 准的 二维图 的生成 ，仍然 存在 重复 工作 、效 率 低 下的 问题 ，没 有发掘 高端 c a d系 统的强大 功能 。 1 . 3 c a d技术概述 c a d 技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程 设计、 机 械制 造等 领域 中最有 影响 的一项 高新应用 技术 。 其 以计 算机 、 外 围设备 及其 系统 软件 为基础 ，包 括二维 绘 图设 计 、三 维几 何造型 设 计、有限元分析 ( f e a )及优化设计、数控加工编程 ( n c p ) 、仿真模 拟及产 品数 据管 理 等内 容。随着 工 。 t e r n e t 月 n t r a n e t网络和 并行 、高 性能计算及事务处理的普及 ，异地、 协同、 虚拟设计及实时仿真也得 到广泛应用。 经过多年的推广，c a d 技术己经广泛地应用在机械、 电子 、航天 、化工 、建 筑等 行业 。应用 c a d技术 起到 了提 高企业 的设 计效率 、优 化设 计方 案 、减 轻技 术人员 的劳动 强度 、缩短 设计周 期、 加强 设计 的标准 化等 作用 。 使传 统的产 品设计 方法 与生产模 式发 生 了 深刻 的变化 ， 已经并且 必然 继续产生 巨大的社会 经济 效益 。 3 . 1 c a d技术的发展趋势 围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，c a d 技术 的发展趋势 主要 围绕在 智能 化、集成 化、标准化 、开 放式 四方面 。 1 )智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域， 智 能 c a d是 c a d发 展 的必 然方 向。 从人类 认识和 思维 的模型 来 看， 现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动 ( 包括形象思 维 、抽象 思维 和创造 性思 维等多种 形式 )往往 是束手 无策 的。 因此 ， 智能 c a d 不仅仅是简单地将现有的智能技术与 c a d 技术 相结合， 更要深入研究人类设 计的思维模型，并用信息技术来 表达和模拟它。这样不仅会产生高效的 c a d 系统， 而且必将为 人工智能领域提供新的理论和方法。c a d的这个发展趋势，将 对信息科学的发展产生深刻的影响。 2 )集成 化c a d技术 的集成化 体现在 三个层 次 上:其 一是广义 西北工业大学硕 学位论文第 一 章绪论 掉 了木 质图 板 ，换上 了计 算机 图板 ，二维 c a d系统 己经发 挥 了其最大 的效能 ，有 的企 业 的工装 设计科 也采用 了三维 c a d系统 ，但 只 是零散 的建模和 设 计，并 且设 计员 建模方法 、思路 各 自不同 ，没有 统一 的标 准 ，没有 参数 化功 能 ，即使利 用别人 的模 型进行修 改 ，由 于不 能理 解 建模思路，也常常出现建模错误，三维模型没有可继承性和共享性， 也 不利于 统 一的符 合标 准的 二维图 的生成 ，仍然 存在 重复 工作 、效 率 低 下的 问题 ，没 有发掘 高端 c a d系 统的强大 功能 。 1 . 3 c a d技术概述 c a d 技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程 设计、 机 械制 造等 领域 中最有 影响 的一项 高新应用 技术 。 其 以计 算机 、 外 围设备 及其 系统 软件 为基础 ，包 括二维 绘 图设 计 、三 维几 何造型 设 计、有限元分析 ( f e a )及优化设计、数控加工编程 ( n c p ) 、仿真模 拟及产 品数 据管 理 等内 容。随着 工 。 t e r n e t 月 n t r a n e t网络和 并行 、高 性能计算及事务处理的普及 ，异地、 协同、 虚拟设计及实时仿真也得 到广泛应用。 