（机械制造及其自动化专业论文）基于proe的整体式刀具cadcam集成系统的研究与开发.pdf

摘要 计算机辅助设计与制造技术( c a d c a m ) 在制造业的各个领域中发挥着越 来越重要的作用。为了提高整体式刀具设计和制造的效率，本课题对整体式刀具 的c a d c a m 技术进行了深入研究，初步完成了整体式刀具c a d c a m 集成软 件的设计开发。 本文针对整体式刀具c a d c a p p c 气m 集成的理论和方法进行了研究和探 索，并在此基础上开发了基于p r o e 的c a d c a p p c 舢v i 集成系统。主要内容包 括：整体式刀具c a d c a p p c m 系统集成、参数化c a d 设计、加工工艺规程 的生成、数控n c 代码的生成等。并且以麻花钻为例，证明了所开发系统的实用 性和有效性。 本系统在开发研究时，采用了基于特征的参数化建模技术及集成技术等关键 技术，并且建立了刀具的数学模型及刃磨运动方程模型以及建立了相关数据库。 本系统的开发使用了商业化软件p r o e 作为c a d c w 平台，以a c c e s s 2 0 0 3 、 s u a l c + + 6 0 为主要开发工具，对p r o e 的二次开发和对开发完成的软件模块进 行了系统的集成。 本系统的实施与应用解决了整体式刀具的c a d 与c a p p 、c a m 系统的信息 集成问题，避免了工程设计人员的重复劳动，缩短了产品的生产周期，提高了企 业的经济效益。 关键词：c a d c a m 整体式刀具p r o e 二次开发 a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fc a d c a mh a sb e e np l a y i n ga ni n l p o r t a n tr 0 1 ei i l 删f a c t u r i l l gf i e l d i no r d e rt op r o m o t et h ee m c i e n c yo fd e s i 卸血gi i l t e 伊a lc 毗i r 培 t o o l sa u 让l o rd i da1 0 to fs t u d ya b o u tt h ec a d 妃蝴t e c h n o l o g ya n dd e v e l o p e da n i 1 1 t e g r a t e dc a d ，c 气ms o 脚a r es y s t 锄w h i c hw a ss u p p o s e dt oh e l pd e s i 鲷e rd e s i g i l f - n i r ef 酞t e ra n de a s i e r ， t 1 1 i sp 印e rf o c u s e s0 nt l l en e 刚i o nm e 也o do fc a d c a p p c 蝴t h em a j o r c o n t e n to ft l l i s p a p e ri ss 蝴e da s f o l l o w ：廿l es y s t e m 缸e g r a t i o nm e t h o d so f c a d c a p p c 削f o ri n t e 鲈a lc u t t 洫gt o o l s ，a u t o m a t i cp a r a m e t e rd e s i 孕血g ，p r o c e s s p 1 锄血g ，a u t o - g e n e r a t i n gn 哪e r i c a lc o n t r 0 1c o d e a t1 a s t ，l i sp a p e ru s e dt l l es y s t e m t od e s i g nt w i s td r i l l a n dt h ei l l u s 仃a t i o np r 0 v e st l l ep r a c t i c a l i t ) ro ft t l i si m e 乒a t e d s y s t 锄 i nt h i si n t e g r a t e ds y s t e m ，m ek e yt e c h n o l o 舀e sa r ea d o p t e d ，s u c ha sp a r a m e t f i c m o d e l i n gb a s e do nf e a t u r ea i l di n f o m a t i o ni n t e g r a t i o n m a t h e m a t i c a lm o d e l sf o r c u t t i l l gt o o l sa 1 1 dt h e 删i 1 1 9m o t i o ne q u a t i o na r ee s 协l i s h e da i l dr e l a t i v ed a t a b a s e a r ea l s of b u n d e d t l l i si m e 伊a t e ds y s t e mi sb a s e do np r o e n g i n e e 凡ac o m m e r c i a lc a d c a m s o r w a r e a sd e v e l o p m e n tt o o l s ，m i c r o s o ro 衔c ea c c e s s 2 0 0 3a l l d s u a lc + + 6 oh a v e b e e nc h o s e n 。 