基于MDT API箱体零件加工特征识别和工艺知识表达.doc

基于MDT API箱体零件加工特征识别和工艺知识表达摘 要：本文研究了基于MDT API的箱体类零件加工特征建模、工艺知识表达和特征识别方法。以AutoCAD ARX开发环境下的MDT API的特征建模实用工具为基础，实现了附加特征工艺信息与零件特征实体模型的动态关联，通过零件特征识别和信息提取，输出以面向对象框架描述的零件加工特征信息模型，便于与后续CAPP等应用系统的集成。关键词：特征识别ARXMDTAPIManufacturing Feature Extraction and Process KnowledgeRepresentation Based on MDT APIAbstract：In this paper，the manufacturing feature modeling，process knowlesge representation and feature extraction methodology，as well as its implementation technology are studied based on MDT API in Auto CAD ARX secondary development environment.Key words: feature extraction；ARX；MDT；API1、引言MDT(AutoCAD Mechanical Desktop)是在Auto CAD基础上开发的通用三维机械CAD平台，主要包括机械CAD参数化特征造型、曲面造型和装配造型三大部分。MDT具有良好的二次开发工具和编程接口。Auto CAD运行扩展(ARX Auto CAD Runtime extension)，开发环境是Auto CAD的一种新的二次开发手段，是以C+ +为基础的面向对象的开发环境和应用程序接口。API-Autodesk Mechanical Application Programming Interface，即机械CAD应用程序开发工具，是由一系列接口函数构成的，增强和扩展了ARX开发环境。MDT API提供了参数化特征编辑和高层建模技术，具有统一的对象用机制，通过object keys技术与ARX类库交互作用，为程序员提供了通用的C语言接口函数，简化了编程。利用MDT系统提供的API接口，对MDT系统的数据结构进行分析，提取其中的重要信息，如特征描述信息、装配关系信息，从而与其他应用程序进行部分的数据交换，如与PDM、CAPP的集成。在MDT特征造型的基础上，开发箱体类零件CAPP和CAM系统，必须建立满足CAPP需要的加工特征信息模型。CAPP所需零件信息的理想方式是直接从CAD系统提取的，它也是CAD/CAM集成的关键技术。MDT的零件造型是基于设计特征的参数化实体造型，能直接被CAPP系统接受，必须经过特征识别和特征转换，才能从设计特征中抽取零件制造用的结构特征和工艺特征信息。本文主要研究基于加工特征建模的特征识别和信息提取方法。2、基于MDT的零件特征造型MDT的零件由基础特征、附加特征和定位特征组成。基础特征可由草图特征和基本体素(Auto CAD实体)生成。附加特征可由草图特征、放置特征和阵列特征生成。定位特征包括工作点、工作轴和工作平面。在MDT零件特征造型的基础上，可以综合利用MDT命令、ARX类库和API函数，根据实际需要创建箱体类零件形状特征库。特征库中的各特征类包括几何形状特征属性和精度特征属性等。从加工角度看，箱体类零件形状特征可分为基本特征和复合特征。基本特征是单一的、相对独立的简单几何形状，与其他特征信息无相互位置与连接次序的拓扑关系，它所描述的是零件的基本几何形面。复合特征是由基本特征组成的，体现了各个基本特征之间相互位置与连接次序的拓扑关系，它不是简单的组合，而是从制订加工工艺时的易加工性方面考虑的特征类型。易加工性指的是保证尺寸和位置精度下的快捷加工，从总体来看，是基本特征在功能、结构与工艺特点上的有机组合。基本特征分为基本孔和基本面。基本孔可以分为通孔、盲孔、圆锥孔等；基本面可以分为长平面、圆平面等。复合特征分为槽类、孔类、复合面类及其它。