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摘 要 以Pro/E作为三维零件信息提取平台，提出一个基于零件特征设计的CAPP系统，该系统对零件几何信息进行精确描述，运用设计特征信息和辅助人机输入的方式完成制造特征信息的提取，介绍一种有效的自动特征识别和加工信息提取的方法。
关键词 CAD Pro/E CAPP系统
中图分类号：TP3911 文献标识码：A
随着CAD技术的发展，现在的很多企业开始使用三维CAD技术来进行零件的设计，把CAPP构建在三维CAD体系上，形成CAD/CAPP集成系统，是当今CAPP技术的发展趋势 。CAPP系统开发的难点是零件加工工艺的灵活性以及工艺方法的开放性 。但是，零件基本型面的加工方法和方案是基本稳定的，如果能够对基本型面的信息进行采集，那么CAPP系统的基本型面的加工比较容易解决。本文所介绍的CAPP系统是以Pro/E为开发平台，充分利用其强大的特征造型功能，实现零件的特征自动识别与提取，确定零件的加工工艺路线。
一、系统的构成
（一）系统规划。
CAPP系统的总体结构如图1所示，设计遵循以下原则。
1、基于特征设计的方法构建零件设计模型。采用特征设计是实现自动提取的前提 。在特征识别时，难免会遇到对低层几何信息的分析与识别。但只要建立以特征为单元的几何机制，就可避免出现特征识别的困难。
2、采用CAPP专家系统自动确定最佳加工路线，提高加工的智能化水平。利用Pro/E的实体造型技术具有对零件多方位特征描述的特点，定义各加工表面特征的数据结构，定义加工特征库。通过访问工艺知识库，人机交互输入参数、确定所需特征的几何信息和工艺信息。经筛选、优化确定最佳加工工艺方案，生成机械加工工艺模块，导出机械加工工艺文件。
（二）系统构成概述。
1、Pro/E的特点。
美国PTC公司开发的机械设计自动化软件Pro/E，其CAD设计系统具有基于特征建模、全参数化驱动设计和单一的数据库等特点。在几何形状上，提供了常用的工程特征，如孔、槽、倒角、倒圆角、筋和壳等，以及用户自定义形状特征和组合复杂形状特征，如各种弯面造型、零件抽空、三维式扫描造型功能、多截面造型功能、薄片设计和其他组合形状特征，允许用户提出表面粗糙度和形位公差要求 。
在零件材料上，Pro/E提供了一个材料库，并允许对其进行操作，修改材料库的内容。在设计过程中为零件设计提供了全面的设计信息 。
2、特征提取模块。
零件信息模型内容必须涵盖零件设计、工艺和制造等方面的信息。一般将零件特征信息归为五大类：造型特征、精度特征、技术特征、管理特征、材料及热处理特征 。Pro/E特征提取模块功能强大，可以提取所需的造型特征、精度特征信息，如图2所示。
现以支架类零件的CAPP应用为例，说明本模块的工作过程。支架类零件的加工，主要是面和孔的加工。面是重要的加工特征，但并非所有面都需要加工，因此，对于需要加工的表面提取，采用鼠标选择方式。面的数据提取如图3所示。通过鼠标拾取可获得面的边界和面的特性（平面还是曲面），通过人机对话方式输入加工技术要求，完成面的特征提取。
孔的类型很多，虽然类型各不一样，但都具有回转面的几何特征，以普通圆柱孔的特征提取为例做分析。在Pro/E中每生成一个特征孔，在Pro/E软件的零件模块中，系统将自动为该特征孔生成一条从属于该孔的轴线，即使两孔完全重合，或轴线具有重合的位置关系，两条轴线不会合二为一，而是独立存在。
对于支架类零件，面和孔的信息确定后，其加工的主要信息即可确定，并运用交互特征定义的方法来进行局部信息的补充及校核，由基本型面加工库以及工艺知识库共同运算，生成机械加工工艺。
3、工艺生成模块。
（1） 确定加工坐标系子模块。零件建模同时产生一缺省坐标系。在特征提取时，特征的所有几何尺寸都是以此缺省坐标系作为基准，此缺省坐标系在加工中与加工坐标系可能不一致，因此，需要建立加工坐标系。此模块的作用就是拾取加工坐标系，生成变换矩阵。
（2） 确定加工面子模块。
采用人机交互方式，用鼠标拾取加工面，确认后从Pro/E的统一数据库中，调用先前在特征提取模块获取的加工信息，在此模块中通过工艺知识库确定加工方案。
（3） 加工工艺路线生成模块。
以创成为主，人工干预为辅，生成零件加工工艺路线。就支架类零件特征加工来说，在各表面生成加工方案的基础上，以主要加工面为主干线，结合工艺知识库，在主要加工面工序子模块中生成主要加工面的工序，将其他表面的加工工序通过工艺知识库的筛选和优化，共同生成整个零件的加工路线模块，最终完成整个零件工艺文件，如图4所示。
