基于CAD／CAPP集成的精度信息建模及提取.pdf

精 度信息是集成化CAD C APP 系统产品模型 中不可缺少的重要组 成部分 精度信 息的建模与提取也是 实现 C A D C A P P 集成 的瓶颈之一 基于C A D C A P P 集成的精度信息建模及提取 口 上海工程技术大学机械 工程学 院刘胜 C A D C A P P C A M 是C I M S 的重要组成 部分 三者之 间的有 机集成对制造业有着重大的意义 但是 C A D 创建的几何模型 只包含了零件的几何形状特征信息 C A P P 系统难以从C A D 系统 中获取所需的工艺特征信息 阻碍了数据的交换和共享 特征具有多视域的特性 即不同的应用领域作为特征的 几何元 素可能是 完全不 同的 一 个几何元 素在不 同的应 用中 可能被视为不同的特征 从C A D C A P P C A M 集成的角度出发 可 以将构成零件的特征分为5 大类 管理特征 技术特征 材料 及热处理特征 精度特征和形状特征 其中 管理特征 技术 特征和材料及热处理特征只需通过中问数据库进行统管理 就可以容易地实现信息共 享和交流 而形状特征可 由C A D 系统 获得 精度特征是描述零件几何形状 尺寸的许可变动量的信 息集合 包括公差 尺寸公差和形位公差 和表面粗糙度 这 些精度信息会影响零件的机械性能 加工路线和生产成本 是 C A D C A P P C A M 集成中重要的组成 但是精度特征并不能单独存 在 必须依附于形状特征 两者之间有着复杂的映射 目前的研究已经很多 虽然取得了 些成果 但精度特 征还是不能和形状特征很好地结合起来 本文从实际应用出 发 以形状特征为载体 定义精度特征附属于形状特征的规 则 利用现有三维C A D 系统已具备的特征树功能 开发简单易 用的接 口 提取基于形状特征的精度信息 为C A D C A P P 集成中 最核心的问题提供解决方法 一 基于几何形状特征的精度特征建模 1 精度特征 精度特征是决定零件的产品质量 设计与制造成本的重 要特征 从设计角度可以将精度特征分为2 大类 公差和表面 粗糙度 公差包括尺寸公差和形位公差 其中形状公差和位置 公差统称为形位公差 精度特征的划分如图l 所示 其中 表面粗糙度指加工表面所具有的较小间距和微小 2 4 CA D C AM与制造业信息化 ww id n o v o c o m c r l 雨 匕 南匦 一一L 垒 芏 堡 丝 坌 堑 I j 一 t j 生 坌 j 垃 叁 峰谷不平度 这种微观几何形状一般是由零件的加工过程决定 的 尺寸公差是指尺寸允许的变动量 尺寸既可以是其起始点 与终止点位于同一形状特征对应形体内的定形尺寸 也可以是 起始点与终止点位于不同的形状特征对应的不同几何形体之 内的定位尺寸 被测单一要素的实际形状对其理想形状的变动 量 称为该要素的形状误差 而实际要素的形状所允许的变动 全量称为形状公差 被测相关要素间的实际位置对基准要素位 置的变动量 称为该被测要素的位置误差 而实际要素的位置 对基准所允许的变动全量称为位置公差 2 基于几何形状特征的精度特征建模 形状特征是描述零件几何形状及拓扑关系 相关尺寸的 信息集合 形状特征是产品信息模型中最主要的特征 是精度 特征的载体 两者与零件建模直接相关 因此借助三维C A D 系 统在几何建模同时定义的基于形状特征的精度信息 可以建立 产品几何模型与精度信息之间的联系 目前常用的三维C A D 系统 N X P r o E N G I N E E R S o l i d w o r k s 或S o l i d E d g e 等 都采用特征造型技术 并且通过特征树来管 理特征造型过程 构造零件的每一步实体操作 拉伸 切除和 钻孔等 都对应特征树上的一个节点 称之为基本特征 为了对应C A D 系统中特征这一概念 最大程度地从C A D 系 统中获取已有的相关信息 避免二次输入 本文提出 j C A P P 所需的工艺规划信息分为4 个 层面 零件层 特征层 特征型 面层和特征尺寸层 其相互关系为 每个零件 由多个特征组 成 每个特征由多个特征型面组成 