a p p l i c a t i o no ft h i ss y s t e 弛r e s o l v e s 也ep r o b l 锄o fm t e g r a t i o nb e 铆e e nc a d ， c a p pa n dc a mf o ri n t e g r a lc u n i n gt 0 0 l s i ta l s or e d u c e sr e p e a t i l l gw o r ko fd e s i g l l s t a 低，s h o r t e n s 订1 ep r o d u c i n gp 鲥o d so fp r o d u c t s ，a i l di n l p r o v e se c o n o i l l i cb e n e f i to f e n t e 甲r i s e 1 ( e yw o r d s ： c a d c a m ，i n t e g r a lc u n i n gt 0 0 l s ，p r o 慨s e c 衄dd e v e l o p m e n t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得垂鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文储虢何掀签字吼沙眵年月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 何獭 l 导师签名： ，f 酪书 玄 签字日期：口8 年月f 1 日签字日期：砂以年月f 日 第一章绪论 第一章绪论 现代信息技术的飞速发展，使得制造业面向全球的竞争与协作正朝着数字 化、网络化、集成化、虚拟化、智能化的方向发展。为了适应制造业的变化与 发展，企业必须改变传统的生产经营模式，增强企业的技术与管理水平，求得在 激烈的市场竞争中的生存与发展。为此，企业必须采用先进的制造技术，如近年 来涌现的计算机集成制造( c o n l l ) u t e ri n t e g r a t e dm a l l u 尬n l r e ，c i m ) 、并行工程 ( c o n c u l l r e l l te n g i n e e 血g ，c e ) 、敏捷制造( a g i l em a n u f a c 劬血g ，m ) 、智能制造系 统( i m e l l i g e mm a n u f a c t 岫培s y s t e m ，i m s ) 、虚拟制造系统( r n j a lm a n u l c t l l d n g s y s t 锄，订s ) 旺3 。其中c i m s 是当今研究的热点，它是在信息技术、自动化技术 和制造技术的基础上，通过计算机及其软件把制造过程中各种分散的自动化系统 有机的集成起来，以形成适用于多品种、中小批量生产并能产生高效率的制造技 术。 c a d ( c o m p u t e r 赴d e dd e s i g n ) 、c a p p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a i 】n i n g ) 和 c a m ( c o n l p u t e r a i d e dm a 肌f a c t u l 证g ) 技术作为c i m s 的关键技术，在产品设计与 制造过程中占有越来越重要的地位。因此，开展对刀具c a d c a p p c m 集成技 术的研究对刀具制造企业c i m s 的全面实施有着非常重要的意义。 1 1 刀具c a d c a m 集成系统的现状 c a d c a p p c a m 技术为美国麻省理工学院的i e s u t l l e r l a n d 先生于1 9 6 3 年 在他的博士论文中首先提出，此后，随着科技的发展，c a d c a p p c a m 技术也 得到了长足的进步。 3 0 年来，发达工业国家十分重视刀具c a d c a p p c j 气m 技术的研究与应用， 特别是三维图形技术的成熟和c a d c a m 支承软件的集成化和商业化，再加上 c n c 机床和加工中心的广泛应用，精密刀具的需求日益提高，促进了刀具生产 系统的进一步现代化，使得刀具c a d c a p p c a m 技术的开发应用，无论在广度 和深度都达到了更高的水平。如美国i i l g e r s o l l 刀具公司开发的m a x i 系列铣、 镗刀c a d c a m 应用软件系统等口 。 我国科研部门也不断关注和研究刀具c a d c a p p c a m 技术，并取得了一定 的成果。