前言

    隨著三維軟件的普及應(yīng)用，設(shè)計人員逐漸習(xí)慣于采用三維建模的方式進行繪圖工作，其效率比二維軟件、手工制圖提高很多倍，效率不言而喻，同時這就要求下游的工藝設(shè)計也要與時俱進，盡量利用上游設(shè)計人員產(chǎn)生的三維模型，才是實現(xiàn)工藝設(shè)計變革的根本手段。

    傳統(tǒng)工藝設(shè)計手段盡管可以采用CAPP軟件進行良好的信息表達，但對于CAD成果的利用有限，尤其是三維CAD的有效利用，其落后極大地制約了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計周期，因此當(dāng)上游實現(xiàn)了面向三維的設(shè)計，工藝設(shè)計面向三維成為了發(fā)展趨勢。

    而企業(yè)不斷深化發(fā)展的信息化系統(tǒng)和集成平臺的搭建，為三維CAPP的平臺應(yīng)用性和集成性也提出了新的要求，三維CAPP的發(fā)展方向應(yīng)是交互可視、集成性高。

傳統(tǒng)CAPP存在的問題

    傳統(tǒng)的工藝編制過程是在分析和處理圖樣、機床和刀具等大量信息的基礎(chǔ)上，進行加工方法、機床、刀具和加工順序的選擇或決策，并計算加工余量、工序尺寸、公差、切削參數(shù)、工時定額、繪制工序圖和編制工藝文件。其中的核心部分，是工藝人員是否可以將圖樣當(dāng)中表現(xiàn)的零件歸入經(jīng)常加工的類，如果可以，就按以往該類的加工方案建立整體的加工路線。

    一般來說，80%以上的零件可以歸類。還有一部分不能歸類的，或者加工經(jīng)驗不多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，就需要工藝人員反復(fù)思考、設(shè)計加工路線、不斷改進，最終確定加工路線。在確定了加工路線后，工藝人員逐步細化工藝內(nèi)容，按工種確定每個工種、每個工步要加工的內(nèi)容，首先在大腦中確定每個工步要加工要去掉的部分，建立從毛坯到最終零件成形的整個加工過程，這些都是以三維的形式在腦中顯現(xiàn)；然后，確定去掉該部分后形成的表面的粗糙度要求、尺寸精度要求和幾何精度要求等；有時再說明一些加工方法和注意事項等。把這些內(nèi)容再以文字、圖表等形式反映到紙上，就形成了工藝文件。采用軟件對零件進行工藝分析、決策最核心的難點就是確定加工先后要去掉的部分(即加工特征)，確定后再讀取加工特征的屬性值，就可以作為工藝設(shè)計的依據(jù)。解決了這一關(guān)鍵問題，三維工藝設(shè)計將成為可能。

    傳統(tǒng)CAPP采用圖文表一體化的設(shè)計思想，徹底改變了更原始的EXCEL或CAD編輯卡片的方式，提高卡片繪制效率和準(zhǔn)確性，當(dāng)與PDM系統(tǒng)集成應(yīng)用時也可解決設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞至CAPP卡片的問題，但如企業(yè)未實施PDM，則工藝數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)缺乏關(guān)聯(lián)，產(chǎn)品圖紙或模型無法直接利用，另外還容易出現(xiàn)以下問題：

    ●工藝簡圖區(qū)通常只能手工繪制或取自DWG文件，工作量大且容易出錯；

    ●三維CAD通常作為OLE對象插入CAPP卡片，無法獲取模型的信息；

    ●尺寸信息需手工確認(rèn)，無法直接從CAD獲��；

    設(shè)計更改后，需手工更新工藝信息；

    工藝設(shè)計信息無法向CAM傳遞；

    為了解決以上問題，武漢開目信息技術(shù)有限責(zé)任公司提出的KM3DCAPP-M，是國內(nèi)首創(chuàng)基于三維CAD模型的加工工藝設(shè)計軟件，它通過特征識別技術(shù)，并結(jié)合特征參數(shù)化工藝設(shè)計，實現(xiàn)三維環(huán)境下的零件加工工藝設(shè)計及工藝過程可視化。

KM3DCAPP-M系統(tǒng)概述

    三維與二維相比是更先進的技術(shù)，可以實現(xiàn)更強的功能，是提高質(zhì)量和效率的基礎(chǔ)性技術(shù)。三維更適合表達事物的三維變化過程，如機械加工的冷加工，如車、銑、數(shù)車、數(shù)銑、線切割、電火花成形加工等都是三維的變化過程。用三維的方式來表達這些生產(chǎn)過程，更符合事物的本質(zhì)規(guī)律，更適合表達事物的三維變化過程。在這一過程中，工藝人員能夠清楚直觀地看到事物的變化過程，能夠在三維環(huán)境中，更真實地設(shè)計加工過程、檢驗加工過程，而加工人員可以更直觀地看到加工過程，更容易理解加工過程。