经过多年的推广，c a d 技术己经广泛地应用在机械、 电子 、航天 、化工 、建 筑等 行业 。应用 c a d技术 起到 了提 高企业 的设 计效率 、优 化设 计方 案 、减 轻技 术人员 的劳动 强度 、缩短 设计周 期、 加强 设计 的标准 化等 作用 。 使传 统的产 品设计 方法 与生产模 式发 生 了 深刻 的变化 ， 已经并且 必然 继续产生 巨大的社会 经济 效益 。 3 . 1 c a d技术的发展趋势 围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，c a d 技术 的发展趋势 主要 围绕在 智能 化、集成 化、标准化 、开 放式 四方面 。 1 )智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域， 智 能 c a d是 c a d发 展 的必 然方 向。 从人类 认识和 思维 的模型 来 看， 现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动 ( 包括形象思 维 、抽象 思维 和创造 性思 维等多种 形式 )往往 是束手 无策 的。 因此 ， 智能 c a d 不仅仅是简单地将现有的智能技术与 c a d 技术 相结合， 更要深入研究人类设 计的思维模型，并用信息技术来 表达和模拟它。这样不仅会产生高效的 c a d 系统， 而且必将为 人工智能领域提供新的理论和方法。c a d的这个发展趋势，将 对信息科学的发展产生深刻的影响。 2 )集成 化c a d技术 的集成化 体现在 三个层 次 上:其 一是广义 西北工业大学硕 学位论文第 一 章绪论 掉 了木 质图 板 ，换上 了计 算机 图板 ，二维 c a d系统 己经发 挥 了其最大 的效能 ，有 的企 业 的工装 设计科 也采用 了三维 c a d系统 ，但 只 是零散 的建模和 设 计，并 且设 计员 建模方法 、思路 各 自不同 ，没有 统一 的标 准 ，没有 参数 化功 能 ，即使利 用别人 的模 型进行修 改 ，由 于不 能理 解 建模思路，也常常出现建模错误，三维模型没有可继承性和共享性， 也 不利于 统 一的符 合标 准的 二维图 的生成 ，仍然 存在 重复 工作 、效 率 低 下的 问题 ，没 有发掘 高端 c a d系 统的强大 功能 。 1 . 3 c a d技术概述 c a d 技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程 设计、 机 械制 造等 领域 中最有 影响 的一项 高新应用 技术 。 其 以计 算机 、 外 围设备 及其 系统 软件 为基础 ，包 括二维 绘 图设 计 、三 维几 何造型 设 计、有限元分析 ( f e a )及优化设计、数控加工编程 ( n c p ) 、仿真模 拟及产 品数 据管 理 等内 容。随着 工 。 t e r n e t 月 n t r a n e t网络和 并行 、高 性能计算及事务处理的普及 ，异地、 协同、 虚拟设计及实时仿真也得 到广泛应用。 经过多年的推广，c a d 技术己经广泛地应用在机械、 电子 、航天 、化工 、建 筑等 行业 。应用 c a d技术 起到 了提 高企业 的设 计效率 、优 化设 计方 案 、减 轻技 术人员 的劳动 强度 、缩短 设计周 期、 加强 设计 的标准 化等 作用 。 使传 统的产 品设计 方法 与生产模 式发 生 了 深刻 的变化 ， 已经并且 必然 继续产生 巨大的社会 经济 效益 。 3 . 1 c a d技术的发展趋势 围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，c a d 技术 的发展趋势 主要 围绕在 智能 化、集成 化、标准化 、开 放式 四方面 。 