在c a d 方面，如：以西北工业大学为技术依托开发的刀具智能c a d 系统，拥有钻、扩、铰、螺纹刀具、立铣刀等各类刀具专家设计知识库、图形库。 第一章绪论 四川大学制造科学与工程学院开发的渐开线插齿刀c a d 专家系统，依据渐开线 插齿刀设计的特点，在分析渐开线插齿刀设计的关键参数的合理选择方面颇有特 色，可以实现渐开线插齿刀c a d 的专家级设计。在c a m 及刀具数控加工方面 方面，如：天津理工大学开发的球头立铣刀c 蝴系统【4 1 ，又如：天津大学机械 学院自行设计并制造了五坐标n c 工具磨床及加工软件，该机床能够成功地刃磨 各种类型群钻等刀具。在c a p p 方面，如：陕西省刀具研究所开发的刀具c a p p 制造系统，实现了面向刀具制造的c a p p 通用平台。 但是由于刀具c a d 系统没有及时与c 蝴系统进行集成，且由于刀具的设 计、制造有其特殊性及复杂性，故目前我国还未开发出一整套刀具 c a d c a p p c a m 集成系统软件，以迎合企业的大众化需求。虽然目前市场上可 以见到一些，但仅限于诸如以上的一些未集成化、系列化的系统软件，即有些仅 是刀具c a d 系统软件、刀具c a p p 框架系统软件等，由于其通用性能、集成性 能不好，未能得到很好的推广。 1 2 本课题的提出及意义 基于上述原因，本人对刀具c a d c a p p c a m 集成系统进行了研究与开发， 本课题的主要工作是在p r o e 软件平台上进行整体式刀具c a d c a p p c a m 集成 系统的二次开发，本课题的意义在于： ( 1 ) 将原有离散孤立的c a d 、c a p p 、c a m 系统进行了集成 通过对刀具c a d c a p p c a m 的高度集成化，可以将刀具设计及加工制造人 员从分散的、大量繁重的、重复性的手工劳动中解放出来，使他们能更多的从事 新产品的研究开发及新工艺研究等创造性的工作。 ( 2 ) 完成了刀具的参数化自动建模功能 参数化刀具c a d 系统可以使得设计人员快速完成刀具设计过程，从而使设 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、 规范化及方便快捷。 ( 3 ) 探索对p r o e 进行二次开发的商品化前景 目前，国内很多大型企业采用的c a d 软件都是p r o e ，p r 0 e 是当今世界上 最先进和最紧密集成面向制造行业的c a d c a m 高端软件之一，其在企业生产 中发挥着显著的作用。但是目前在刀具设计制造方面，国内还鲜有基于p r o e 平 台的整体式刀具c a d c a p p c 蝴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，也能够探索对高端软件二次开发的商品化前景。 第章绪论 1 3 本课题的难点及关键技术 1 3 1 本课题的难点 本课题研究的难点如下： ( 1 ) 特征的分类与描述。企业目前生产的刀具种类繁多，结构复杂，如何 对零件的特征进行分类并完整表达其特征信息是一个难点。 ( 2 ) 刀具软件的开发。由于目前对刀具软件开发的相关报道很少，对刀具 的建模、加工工艺、数控刃磨方法都需查阅大量相关资料，难度很大。 ( 3 ) c a d c a p p c a m 集成的具体实现。p r 0 e 二次开发的目的是为了实现 c a d c a p p c a m 的集成，受p r o e 二次开发的制约，要很好的实现 c a d c a p p c a m 的全面且有效的集成具有一定的难度，如数据接口问题等。 1 3 2 本课题关键技术 特征技术是解决本课题的关键技术之一。传统的c a d 、c a p p 、c a m 相互 独立发展，各系统产生的信息，需经人工转换，这不但影响工程设计周期的进一 步提高，而且，在人工转换过程中难免发生错误，给生产带来极大的危害。故研 究c a d c a p p c 削集成技术的核心就是研究它们相互之间信息的共享。解决的 办法是建立c a d c a p p c a m 范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型，并 以此模型为基础，实现c a d 、c a p p 、c a m 间数据的共享。该模型不仅能支持 设计与制造各阶段所需的产品定义信息，而且还提供了符合人们思维方式的高层 次工程描述语义特征，并能表达工程师的设计与制造意图【5 】。 集成技术是解决本课题的另一关键技术。c ad 、c a p p 、ca m 各自独立的 系统不能实现系统之间信息的自动传递和交换。c a d 系统设计的结果不能直接 为c a p p 、c a m 所接受，在进行c a p p 、c 气m 作业时，仍然需要设计者将c a d 输出的图形文档转换成c a p p 、c w 系统所需要的数据信息进行输入，故易造 成工作效率低，准确性差等问题。为此人们提出了运用c a d c a p p c 削的集成 技术，将c a d 、c a p p 和c 蝴系统之间系统集成起来，实现c a d c a p p c a m 之间信息交换与共享【6 】。 