    KM3DCAPP-M完全解決了傳統(tǒng)CAPP對三維CAD利用率低，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的缺點，它使得工藝設(shè)計智能化。設(shè)計工藝的核心過程是直接使用三維模型為其輸入，免除了三維模型轉(zhuǎn)換成二維工程圖的步驟，為實現(xiàn)智能化提供了先決條件。同時，通過知識積累，有利于促進形成工藝知識庫，將優(yōu)秀的工藝、典型工藝知識庫固化下來。工藝文件的三維化，有利用將零件內(nèi)在的加工方法和邏輯總結(jié)出來，幫助人們提高更多的工作效率。其次，將多年來形成的工藝知識庫、優(yōu)秀的工藝和典型工藝知識庫，轉(zhuǎn)化成計算機程序和軟件，實現(xiàn)工藝智能化。計算機程序或者軟件系統(tǒng)，可以代替人的很多重復(fù)性勞動。實現(xiàn)工藝智能化，也可以代替人進行工藝設(shè)計，完成重復(fù)性高的零件加工過程設(shè)計，同時可以生成數(shù)控加工程序。

    總結(jié)起來，該系統(tǒng)在工藝設(shè)計流程中具有如下優(yōu)勢：

    ●系統(tǒng)可自動拾取三維模型的工藝特征（孔、外圓、鍵槽、中心孔等），免除了傳統(tǒng)CAPP需手工拾取的工作，可直觀地查看產(chǎn)品模型中包含的制造特征；

    ●之后基于系統(tǒng)已有工藝知識，擬人化的表達工藝人員工藝決策的過程，根據(jù)設(shè)計特征的參數(shù)值驅(qū)動工藝特征，然后自動生成特征工藝，以求實現(xiàn)工藝設(shè)計專家化；

    ●利用工藝加工方案，自動生成毛坯圖；

    ●在可視化環(huán)境下，系統(tǒng)與用戶交互式定義加工路線、自動生成加工工序圖；

    ●根據(jù)工藝過程，自動的生成每道工序下的零件模型圖，客觀地反應(yīng)加工過程中毛坯去材成形過程。交互式定義加工基準(zhǔn)面、自動進行公差分析和分配；

    ●自動產(chǎn)生過程卡、工序卡等傳統(tǒng)工藝文件；

    ●根據(jù)工藝信息自動產(chǎn)生數(shù)控代碼。

    上述優(yōu)勢為KM3DCAPP-M所獨具，對于傳統(tǒng)CAPP中設(shè)計與工藝數(shù)據(jù)脫節(jié)、卡片自動化程度低等缺點予以改善，是廣大工藝人員解放思路、改變編制習(xí)慣的有力工具。

KM3DCAPP-M典型應(yīng)用

    下面以某箱體件為例，將KM3DCAPP-M的應(yīng)用流程做簡單描述。

圖1 某箱體件

圖2 自動拾取特征

    特征識別

    系統(tǒng)能半自動識別、自動識別所有的特征，包括單特征和組合特征：外圓柱面、越程槽、軸端面、孔、A型鍵槽、C型鍵槽、半月型鍵槽、階梯孔、平面、軸臺階、外圓錐面、中心孔、外螺紋、內(nèi)螺紋、倒角、階梯孔。特征參數(shù)可自動識別出來的，每類特征有不同的參數(shù)，特征類型可自定義、可擴充、特征識別規(guī)則可擴充，特征參數(shù)值可修改。

    加工步驟自動產(chǎn)生

    工藝特征識別出來后逐一調(diào)用工藝知識庫獲得各個工藝特征的加工步驟，特征流程全部根據(jù)特征類型自動定位，特征加工方法可自定義。加工步驟可編輯，支持添加、刪除步驟，步驟屬性內(nèi)容可修改。

    如下圖：根據(jù)讀取的孔特征，通過調(diào)用工藝知識庫自動產(chǎn)生加工步驟，產(chǎn)生的加工步驟可進行可視化的順序調(diào)整。

圖3 自動產(chǎn)生加工步驟

    毛坯及加工過程圖產(chǎn)生

    所有加工表面的加工方法和步驟出來后，根據(jù)各表面的加工余量可以產(chǎn)生零件的毛坯。另外系統(tǒng)有多種工序編排的方式。根據(jù)生工序加工圖，存放在工序的簡圖屬性中，在GXK文件的工序卡中可顯示。

圖4 特征加工方法建庫工具界面

圖5 加工過程演進圖

    工藝數(shù)據(jù)輸出

    工藝設(shè)計結(jié)果可輸出為GXK或XML文件格式，方便與其它系統(tǒng)的集成。

圖6 加工過程演進圖

結(jié)束語

    三維工藝方面的應(yīng)用，國內(nèi)已經(jīng)處于起步階段，國外的三維工藝現(xiàn)在以交互式為主，即工藝人員或數(shù)控編程人員指定具體加工部位，計算機會自動選擇加工方式、刀具和參數(shù)，自動生成刀具軌跡。其中，指定具體加工部位是效率最低的部分，很多情況下很難直接選出具體的加工部位，甚至無法選出想要加工的部位，這使得數(shù)控編程人員的效率較低。因此，如何能使計算機識別出具體的加工部位(即加工特征)就成了CAPP進一步發(fā)展的關(guān)鍵，KM3DCAPP-M的核心和設(shè)計思想就是如何將設(shè)計模型轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ぬ卣髂Ｐ�，使以上問題得以解決。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于三維CAD模型的加工工藝設(shè)計軟件淺析

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