加工方法的确定是通过知识库分析、整理得到的。依据型面类型、精度等级及表面粗糙度等加工要求，即可生成与此相对应的相对固定的加工路线的加工链。加工链是加工某类表面所要采用加工方法的总和。加工链同时给出了特定型面各种加工方法在工艺路线中的先后顺序。对于特定型面在咨询该知识库时，通常只是一种规则被合理地触发，从而找到相匹配的加工链。
（4） 工艺知识库。
工艺知识库由工艺资源库和工艺规则库组成，存放领域的专家知识及规则形式，通过从零件中获取的几何信息和非几何信息，结合工艺规则提供最佳的工艺决策方案，同时将知识库设计成开放式，用户可以不断地存放新的工艺知识。对本系统使用越多，工艺库知识就会越丰富。知识库与任务紧密相关，根据用户群的使用领域按层次规划，对不同的知识进行分层，以便更好地进行组织管理和运用知识，形成开放式结构化的知识库。各个模块之间相互独立，并作为Pro/E的子模块，与Pro/E软件集成在一起，以菜单的形式出现。
二、结语
利用Pro/E的特征造型模塊对零件特征信息描述详细的优势，开发了一种基于零件特征设计的CAPP系统，实现了从设计特征到制造特征的自动识别与提取，成功地解决了从CAD信息向CAPP系统的转换，实现了CAD与CAPP集成。□
（作者单位：重庆工程职业技术学院）
注释：
陈桦，何明格. 计算机支持协同工作的 CAPP 系统的研究. 制造业信息化，2007（ 8） ：123 ～126.
范细秋，王维，束建芳.基于Pro/E面向数控加工的箱体零件CAPP系统.现代制造工程， 2007（9）.
吴卓，李田田.基于Pro/E设计模型的制造信息提取技术的研究.机电工程技术， 2006（12）.
蔡庆增，孙苓生.基于VB.NET技术的智能抄表管理系统的设计与实现.电气应用， 2006， 26（3）：113-116.
许清荣，买大诚.新一代Visual Basic2005程序设计.清华大学出版社， 2006.
Blakeley J A， Campbell D， Muralidhar S， et a.l The ADO. NET entity framework： Making the conceptual level real. ASSOC COMPUTING ACHINERY，2006， 35（4）：32-39.
关键词 CAD Pro/E CAPP系统
中图分类号：TP3911 文献标识码：A
随着CAD技术的发展，现在的很多企业开始使用三维CAD技术来进行零件的设计，把CAPP构建在三维CAD体系上，形成CAD/CAPP集成系统，是当今CAPP技术的发展趋势 。CAPP系统开发的难点是零件加工工艺的灵活性以及工艺方法的开放性 。但是，零件基本型面的加工方法和方案是基本稳定的，如果能够对基本型面的信息进行采集，那么CAPP系统的基本型面的加工比较容易解决。本文所介绍的CAPP系统是以Pro/E为开发平台，充分利用其强大的特征造型功能，实现零件的特征自动识别与提取，确定零件的加工工艺路线。
一、系统的构成
（一）系统规划。
CAPP系统的总体结构如图1所示，设计遵循以下原则。
1、基于特征设计的方法构建零件设计模型。采用特征设计是实现自动提取的前提 。在特征识别时，难免会遇到对低层几何信息的分析与识别。但只要建立以特征为单元的几何机制，就可避免出现特征识别的困难。
2、采用CAPP专家系统自动确定最佳加工路线，提高加工的智能化水平。利用Pro/E的实体造型技术具有对零件多方位特征描述的特点，定义各加工表面特征的数据结构，定义加工特征库。通过访问工艺知识库，人机交互输入参数、确定所需特征的几何信息和工艺信息。经筛选、优化确定最佳加工工艺方案，生成机械加工工艺模块，导出机械加工工艺文件。
（二）系统构成概述。
1、Pro/E的特点。
美国PTC公司开发的机械设计自动化软件Pro/E，其CAD设计系统具有基于特征建模、全参数化驱动设计和单一的数据库等特点。在几何形状上，提供了常用的工程特征，如孔、槽、倒角、倒圆角、筋和壳等，以及用户自定义形状特征和组合复杂形状特征，如各种弯面造型、零件抽空、三维式扫描造型功能、多截面造型功能、薄片设计和其他组合形状特征，允许用户提出表面粗糙度和形位公差要求 。
在零件材料上，Pro/E提供了一个材料库，并允许对其进行操作，修改材料库的内容。在设计过程中为零件设计提供了全面的设计信息 。