槽类分为T形槽、V形槽、矩形槽、燕尾槽等。孔类分为螺纹孔、阶梯孔、带环槽孔等。复合面类分为平行面、垂直面、阶梯面等。3、基于MDT的零件加工特征信息模型基于特征的零件信息数据模型充分考虑了形状、精度、材料、管理、技术等方面的特征，为整个设计制造过程的各个环节提供统一的产品数据模型。箱体类零件信息模型包括三类特征：（1）总体特征：包括管理信息如零件名称、编号、设计等，以及技术要求、材料、热处理等其它信息。（2）形状特征：以形面及其组合所构成的具有制造意义的结构形状。形状特征使零件具有一定的结构，该特征的定义一般与加工方法或使用的刀具有关，通常按一次刀具成型进行定义。（3）精度特征：包括形位公差、粗糙度、表面处理以及尺寸精度等关于形状公差的尺寸、形状、表面质量方面的特征。如前所述，对于几何形状特征的构成在形式上可分为基本特征和复合特征。基本特征描述的信息包括特征所在方位面、特征参数尺寸、特征名称、特征类型、特征识别符、形状公差等。复合特征的信息有各组成基本特征项之间的相互尺寸、关联关系、位置公差等。4、加工特征和工艺知识的表达在上述形状特征库的基础上，建立基本特征和复合特征信息的框架表达，即建立特征数据库和知识库，然后利用MDT的属性和对象(object keys)机制建立工艺信息与零件形状特征模型的动态关联关系。基于MDT特征设计系统的零件加工特征建模过程，如下所示。零件加工特征建模过程描述：Step1.系统初始化，包括预先定义特征库、工艺数据库和知识库的初始化；Step2.零件设计构思,将零件分解为若干特征，确定最先建立的基础特征和附加特征的创建顺序；Step3.创建的基础特征,附着零件总体特征数据，即零件总体属性，包括名称、型号、材料、其它信息；Step4.创建附加特征；输入特征描述数据,包括特征名称、特征类型、特征尺寸参数信息、特征的定位信息、特征终止信息等，附着特征工艺数据和相关加工操作知识库，即特征属性，包括名称、类型、加工方法,以及特征加工面属性；如精度、公差和粗糙度；Step5.创建复合特征，建立各基本特征之间相互位置与连接次序的拓扑关系，附着特征工艺数据和相关加工操作知识库；Step6.使用并、交、差将各特征拼成零件；Step7.重复步骤4至5，直到创建完零件所有加工特征。对于上述零件总体特征信息，通过属性机制与特定零件之间建立动态关联关系，而与特征有关的工艺信息，如精度特征等，则与相应的特征或特征之间建立动态关联关系。对于所需的外部数据，如刀具资源库、加工余量数据库，可利用ODBC (开发式数据库互联)建立外部数据库或数据文件。为了利用加工特征模型进行零件工艺规划，就需要有关的工艺规划知识。工艺规划知识表达方法是在对象类上附着相关知识库。这种把领域知识和数据封装在相关对象中的方法，不仅有利于信息和知识在对象中的传播，而且可使系统具有良好的模块性和可维护性。工艺规划知识库的表达采用了在面向对象框架语言的基础上开发的特征描述语言(FDL)，例如，特征对象类(class CFeature)通过附着加工操作选择知识库，使其成为基于知识的对象。孔加工工艺知识库的面向对象框架描述如下所示。Unit：Fhole In hole.fra；/*孔加工知识库*/Superclasses：Ffeat；/*父类槽*/Memberslot：m_csFeatType from Fhlole；Memberslot：m_diameter from Fhole；Memberslot：孔加工方法规则集from Fhole；Fact_FRAME.m_diameter=0.2And_FRAME.m_tolerancel T=6then_FRAME.m_method：=“钻-扩-粗铰-精铰”；end unit；/*框架描述结束/通过特征识别系统自动生成特征描述框架，填充有关的槽值。系统采用消息发送机制启动知识的推理，例如，当特征对象收到“Machining Operations”消息时，就搜索其知识库，选择加工操作，并返回结果。在MDT零件特征造型的过程中，利用MDT的属性和对象键机制编制的应用程序，以交互方式由用户分别定义总体特征和特征工艺信息，从而建立面向CAPP的箱体类零件完整的加工特征信息模型。