1 )智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域， 智 能 c a d是 c a d发 展 的必 然方 向。 从人类 认识和 思维 的模型 来 看， 现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动 ( 包括形象思 维 、抽象 思维 和创造 性思 维等多种 形式 )往往 是束手 无策 的。 因此 ， 智能 c a d 不仅仅是简单地将现有的智能技术与 c a d 技术 相结合， 更要深入研究人类设 计的思维模型，并用信息技术来 表达和模拟它。这样不仅会产生高效的 c a d 系统， 而且必将为 人工智能领域提供新的理论和方法。c a d的这个发展趋势，将 对信息科学的发展产生深刻的影响。 2 )集成 化c a d技术 的集成化 体现在 三个层 次 上:其 一是广义 西 北 工 业 大 学 硕 士学 位 论 文第一章 绪论 c a d功 能。 c a d / c a e / c a p p / c a m / c a q / p d m / e r p经过 多种集 成 形式 成为 企业一 体化 解决方 案 ，推动企 业信 息化进 程 ，目前 创新 设 计 能力 ( c a d )与现代 企业管理 能力 ( e r p , p d m )的集 成 ，已 成 为企 业信 息化 的重 点;其 二，是将 c a d技 术能采 用 的算法 ， 甚 至功 能模块 或 系统 ， 做成专用 芯片 ， 以提 高 c a d系统 的效 率; 其 三是 c a d基 于 网络 计算 环境 实现 异地 、 异构 系统在 企业 间的 集成 。应运 而 生的虚 拟 设计、虚拟 制造 、虚 拟企 业就 是该集 成 层次 上的应用 。 3 )标准化c a d软件一般应集成在一个异构的工作平台之上， 为 了支持 异构跨 平 台的环境 ，就要求它应 是 一个开放 的系 统 ，这 里主要是靠标准化技术来解决这个问题。 目前 标准 有两 大类 :一是公用标 准 ，主要来 自国 家或 国际 标 准制 定单位 : 另一是市 场标准 ，或 行业标 准 ，属 私有 性质 。 除了 c a d 支撑软件逐步实现 i s o 标准和工业标准外 ， 面向应用 的标准构件 ( 零部件库) 、标准化方法也己成为 c a d系统中的 必备 内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。工 s o 国际 标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作 工 s 0 1 0 3 0 3 产品数 据表达与交换标准 ，简称 s t e p 。它要涵盖所有人工设计的产 品，采用统一的数字化定义方法。但由于 s t e p 标准涉及的面 非 常 宽，众 口难调 ，标准 的制定过程 十分 缓慢 ，存在 问题还很 多。 4 )开放性c a d系统 目前广泛建立在开放式操作系统窗口 9 5 / 9 8 / n t和 u n i x平 台上 ，在 j a v a l i n u x平台上 也有 c a d产品 ， 此外 c a d 系统都为最终用户提供二次开发环境， 甚至这类环境 可 开发其 内核源码 ，使用 户可定制 自己的 c a d系统 。 1 . 3 . 2目前 c a d 技术的主要研究内容 c a d技术 作为成 熟的普 及技 术 已在企业 中广泛 应用 ，并 已成为企 业的现实生产力。c a d 技术的研究一直是跟着实际应用的需求而发展 的，随着 c a d技术 的广 泛应 用 ，新 的需求又 不断 出现 。目前 c a d技术 的研究主 要集 中在 以下几 个方 面。 1 )模型理论的研究:由于传统的几何模型、 特征模型己不能满足 现代制造技术的要求， 从而提出了面向产品生命周期的关系型 产 品模 型的概念 。