总之，为实现整体式刀具c a d c a p p c a m 的集成，必须解决特征技术、集 成技术、数据交换接口技术等关键技术。本内容将在第二章详细讲述。 第一章绪论 1 4 本文的主要内容 全文内容编排如下： 第一章阐述研究课题的背景和意义，综述国内外相关领域研究概况，引出 本文主要研究的意义、难点及关键技术等。 第二章阐述开发刀具c a d c a p p c m 系统的关键技术。首先论述特征技 术及基于特征的参数化技术的基本理论，并在此基础上举例介绍了本课题中刀具 信息的描述，之后阐述集成技术及各程序间的通讯。 第三章阐述刀具c a d c a p p c - m 集成系统的总体框架，包括集成系统的 总体设计目标及总体结构，此外，还介绍c a d 、c a p p 、c a m 三个子系统的功 能及特点，最后介绍系统的开发平台。 第四章阐述开发刀具c a d c a p p c 削集成系统的具体实施过程，包括系 统界面开发、数据库开发的基本过程，此外，本章还介绍c a d 、c a p p 、c a m 三个子系统开发的基本思路及步骤。 第五章以麻花钻为实例，介绍刀具c a d c a p p c a m 集成系统的实现过 程，并经系统测试，达到设计要求。 第六章全文结论及展望。 4 第二章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的关键技术研究 第二章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的关键技术研究 2 1 特征技术 自2 0 世纪7 0 年代末提出特征概念以来，至今仍没有一个严格的完整的定义， 比较一致的意见认为特征是具有属性，与设计、制造活动有关，并含有工程意义 的基本几何实体或信息的集合。特征包括以下几个方面：形状特征、精度特征、 材料特征、工艺特征、管理特征、技术特征。这个定义强调了特征具有包括几何 形状、精度、技术特征和管理等属性，同时强调了特征是与设计活动和制造方法 有关的几何实体，因而是面向设计和制造的，而且该定义还强调了特征含有工程 意义的信息，即特征反映了设计者和制造者的意刚7 1 。由此可见，特征技术的利 用，是真正实现c a d c a p p c 气m 集成的关键技术之一。 2 1 1 基于特征的参数化结构设计 如前所述，在基于特征的造型中对于特征的描述是关键，结合目前广泛使用 的参数化技术，因此就出现了将参数化设计应用到特征设计中去，使得特征具有 可调整性，其主要是针对特征的几何和拓扑信息。故基于特征的参数化设计可以 解释为利用混合法来建立特征模型，并将参数化引入到特征造型中去，使得形状 特征可以根据需要而调整变化【8 j 。 2 1 2 基于特征的刀具信息描述 在基于特征的零件信息描述方法中，特征被定义为一种参数化的形状特征， 具有几何、属性和制造三方面的信息。它不是一个单纯的几何实体，而是有别于 工艺过程中的型面，是设计中的体素概念与制造加工的型面概念的综合反映。用 巴科斯一一诺尔范式( b n f ) 可将特征定义为【9 】= ： ： ： 实现c a d c a p p c a m 信息集成的关键是建立完整的基于特征的零件信息 模型，而基于特征的描述则是建立一种零件一一特征一一几何拓扑的树状的多 层次的数据结构关系。在特征造型模块中，零件从一开始便是通过特征来进行描 第二章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的关键技术研究 述的，而特征则是通过几何拓扑操作来形成的。 总体上，基于特征的零件信息模型可分为三层：零件层、特征层和几何层 1 0 1 。 本课题所建立的基于特征的零件信息述如图2 1 所示。 2 2 集成技术 2 2 1 集成方式 图2 1基于特征的刀具信息描述 目前，c a d c a p p c m 信息集成方式主要有两种途径：一种是通过信息接 口进行集成；另一种是通过统一的产品模型和工程数据库进行集成【l l 】【1 2 】【1 3 】。 ( 1 ) 通过信息接口实现不同系统的连接 通过接口来连接c a d c a p p c a m 系统的方法有两种方式：一是采用专用 接口进行数据转换( 如图2 2 所示) ；二是通过标准格式进行数据转换( 如图2 3 所示) 。 第二章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的关键技术研究 图2 2 专用接口的数据转换 图2 3 标准格式文件的数据转换 由图2 2 可见，采用专用接口进行的数据转换方式是通过专用数据格式文件 交换产品信息。在这种方式中产品模型各不相同，相互间的数据交换需要存在于 两个系统之间，各应用系统所建立的每个子系统都必须开发双向转换接口，一个 专用数据文件只能实现单向数据转换。这种方式的特点是原理简单，转换接口程 序易于实现，运行效率较高。但通用性较差，当某一系统升级或表达数据结构发 生变更时，接口程序也要随之进行修改。故使用这种方式建立的c a d c a p p c a m 集成系统无法实现广泛的数据共享，数据的安全性和可维护性也较差。 