利用Microsoft Visual C+ +和MFC类库的可视化工具建立可在MDT环境中运行的人机接口界面，如各种信息输入对话框。5、加工特征识别和信息提取在建立了零件完整特征信息模型以后，就可以进行特征信息的提取，最后输出以面向对象框架描述的零件特征信息，作为后续CAPP的输入信息模型。借助于MDT API提供的特征操作函数，可以实现特征类别的自动判断及特征参数的自动提取。特征信息提取主要包括特征描述信息的提取和特征工艺信息(特征附加属性)的提取。特征描述信息的提取是通过特征描述器(Feature Descriptors)进行的。特征描述器包含构造特征的所有信息,可用于特征信息的提取和特征创建。特征描述器所包含的内容主要有：（1）特征的一般信息，如孔的直径、倒圆的半径等；（2）特征的定位信息(Locator)；（3）特征终止信息(Terminator)。特征工艺信息作为特征附加属性是利用MDT的属性机制实现的。零件特征提取算法的一般步骤如下所示。零件加工特征识别和信息提取步骤描述：Step1.系统初始化，包括预先定义特征库、工艺数据库和知识库的初始化；Step2.选择零件，获取零件key，建立零件对象CPart；Step3.识别零件总体特征数据；Step4.形状特征识别,获取所有加工特征；Step5.选择一个特征,获取特征key，建立特征对象CFeat；Step6.识别特征描述数据，包括特征名称、特征类型、特征尺寸参数信息、特征的定位信息、特征终止信息等；识别特征工艺数据；Step7.基于特征描述语言(FDL),输出特征信息和相关加工操作知识库的框架描述；Step8.重复步骤5至7，直到扫描完零件的所有加工特征。在程序中，对于某一几何形状特征而言，必须提取表示该形状特征的基本参数。典型的加工特征如平面特征的几何信息包括平面的位置、法向和边是通过API函数获取几何面实体的几何键(Geometry Keys)来引用该几何对象得到的。而平面的工艺信息，如位置尺寸、粗糙度、形位公差要求等是以几何面实体为信息载体作为附加属性得到的。例如，对直盲孔特征所提取信息用面向对象的框架描述，通过父类槽继承预先建立的孔类框架Fhole的属性数据、规则和方法，作为后续特征单元排序和工艺规程生成的推理依据。6、基于MDT API的CAPP建模工具及其应用在上述研究的基础上，在MDT的特征设计环境下开发了箱体类零件的CAPP建模工具软件，系统结构如图1所示。图1基于MDT API的特征建模工具系统结构该工具软件主要由加工特征建模和工艺信息附加模块、特征知识和信息提取模块以及形状特征库、工艺知识管理和维护模块构成。工艺知识库管理和维护利用了在面向对象框架语言的基础上开发的特征描述语言(FDL)。系统采用框架对象编译器把以外部形式表达的知识库编译成为内部以二叉树表达的知识库，以便于利用知识库进行推理。该工具软件由Visual C+ +结合MDT的API函数写成，通过接口程序把MDT环境和Visual C+ +程序开发环境连接起来，以Windows动态链接库(DLL)的形式发布给其他应用程序模块使用。库中提供有关共性关键数据结构和算法，为后续的应用程序开发提供底层支持。在应用程序中，可利用特征建模工具类库中的API类，建立所需的用户操作命令，可在Visual C+ +开发环境下进行编译调试，生成可在MDT环境运行ARX程序。待加工零件的工艺分析是实现FTL(Flexible Transfer Line)快速响应设计的重要环节。以MDT作为FTL模块化设计制造集成系统的一体化解决方案，不仅可直接从CAD系统提取零件CAPP所需零件信息，而且便于产生工序简图和FTL设计方案布局图。参考文献1 AutoCAD Designer Release 2：Part Modelling，Autodesk. Autodesk，19962 Autodesk Mechanical Application Programming Interface（API）Developers Guide. Autodesk，19973 P Gu，D H Norrie. Intellingent Manufacturing Planning. Chapman & Hall. 19954 童秉枢. 现代CAD技术M. 北京