这一 概念 的提 出，是 为 了解 决信息 在设计 、 西 北 工 业 大 学 硕 士学 位 论 文第一章 绪论 c a d功 能。 c a d / c a e / c a p p / c a m / c a q / p d m / e r p经过 多种集 成 形式 成为 企业一 体化 解决方 案 ，推动企 业信 息化进 程 ，目前 创新 设 计 能力 ( c a d )与现代 企业管理 能力 ( e r p , p d m )的集 成 ，已 成 为企 业信 息化 的重 点;其 二，是将 c a d技 术能采 用 的算法 ， 甚 至功 能模块 或 系统 ， 做成专用 芯片 ， 以提 高 c a d系统 的效 率; 其 三是 c a d基 于 网络 计算 环境 实现 异地 、 异构 系统在 企业 间的 集成 。应运 而 生的虚 拟 设计、虚拟 制造 、虚 拟企 业就 是该集 成 层次 上的应用 。 3 )标准化c a d软件一般应集成在一个异构的工作平台之上， 为 了支持 异构跨 平 台的环境 ，就要求它应 是 一个开放 的系 统 ，这 里主要是靠标准化技术来解决这个问题。 目前 标准 有两 大类 :一是公用标 准 ，主要来 自国 家或 国际 标 准制 定单位 : 另一是市 场标准 ，或 行业标 准 ，属 私有 性质 。 除了 c a d 支撑软件逐步实现 i s o 标准和工业标准外 ， 面向应用 的标准构件 ( 零部件库) 、标准化方法也己成为 c a d系统中的 必备 内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。工 s o 国际 标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作 工 s 0 1 0 3 0 3 产品数 据表达与交换标准 ，简称 s t e p 。它要涵盖所有人工设计的产 品，采用统一的数字化定义方法。但由于 s t e p 标准涉及的面 非 常 宽，众 口难调 ，标准 的制定过程 十分 缓慢 ，存在 问题还很 多。 4 )开放性c a d系统 目前广泛建立在开放式操作系统窗口 9 5 / 9 8 / n t和 u n i x平 台上 ，在 j a v a l i n u x平台上 也有 c a d产品 ， 此外 c a d 系统都为最终用户提供二次开发环境， 甚至这类环境 可 开发其 内核源码 ，使用 户可定制 自己的 c a d系统 。 1 . 3 . 2目前 c a d 技术的主要研究内容 c a d技术 作为成 熟的普 及技 术 已在企业 中广泛 应用 ，并 已成为企 业的现实生产力。c a d 技术的研究一直是跟着实际应用的需求而发展 的，随着 c a d技术 的广 泛应 用 ，新 的需求又 不断 出现 。目前 c a d技术 的研究主 要集 中在 以下几 个方 面。 1 )模型理论的研究:由于传统的几何模型、 特征模型己不能满足 现代制造技术的要求， 从而提出了面向产品生命周期的关系型 产 品模 型的概念 。这一 概念 的提 出，是 为 了解 决信息 在设计 、 p北工业大学硕 .i 学位论文 一 章 制造 和 检验及 装配 等环 节的共享 问题 ， 完整地 描述 产 品在 概念 设 计一 一装 配 设计一 一 零件设计 全过程 中的各种 属性 和相 互 关系 ， 实 现产 品生命 周期 中的 内部 描述信 息和 外部过 程信 息的 集成 。在产 品模 型的研 究上当 前拉 出的 非流 形模 型的研 究就 是 一个典 型 ， 目前我 国也在研 究非流 形模型 用 于 c a d系统 中。 另外 ，基于 s t e p的 c a d技术 的研 究也 是为 了建立较 好 的产 品 模型 。 2 ) 自顶 向下 的设计 技术 :目前流行 的 c a d系统 只能 支持 自下而上 的设 计方 法 ，即先设 计零件然 后搭积 木式地 进行 装配 设计 。而 新的设计需求要求 c a 。系统还要支持自顶向下 ( t o p - d o w n ) 的 设计 方法 ，并且 也可 混合使用这 两种 设计 方法 。 