由图2 3 可见，采用标准格式进行数据转换的方式，它要求每一个系统都设 置一个前置处理器和后置处理器。前置处理器用来将本系统的数据转换成标准格 式的文件，后置处理器用来将标准格式的文件转换成系统自己的数据格式。 目前国际上采用的数据交换标准有i g e s ( i i l i t i a lg r 印h i c se x c h a l l g e s p e c i f i c a t i o n ) ，中性的i g e s 文件格式有很好的通用性。目前大多数商业化c a d 软件都能输出i g e s 格式文件，这就为读取其中的图形信息提供了条件。但i g e s 在实际应用中仍存在一些问题，如：它针只注重了产品几何信息的交换，而忽略 了产品的材料、公差等非几何信息的交换；数据文件过大，数据转换时间过长等。 因此，这种方法仍不是理想的集成方法。目前国际上推崇的s t e p ( s t a l l d a r df o rt h e e x c h a n g eo fp r o d u c tm o d e ld a t a ) 是新一代产品数据模型规范，其全称是“产品 数据的表达与交换标准。以s t e p p d e s 为代表的新一代产品数据交换技术， 其目标是建立一种不依赖于人工解释的、能为产品生命期各阶段的计算机辅助系 第二章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的关键技术研究 统自动理解的完整的产品模型。在此基础上实现产品数据交换。s t e p 不仅包括 如曲线、曲面、实体、形状特征等在内的几何信息，还包括许多非几何信息，如 公差，材料，表面粗糙度等。s t e p p d e s 的产品数据交换可以通过包括文件交 换、应用程序界面、数据库等方式实现。文件交换方式利用显示正文或二进制编 码，提供对应用协议中产品数据描述的读和写；应用程序界面通过软件接口存取 产品数据；数据库实现读、写和修改一个库中的数据。应用程序对s t e p p d e s 交换文件的读写，通过s t e p p d e s 文件前置处理器和后置处理器完成，前置处 理器把应用程序内的数据转换成符合s t e p p d e s 交换结构语法的文件，后置处 理器读入s t e p p d e s 文件，把交换结构描述的数据转换成接受系统内的数据。 目前s t e p 标准还处于发展完善阶段。虽然许多c a d c a m 商家都声称其系统符 合s t e p 标准，但仍需进一步发展和完善才能在实际中获得广泛应用。 综上所述，利用标准格式文件进行的数据转换，每个子系统只与标准格式文 件打交道，无需知道别的系统细节，为系统的开发者和使用者提供了较大的方便， 并可以减少集成系统内的接口数和降低接口维护程度。因此，用这种方式建立起 来的系统能在较广泛的范围内实现数据交换和数据的安全维护。但是，这种方式 仍然属于在数据文件基础上的系统间互联和集成的方式，各个子系统不能直接操 作数据库来存取数据，而是必须通过各种接口来转换数据文件，仍然影响数据的 一致性和可靠性，并会产生数据冗余。这种集成方式还需要解决各子系统间模型 统一问题，且运行效率较低，也不能算是一种十分理想的集成方式。 ( 2 ) 通过统一的产品模型和工程数据库进行集成 这种集成方式用统一的产品数据模型，并采用统一的数据管理软件来管理产 品数据，如图2 4 所示。集成产品模型是实现其集成的核心，工程数据库系统是 其集成的基础。统一数据库是各个子系统所共享的，通过公共数据库及统一管理 系统，使各模块间在统一的产品数据模型上进行数据交换，避免了数据文件格式 的转化，提高了系统的集成性，保证了数据的一致性、安全性和可靠性，是 c a d c a p p c a m 集成的理想方式。 图2 - 4 基于统一的产品模型和工程数据库的集成 8 第二章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的关键技术研究 在以上两种集成方式中，第一种是为了解决历史遗留问题。由于目前流行的 c a d c j 蝴商用软件大都是以s t e p 、i g e s 、s a t 、d x f 、d w g 等格式进行图 形数据交换，因此采用文件的方式进行数据交换，实现c a d c a p p c a m 各“自 动化孤岛 之间的信息交换和传输是比较切实可行的方法。第二种集成方式则是 完全符合c i m s 发展需要的。本课题所采用的集成方式即为第二种方式。 2 2 2p r o e 、p r o 厂】1 0 0 l l ( i t 程序与v c + + 程序之间的通讯 目前，p r o t o o u ( i t 还没有提供数据库编程接口，对话框的编程接口虽然提供， 但远没有v c + + 的对话框资源来的丰富，而且采用的3 层客户机服务器模式，仅 靠p r o 厂r o o l l ( i t 工具更是无法实现。因此，本整体式刀具c a d c a m 集成系统用 户对话框界面的开发与设计数据库的访问是利用s u a lc + + 6 o 来实现的，而对 于常用件模板的选择、参数的传递、再生等则由p r 0 厂r o o l l ( i t 来实现，并最终通过 p r o 厂r o o i k i t 把p r o e 环境和v i s u a lc + + 6 0 程序开发环境连接起来，以实现系统的 运行【14 1 。 