2、特征提取模块。
零件信息模型内容必须涵盖零件设计、工艺和制造等方面的信息。一般将零件特征信息归为五大类：造型特征、精度特征、技术特征、管理特征、材料及热处理特征 。Pro/E特征提取模块功能强大，可以提取所需的造型特征、精度特征信息，如图2所示。
现以支架类零件的CAPP应用为例，说明本模块的工作过程。支架类零件的加工，主要是面和孔的加工。面是重要的加工特征，但并非所有面都需要加工，因此，对于需要加工的表面提取，采用鼠标选择方式。面的数据提取如图3所示。通过鼠标拾取可获得面的边界和面的特性（平面还是曲面），通过人机对话方式输入加工技术要求，完成面的特征提取。
孔的类型很多，虽然类型各不一样，但都具有回转面的几何特征，以普通圆柱孔的特征提取为例做分析。在Pro/E中每生成一个特征孔，在Pro/E软件的零件模块中，系统将自动为该特征孔生成一条从属于该孔的轴线，即使两孔完全重合，或轴线具有重合的位置关系，两条轴线不会合二为一，而是独立存在。
对于支架类零件，面和孔的信息确定后，其加工的主要信息即可确定，并运用交互特征定义的方法来进行局部信息的补充及校核，由基本型面加工库以及工艺知识库共同运算，生成机械加工工艺。
3、工艺生成模块。
（1） 确定加工坐标系子模块。零件建模同时产生一缺省坐标系。在特征提取时，特征的所有几何尺寸都是以此缺省坐标系作为基准，此缺省坐标系在加工中与加工坐标系可能不一致，因此，需要建立加工坐标系。此模块的作用就是拾取加工坐标系，生成变换矩阵。
（2） 确定加工面子模块。
采用人机交互方式，用鼠标拾取加工面，确认后从Pro/E的统一数据库中，调用先前在特征提取模块获取的加工信息，在此模块中通过工艺知识库确定加工方案。
（3） 加工工艺路线生成模块。
以创成为主，人工干预为辅，生成零件加工工艺路线。就支架类零件特征加工来说，在各表面生成加工方案的基础上，以主要加工面为主干线，结合工艺知识库，在主要加工面工序子模块中生成主要加工面的工序，将其他表面的加工工序通过工艺知识库的筛选和优化，共同生成整个零件的加工路线模块，最终完成整个零件工艺文件，如图4所示。
加工方法的确定是通过知识库分析、整理得到的。依据型面类型、精度等级及表面粗糙度等加工要求，即可生成与此相对应的相对固定的加工路线的加工链。加工链是加工某类表面所要采用加工方法的总和。加工链同时给出了特定型面各种加工方法在工艺路线中的先后顺序。对于特定型面在咨询该知识库时，通常只是一种规则被合理地触发，从而找到相匹配的加工链。
（4） 工艺知识库。
工艺知识库由工艺资源库和工艺规则库组成，存放领域的专家知识及规则形式，通过从零件中获取的几何信息和非几何信息，结合工艺规则提供最佳的工艺决策方案，同时将知识库设计成开放式，用户可以不断地存放新的工艺知识。对本系统使用越多，工艺库知识就会越丰富。知识库与任务紧密相关，根据用户群的使用领域按层次规划，对不同的知识进行分层，以便更好地进行组织管理和运用知识，形成开放式结构化的知识库。各个模块之间相互独立，并作为Pro/E的子模块，与Pro/E软件集成在一起，以菜单的形式出现。
二、结语
利用Pro/E的特征造型模塊对零件特征信息描述详细的优势，开发了一种基于零件特征设计的CAPP系统，实现了从设计特征到制造特征的自动识别与提取，成功地解决了从CAD信息向CAPP系统的转换，实现了CAD与CAPP集成。□
（作者单位：重庆工程职业技术学院）
注释：
陈桦，何明格. 计算机支持协同工作的 CAPP 系统的研究. 制造业信息化，2007（ 8） ：123 ～126.
范细秋，王维，束建芳.基于Pro/E面向数控加工的箱体零件CAPP系统.现代制造工程， 2007（9）.
吴卓，李田田.基于Pro/E设计模型的制造信息提取技术的研究.机电工程技术， 2006（12）.
蔡庆增，孙苓生.基于VB.NET技术的智能抄表管理系统的设计与实现.电气应用， 2006， 26（3）：113-116.
许清荣，买大诚.新一代Visual Basic2005程序设计.清华大学出版社， 2006.
Blakeley J A， Campbell D， Muralidhar S， et a.l The ADO. NET entity framework： Making the conceptual level real. ASSOC COMPUTING ACHINERY，2006， 35（4）：32-39.