3 ) c i s 及网络环境下的 c a d 技术;随着 c j s 系统在企业的应用， 企业大 都建 立 了局域 网环 境 。 因此 ， 单机 的 c a d系统 已不适 合 ， 网络环境 下 的 c a d系统 己成为普遍 的要求 。 4 ) 多媒体 系统 c a d技术 的研 究应 用 。 5 )并行 坏境 下 的 c a d技 术 的研究应 用: 在 并行环 境下 的 c a d系统 要求全关联的关系模型， 包括各种隐含在模型中的设计关系和 设计 约束 。 6 ) 集成 化技 术 的研究 :要实现 设计 、制造 到管理 ，产 品生命 周期 的全过 程 的无缝 集成 ，都 是 c a d技术研 究 的内容之 一 ，其基 础 是 p d m以及 灵活 的外部 接 口，良好 的开 放性 ，功 能增 强的 开发 语 言 等 3 ，衬 。 4 选题依据及本课题的实际意义 目前国 内众 多企业 的结 构为 “ 哑铃型 ” ，即非 常重 视产 品设计研 发和销售，企业 内好的设计工具 ( 包括 c a d 系统)和资金都倾向于产 品设计部门，但 与之形成鲜明对比的是，工装设计方面缺乏有力的 c a d 系统技术支持 ，致使工作效率仍然很低，增加 了产品从设计到生 产的周期， 延误了产品从定货到交货的时间， 难以满足充满激烈竞争 的市场 需要 。 现在国防企业的生产任务饱满， 生产模式多为多品种、小批量生 产 ，迫切 要求 实现 产品 的快速研 制 ，尤其是在 新品 研制 阶段 ，产 品设 计方 案经 常更 改，这 就 需要快捷 、准确 的提供 加工刀 具 ，引起刀具 设 计的 频繁修 改。 刀具设 计是 工装 设计 的重要 组成部 分，做 为影响 切削加 工效率 、 p北工业大学硕 .i 学位论文 一 章 制造 和 检验及 装配 等环 节的共享 问题 ， 完整地 描述 产 品在 概念 设 计一 一装 配 设计一 一 零件设计 全过程 中的各种 属性 和相 互 关系 ， 实 现产 品生命 周期 中的 内部 描述信 息和 外部过 程信 息的 集成 。在产 品模 型的研 究上当 前拉 出的 非流 形模 型的研 究就 是 一个典 型 ， 目前我 国也在研 究非流 形模型 用 于 c a d系统 中。 另外 ，基于 s t e p的 c a d技术 的研 究也 是为 了建立较 好 的产 品 模型 。 2 ) 自顶 向下 的设计 技术 :目前流行 的 c a d系统 只能 支持 自下而上 的设 计方 法 ，即先设 计零件然 后搭积 木式地 进行 装配 设计 。而 新的设计需求要求 c a 。系统还要支持自顶向下 ( t o p - d o w n ) 的 设计 方法 ，并且 也可 混合使用这 两种 设计 方法 。 3 ) c i s 及网络环境下的 c a d 技术;随着 c j s 系统在企业的应用， 企业大 都建 立 了局域 网环 境 。 因此 ， 单机 的 c a d系统 已不适 合 ， 网络环境 下 的 c a d系统 己成为普遍 的要求 。 4 ) 多媒体 系统 c a d技术 的研 究应 用 。 5 )并行 坏境 下 的 c a d技 术 的研究应 用: 在 并行环 境下 的 c a d系统 要求全关联的关系模型， 包括各种隐含在模型中的设计关系和 设计 约束 。 6 ) 集成 化技 术 的研究 :要实现 设计 、制造 到管理 ，产 品生命 周期 的全过 程 的无缝 集成 ，都 是 c a d技术研 究 的内容之 一 ，其基 础 是 p d m以及 灵活 的外部 接 口，良好 的开 放性 ，功 能增 强的 开发 语 言 等 3 ，衬 。 4 选题依据及本课题的实际意义 目前国 内众 多企业 的结 构为 “ 哑铃型 ” ，即非 常重 视产 品设计研 发和销售，企业 内好的设计工具 ( 包括 c a d 系统)和资金都倾向于产 品设计部门，但 与之形成鲜明对比的是，工装设计方面缺乏有力的 c a d 系统技术支持 ，致使工作效率仍然很低，增加 了产品从设计到生 产的周期， 延误了产品从定货到交货的时间， 难以满足充满激烈竞争 的市场 需要 。 