每个特征包含不同的特征 尺寸 零件层信息包括零件I D 零件版本I D 零件名称 零件 重量和材料等 特征层信息包 括特 征名称 特征I D 特征 类型 和所属零件I D 等 特征型面层信息包括型面I D 形状公差 位 置公差 粗糙度 硬 度 所属特征I D e A 基准 型面I D 等 特征尺 寸层信息包括尺寸I D 尺寸值 尺寸公差和所属特征I D 等 数 据结构如图2 所示 零件层信息表 零件I D 零件版本I D 零件名称 零件重量 零件材料 可以看出 精度特征信息集中在特征型面层和特征尺寸 层 而C A D 系统几何特征建模只涉及到了零件层和特征层 因 此特征层是两者联系的关键所在 三维C A D 系统 中的特征树 记录 了造型 的过程 和组成零件 的 基本特征 通过基本特征可以建立形状特征和精度特征的联 系 各个基本特征实质上是一个实体造型命令 实体包括特征 型面 可按照传统的加工面术语赋予该特征的名称 如 外 圆 内圆 或 平面 等 也可通过制定定 的规则来重 命名基本特征的书写规则 在C A D 系统中体现特征型面 从而 实现对与特 征型面相关的形状公差 位置公差和表面粗糙度等 精度信息的加载 本文以基于P a r a s o l i d 的S o l i d E d g e 为例 来说明如何通过 制定特定的特征树属性编写规程 实现C A D 几何特 征与C A P P E I 艺特征的映射 对于S o l i d E d g e 特征树中的每个基本特征 笔者定义其属性的命名规则为 特征I D 特征型面 名称 尺寸公差 形状 公差 位置公 差 粗 糙度 硬度 基 准I D 特征 而每个基本特征包含一个或多个特征型 面 不同的特征型面将对应不同的尺寸公差 形状 公 差 位置公差 粗 糙度和硬度 因此用符号 来加以区分 因此 S o l i d E d g e 特征E d g e b a r 名称栏 填 写规程为 特征 I D 征型面名称l 特征型面名称 2 特征型面名称n 尺寸公差l 尺寸公差2 尺寸 公 差n 8 乡 状公差1 形状公差2 形状公差n I 立 置公 差1 位置公差2 位置公差n 饵糙度1 粗糙度2 粗糙度n 硬度l 硬度2 硬度n 8 基准I D 特征 栏 目主持 丁海骜 投稿信箱 d i n g h 0 o i d n o V o c o m C R 二 精度特征信息的提取 1 开发环境设置 首先 引用S o l i d E d g e 有关类型库 通过A c t i v e X A u t o m a t i o n 访 问S o l i d E d g e 提 供的 主要对象 常 用的类型库包括 如下 几种 S o l i d E d g e A s s e m b l y T y p e L i b r a r y 装配类型库 a s s e m b l y t l b S o l i d E d g e P a r t T y p e L i b r a r y 零件和钣金类型库 a s s e m b l y t l b S o l i d E d g e D r a f t T y p e L i b r a r y 二维图文档类型库 a s s e m b l y t l b S o l i d E d g e F r a m e w o r k T y p e L i b r a r y 框架结构类型库 a s s e m b l y t l b S o l i d E d g e c o n s t a n t s T y p e L i b r a r y 常数类型库 c o n s t a n t s t l b S o l i d E d g e F i l e P r o p e r t i e s O b j e c t L i b r a r y 文件属性 对象库 P r o p a u t o d l 1 然 后 在 V B 集 成 环境 中 在 工程 菜单 下选 择 引 用 命令 选择需要的类型库引入工程 即可通过V B 的对象浏 览器查看被引用的S o l i d E d g e 类型库 以及该类可用的方法 属性和事件 