从上面的分析可以看出，要保证整个系统的畅通、稳定运行，关键在于保证 p r o 厂r o o u 【i t 应用程序、p r o e 系统、v c + + 应用程序三者之间通讯的流畅和可靠【1 5 】。 为此，本系统采用了动态连接库( d l l ) 的方式来实现三者之间的通讯，如图 2 5 所示。由于通讯是通过直接的函数调用来实现的，所以具有执行速度快的优 点。 d 1 1d 1 1 p r o e一 p r o t 0 0 1 k itv c + + 应用程序a d 1 1 _ + 应用程序b d l l 2 3 本章小结 图2 5p r o e 、p r o 佃d o l k j t 程序与v c _ h 程序之间的通讯 本章介绍了开发刀具c a d c a p p c 削系统的关键技术。首先论述了特征技 术及基于特征的参数化技术的基本理论，并在此基础上举例介绍了本课题中刀具 信息的描述；之后阐述了集成方式及各程序间的通讯。 9 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 3 1 系统设计目标 为满足刀具制造企业提高生产效率、保证生产质量等迫切要求，本整体式刀 具c a d c a p p c a m 集成系统的设计目标是：应使刀具的图形设计与加工工艺规 程设计、自动编程能够实现有效集成，使刀具的设计和工艺规程的制订、n c 加 工程序的生成有效的统一于共同的零件特征信息模型之上。它主要包括图形的特 征设计、基于数据库的工艺规程设计、工艺文件处理及自动编程四部分，其应具 备的功能如下： ( 1 ) 能够通过输入刀具的参数信息，实现刀具自动建模。 ( 2 ) 能够围绕产品结构进行工艺路线设计，完成工艺过程卡的生成。 ( 3 ) 能够实现工艺过程卡的编辑修改及打印输出。 ( 4 ) 能够通过刀具的参数化建模自动生成加工程序及加工仿真。 根据上述要求，其功能结构树如图3 一l 所示。 参 数 化 绘 图 设 计 刀具c a d c a p p c a m 集成系统 c a diic a p pllc a m 零 件 特 征 建 模 人 机 交 互 工 艺 规 划 样 件 工 艺 规 程 参 考 零 件 工 艺 规 程 生 成 自 动 编 程 图3 1系统功能结构树 运用i d e f 0 方法建立系统的功能模型，如图3 ，2 所示。 1 0 加 工 仿 真 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 3 2 系统的总体结构 图3 2 系统功能模型 刀具c a d c a p p c a m 集成系统可以完成零件从结构设计、工艺设计、自动 数控编程和加工仿真等一体化制造过程。该系统由零件参数化设计、零件工艺设 计及自动数控编程三个部分组成。零件参数化设计将完成零件统一数据模型的建 立，为后续c 仙p 、c a m 等子系统提供所需设计和制造信息【1 6 】。零件工艺设计 将完成零件可加工工艺的生成和工艺文件的输出，为自动编程系统提供编程依 据。零件的自动数控编程将执行零件n c 代码的生成及输出。系统结构如图3 3 所示。 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 3 3 系统功能模块设计 图3 3 系统的总体结构 本集成系统分为三个子系统，即c a d 子系统、c a p p 子系统、c a m 子系统。 3 3 1c a d 子系统 本子系统主要完成刀具的设计功能，功能模型图如图3 4 所示。其是在实体 造型系统的基础上，运用特征的思想，用特征集构造零件，并通过人机交互完成 特征工艺属性赋值。c a d 子系统是整个集成系统的信息源头，也是c a d 与 c a p p 、c a m 集成的重要环节。 1 2 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 从功能而言，c a d 子系统是一个基于刀具特征的设计工具，可以实现参数 化设计。系统界面友好，方便人机交流，易于操作。各工序的实现基于单一数据 库，使产品设计、修改更为方便。系统采用参数化设计原理，缩短了刀具的设计 周期，提高了刀具产品的生产效率，降低了企业的生产成本。 3 3 2c a p p 子系统 图3 4c a d 系统功能模型图 零件图纸 c a p p 子系统主要具有刀具加工工艺规程的设计和加工工艺文件的输出功 能，功能模型图如图3 5 所示。其实现过程为：通过检索、修改集成系统中的典 型工艺、标准工艺而生成所需加工刀具的加工工艺。 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 3 3 3c a m 子系统 图3 5c a p p 系统功能模型图 刀具加工 工艺文件 c 蝴子系统是借助于p r o e 平台进行数控加工程序的输出，功能模型图如 图3 6 所示。由于刀具数控程序相对较复杂，且p r 0 e 软件c a m 部分比较成熟， 自行开发反而得不偿失。