现在国防企业的生产任务饱满， 生产模式多为多品种、小批量生 产 ，迫切 要求 实现 产品 的快速研 制 ，尤其是在 新品 研制 阶段 ，产 品设 计方 案经 常更 改，这 就 需要快捷 、准确 的提供 加工刀 具 ，引起刀具 设 计的 频繁修 改。 刀具设 计是 工装 设计 的重要 组成部 分，做 为影响 切削加 工效率 、 西北工业人学硕士学位论 第 一 章绪 论 精度 和表面 质量 的 关键 因素 ，快捷 、正确 的刀 具设计 是 实现产 品 图纸 性 能要求 的重要 保证 ， 针 对刀具 设计 中采 用 二维 c a d系统 存在 的种种 弊端， 开发具有通用刀具快速生成模型和复杂刀具智能设计的刀具三 维 c a d系统，是实现 c i -m s一体化不可或缺的环节，其带来的优点是 显而 易见的 : 刀具 的三 维参 数化 设计 ，将使 刀具设 计从平 面走 向立 体 ，设计错 误 可 以及 早发现 ，保证 产 品的生产 周期和 设计性 能 ，方便 各个 部 门之 间技术人员的沟通， 采用参数化技术，设计人员工作效率可以大幅提 高，缩 短 刀具设 计周期 ，保证 了刀具设 计的标准 化 、规范化 。 做为工装设计管理系统的一部分， 由数据管理系统对刀具设计结 果进行统一管理， 保证了刀具数据和模型的可继承性和共享性， 提升 了设计资源的利用效率 ， 可以对刀具模型进行快捷、准确的检索， 是 对企业 实施 c i m s一体 化的有 力支持 。 另外 ， 目前 国 内 很 多 大 型军 工 企业 采 用 的 c a d 软件 都 是u g o u n i g r a p h i c s ( u g ) 是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业 的 c a d / c a e / c a m 高端软件，己经成为中国航空、 航天、 汽车、 计算机、 机械等领域的首选软件 ，在企业的 c a d / c a e / c a m中发挥着显著的作 用，但是 目前在刀具设计方面，国内还鲜有基于 u g平台的刀具 c a d 系统的二次开发的成功实践，本课题针对高端 c a d 系统的二次开发， 也能够探索高端软件二次开发的商品化前景。 综 上所 述 ，依 据企 业 目前的 c a d应 用实 际情况 ，开发 出基 于 u g 环境下的刀具三维参数化 c a d 系统， 有着良好的现时应用效果和广阔 的市场 发展 前景 。 西北 业大学硕 七 学位论文第二章 u g次开发及方 法 分 析 第二章 u g 二次开发及建库方法分析 u g 是 目 前 国 际 国 内 面 向 制 造 业 应 用 广 泛 的 先 进 的 大 型 c a d / c a e / c a m集成软件之 一，功能强大，内容丰富，涵盖了从设计、 分析 、加工 、管 理等 各个领 域 。除 了通 用模块之 外 ，还 提供 了各种 专 用的模 块，如 计算 机辅助 工业 设计模 块、饭金 设计 加工 模块 、管路 设 计布局模块等，被当今许多世界领先的制造商用来从事产品概念设 计 、工业 设计 、详 细的机 械设 计 以及工 程仿真 和数 字化制 造等 各个领 域。作为一个集成的全面产品工程解决方案，u g软件家族使得用户 能够数字化的创建和获取三维产品定义， 是知识驱动 自动化技术领域 中的领 先者 ，它 实现 了设计 优化 与基 于 产品 和过 程 的知 识 工程 的组 合，显著的改进了汽车、航空、航天、机械、医疗仪器和工具等行业 的生产 ，为各种 规 模的 企业带 来 了显 而易见 的价值 :更快 的递交 产品 到市场 ; 使 复杂 产 品的设 计简化 : 减少 产品成本 和增 加企业 的 竞争力 。 它已成为世界上最优秀公司广泛使用的系统，