2 精度特征信 息的提取 利 用S o l i d E d g e 提供 的编程接 口 研究零件和特征的层次 结构 图 图2 分析其访 问路径 由图3 总结出特征的访问路 径为 A p p 1 c a t j 0 n D o c u m e n t s P a r t D 0 c u m e n t H o d e s M 0 一 d e 1 一 F e a t u r e P r o p e r t y P r 0 f 1 1 e s P r o f e P r o p e r t y 综合运用特征和尺寸编程技术 可以提取特征相关信 息 通 过对基于特征 造型 的三维C A D 软件进 行二次开发 提取 零件层信息 零件 的基本特征信息 特 征型面信 息和特征 尺寸 信息 存储于P D M P r o d u c t D a t a M a n a g e m e n t 的产 品数据库 中 以建立全局 的产 品信息模 型 提供 完整的产 品信 息数 据 1 特征层信息的获取 利用S o l i d E d g e 提供的接口函数 a 特征 对象 的层次 结构 b 尺 寸对象的层次结构 C AD CA M与制造业信息化 2 0 1 0 年第8 期 25 一 一一一 一一 一 一 一一一一 一一 一撇 一雠 一一 一 一 一 一一 一一 一 对特征树中的每一个基本特征 F e a t u r e o b j e c t 进行遍历 获取N a m e 属性 从而得到每个基本特征所包含的全部型面和 型面属性 公差 粗糙度等信息 2 特征型面层信息的获取 利用S p l i t 函数 N a m e 属性分 解 得到每个型面的名称和该型面对应的信息 3 特征尺寸层信息的获取 在遍历特征的同时 针对 不同基本特征的特点 获取特征尺寸 如对于常用的C u t o u t 和P r o t r u s i o n 特征 通过特征轮廓 P r o f i l e 的D i a m e t e r 和 L e n g t h 等属性得到特征的轮廓尺寸 通过D e p t h 属性获取特征 的深度尺寸 将所有从C A D 系统中获取的信息存储于统一的数据库中 进行分类整理 在整理中需要注意特征型面 特征尺寸与尺寸 公差的对应关系 如对于C u t o u t 特征 其型面有内圆和端面 其对应的特征尺寸通过D i a m e t e r 属性得到内圆的直径3 2 0 m m 通过D e p t h 性得到端面的深度3 m m 其尺寸公差内圆为H 7 端面为H 1 2 为方便管理 在特征树属性编写时 必须对于各 个基本特征作出规定 如对于C u t o u t 特征 型面名称的定义要 遵守先内圆再端面的顺序 然后以 尺寸1 代表直径 尺 寸2 代表深度 尺寸公差顺序与型面致 三 实例 本 文提 出通过P D M 系统 实现 C A D 与C A P P 系统的集成 以产 品结构树为中心 统一管理C A D 和C A P P 文档及有关的产品数 据 围绕产品结构树展开管理功能 P D M 系统如图4 所示 在产品结构树中选择某个产品 将 出现该产品的属性列表和图形浏览 点击加入 零件工艺信 息 将进入到零件 的C A D 环境之 中 如图5 图5 右上角是零 件特征树 每个基本特征按照规则书写 体现特征和特征型 面 以对应C A P P 对信息的要求 在该C A D 环境中 加入零件 工艺信息 的图标是二次开发的一个模块 如果进入C A D 环境 中 没有看到这个执行模块 可以在工具栏上点击右键 选 取 加入零件工艺信息 该 图标就会重新出现 通过这个接 口模块 可以将特征数据存储到数据库的零件特征表中 实现 数据的共享和无缝传递 四 小结 本文提出了一种基于精度特征的产品建模与提取方法 为在现有的C A D 系统中实现精度设计提供了简单易用的模式 首先 对应C A D 系统中几何特征的概念 将C A P P 工艺特征信息 分 为零件 层 特征 层 特征 型面 层和特 征尺 寸层 4 个层 面 并提出利用三维C A D 特征造型系统的特征树 制定特征树的书 写规则 通过开发C A D C A