故本系统采用中性的、通用的s t e p 格式文件作为其零 件信息输入方式，c a m 子系统通过提供输出s t e p s 格式文件的接口，与p r o e 软件连接，实现c a d c a p p c a m 的集成。该子系统简单易学，能够极大的提高 生产人员的编程效率。 数控加 工程序 图3 6c d 系统功能模型图 1 4 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 3 4 开发平台简介 3 4 1p r o t o o l t 简介 p r o 厂r o o l t 是美国p a r a m e t r i ct e c l l i l 0 1 0 9 yc o 印o r a t i o n ( p t c ) 公司为 p r o e n g i n e e r 软件提供的开发工具包，其主要目的是让用户或第三方通过c 程 序代码扩充p r o e n g n e e r 系统的功能，开发基于p r o e n g 矾e e r 系统的应用 程序模块，从而满足用户的特殊要求。不仅如此，还可以用p r o 厂r o o l t 提供 的u i 对话框、菜单以及v c 的可视化界面技术，设计出方便实用的人机交互界 面，从面大大提高系统的使用效率。 p r o 厂r o o l t 工具包提供了开发p r o e n g i n e e r 所需的函数库和头文件， 使用户编写的应用程序能够安全地控制和访问p m e _ n g i n e e r ，并可以实现应用 程序模块与p r o e n g i n e e r 的无缝集成。 在p r 0 e n g i n e e r l 7 版本及该版本以前，p t c 公司提供的开发工具是 p r o d e v e l o p ，从p r o e n g i n e e r l8 版本起，p r o e n g i n e e r 系统的开发环境 采用p r o 厂r o o l t 。p r 0 1 o o l t 支持在w 协d o w s 2 0 0 0 n 似p 操作系统中使用 c 和c + + 语言设计程序，采用m i c r o s o f t s m lc h 6 o 作为编译器和连接器，并 可以在m i c r o s o r s u a lc + + 6 o 的集成环境下完成程序的设计、调试和编译。 3 4 2v c + + 6 o 简介 s u a lc + + 6 0 是运行于w m d o w s ( 包括w m d o w s9 8 n t 2 0 0 0 ) 上的交互式 可视化集成开发环境，是m i c r o s o r s u a ls t u d i o6 o 家族成员之一。 同其他的可视化开发环境( 如s u a lb a s i c 、d e l p l l i 、c + + b u i l d e r ) 一样， s u a lc + + 6 0 集程序的代码编辑、编译、连接、调试等功能于为一体，给编程人 员提供了一个完整而又方便的开发界面，并提供有效的辅助开发工具。s u a l c + + 6 o 的a p p w i z a r d 可以为很大一部分类型的应用程序提供框架代码，用户不 需要书写代码，只需要几个按钮就可以生成一个完整的、可以运行的程序。 除以上共同的优点以外，s u a lc + + 6 o 与其他可视化集成开发环境相比，也 有其独特的优势。即用s u a lc + + 6 o 做界面更加灵活，尤其当用户需要定制一 些特别的界面时，s u a ic + + 6 0 更加方便。 由于s u a lc + + 6 0 基于c c + + 语言，又来自、斫n d o w s 操作系统本身的开发 者m i c r o s o r 公司，因此，在众多的可视化集成开发环境中，它是开发w i n d o w s 应用程序的最佳选择【1 7 j 。 基于以上原因，本课题采用了s u a lc + + 6 o 作为界面设计的开发工具。 第三章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的总体设计 3 4 3a c c e s s 简介 a c c e s s 是o m c e 系列软件中用来专门管理数据库的应用软件。数据库管理系 统分为两类：文件管理系统和关系型管理系统。a c c e s s 应用程序就是一种功能强 大且使用方便的关系型数据库管理系统，一般也称关系型数据库管理软件。它可 运行于各种m i c r o s o rw i i l d o w s 系统环境中，由于它继承了w i n d o w s 的特性，不 仅易于使用，而且界面友好，如今在世界各地广泛流行。它并不需要数据库管理 者具有专业的程序设计水平，任何非专业的用户都可以用它来创建功能强大的数 据库管理系统。此外，a c c e s s 使用标准的s q l ( s n u c t u r e dq u e ul a l l g u a g e ，结构 化查询语言) 作为它的数据库语言，从而提供了强大的数据处理能力和通用性， 使其成为一个功能强大而且易于使用的桌面关系型数据库管理系统和应用程序 生成器。 3 5 本章小结 本章主要介绍了刀具c a d 圮a p p c 气m 集成系统的总体框架，包括集成系统 的总体设计目标及总体结构，此外，还介绍了c a d 、c a p p 、c - 蝴三个子系统 的功能及特点，最后介绍了系统的开发平台。 1 6 第四章刀具c a 肼c a p p c a m 集成系统的具体宴施 第四章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的具体实施 4 1 系统界面的开发 4 1 1 创建p r o 厂r o o t l 应用程序的基本过程 p 吣t o o l k r r 应用程序是指利用p m 但提供的p r o r i d o l k r r 工具包的支持， 用c 语言进行程序设计，采用c 编译器和连接器创建能够在p r 0 ，e 环境下运行的 可执行程序( e ) 匝) 或动态连接库( d l l ) 形式的程序。一般由下列两种方法创 建：利用m a k c 文件创建p i o 彻l m 应用程序、利用v c 向导创建p 栅0 l k j t 应用程序。 采用m a k e 文件的方法创建p r 矿m l t 应用程序必须用手工修改m a l ( e 文件，程序的设计和调试均不方便。另外，这种方法下无法使用m c 类库，因 而不能充分利用v c 资源。特别是在人机交互界面设计时不能直接进行对话框的 可视化设计。因而，利用v c 的应用程序设计向导( a p p 狮z a r d ) 和类向导( c h s s 、i z a r d ) 来进行p 删1 l k r r 应用程序的设计、创建和调试，是一种更佳的选 择。因此，本系统的p r 0 彻l k j t 应用程序均用这种方法创建。 1 用v c 创建p m t 0 0 l k j t 应用程序的基本框架 其具体步骤如下： ( ”进入v c 集成开发环境，选择“文件新建”选项，启动如图4 1 所 示的“新建”对话框。 囝4 1“新建”对话框 第四章刀具c a d c a p p c a - m 集成系统的具体实施 在“新建”对话框中选“工程”选项卡，选择ca p p 、矾z a r d ( d 1 1 ) 项。 在“工程名称”输入框中输入工程文件名，在“位置”输入框中输入路径。单击 确定按钮，进入“c 应用程序向导”对话框。 ( 2 ) 在“m c 应用程序向导”对话框里选择“动态链接库使用共享m c d l l ”单选框，使p r o 厂r o o l t 应用程序使用共享的m f c 。单击完成按钮，进 入新建工程信息窗口后，单击确定按钮，完成工程文件框架的建立。 2 p r o 厂r o o l k i t 应用程序设计 在v c 应用程序设计向导自动创建的程序框架上添加必要的函数代码、增加 新的c p p 源文件以及新的资源，才能构成一个完整的p r o 厂r o o l t 应用程序体 系。从功能上分，程序设计者的主要工作在两个方面：一是按p r o 厂r o o l t 应 用程序在p r o e 环境运行的要求，设计接口程序和应用程序结束时的终止程序； 二是根据功能需求设计p r o 厂r 0 0 l t 应用程序主体部分。前者是系统所要求的 初始化部分和终止部分，后者是完成应用程序预定功能的一个或多个c p p 源程 序，下面对两方面分别进行详细介绍： ( 1 ) u s e r 越t i a l i z e ( ) 和u s e rt e n l l i n a t e ( ) 函数 u s e r 诚t i a l i z e ( ) 是p r o 1 i o o l t 应用程序的初始化函致，主要用来对同步 模式的p r o 厂r o o l k i t 应用程序进行初始化，任何同步模式的应用程序要在p r o e 系统中加载都要包括该函数，其作用相当于c 程序中的m a 砒) 函数。在该函数中 设置用户的交互接口，如设置菜单、调用对话框或直接调用所借的函数等。在 p r o e 中加载p r o 厂r o o l t 应用程序时，首先调用u s e ri n i t i a l i z e ( ) 函数。 u s e rt e 肋i n a t e ( ) 函数是在p r o e 终止同步模式的p r o 厂r o o l t 应用程序时调 用的，该函数由用户定义，可以不执行任何动作。 以上两个函数的典型定义格式为： e x t e m ”c ”缸u s e r _ “t i a l i z e ( ) p r 0 e 玎o rs t a t u s ： 用户添加的接口程序部分 r e t u ms t a t u s ： ) e x t e m ”c ”v o i du s e r - t e m l i n a t e ( ) 用户添加的终止代码 第四章刀具c a d c a p p c a m 集成系统的具体实施 j ( 2 ) p r 0 t o o l k i t 应用程序主体部分的调用方法和相关函数 应用程序的主体部分主要由自定义函数组成，可以在u s e r “t i a l i z e ( ) 函数中 直接调用，或者通过u s e r “t i a l