三维环境下CAD/CAPP集成方法研究与实践

    1 概述

    传统的CAPP系统往往建立在二维CAD的基础上，或者基于二维的图形信息进行工艺设计。二维环境下的CAPP有很多缺点，包括:基于二维视图的工艺设计知识的表达、获取、组织与管理比较困难，不能有效的总结设计经验和设计方法;复杂的产品以及零部件只能以二维视图显示，但是零件的关键特征属性难以在二维视图中表现，这使得工艺性评价以及审查流于形式等。随着计算机技术发展及其在制造业中的深人应用，产品设计开始更多地采用三维CAD技术，而且CAD/CAM往往建立在统一的信息平台的基础上。同时，研究与开发三维环境下CAPP系统，使 CAD、CAPP及CAM共享统一的三维产品模型，并充分利用CAD/CAM的设计与分析功能，将会是CAPP发展的一个主要方向。基于三维CAD的CAPP系统，其关键技术之一是实现三维CAD。和CAPP系统之间的集成，实现系统间的信息交换和共享。

    这里研究了三维环境下CAD/CAPP的几种集成方法，并对这几种方法进行了分析、比较和总结，最后给出了一个CAD/CAPP系统集成开发的实例。

    2 集成内容

    三维环境下CAD/CAPP系统集成的内容主要可以分为两个部分:

    2.1 产品设计信息

    包括零件各基本几何形体的表面特征，结构特征，零件的尺寸，基本集合形体在零件中所处的位置等。

    二维CAD很难表达复杂的产品结构和曲面外形，其图形的基本元素是点、直线和曲线，从这些基本元素的拓扑中得到计算机能够理解的零件准确图形特征比较困难。而三维CAD能够很直观的表达产品的外观形状和结构，其建立的零件特征模型能够更加有效的提供CAPP所需要的图形信息。

    2.2 加工工艺要求

    包括表面粗糙度，形状位置精度要求，形位间的相互位置精度等。

    特征是一个包含工程含义或意义的几何原型外形。特征在此已不是普通的体素，而是一种封装了各种属性和功能的对象。三维CAD可以通过添加特征属性来给零件特征模型添加加工工艺要求。二维CAD虽然也能给实体添加属性 但是其实体以点、线为主，而加工工艺要求往往是针对加工型面的，这样二维 CAD将很难提供加工工艺要求。在三维 CAD中，加工工艺要求基于零件特征定制，能够方便、准确的被表达。

    3 集成方法

    CAD/CAPP系统集成，分为信息集成、过程集成、功能集成。目前的CAD/CAPP系统集成大多停留在信息集成的基础上。其主要集成方法主要有以下几种:

    3.1 基于中间文件的系统集成

    基于中间文件的CAD/CAPP集成方式如图f所示。标准中间文件是指和CAD、CAPP子系统无关的公共接口文件，该接口文件通过公共的标准格式来建立。目前比较著名的数据交换标准有PDES、STEP、lGDS等。下面以STEP(Stand for Exchange ofPorduct Model Data)为例来说明三维环境下CAD/CAPP的集成方法。

    STEP标准是国际化标准组织制订的产品数据表达与交换的标准，由不同的应用领域，可以选择不同的STEP应用协议来规范产品信息模型数据。SETP零件模型由EXPRESS描述语言定义，由于EXPRESS不是编程语言，需要将EXPRESS描述的零件模型映射具体的编程语言。对于CAD中的零件设计信息，由EXPRESS建模后通过 STEP文件处理器生成STEP中性文件。CAPP系统读人中性文件，经由CAPP系统的前置处理器扫描、识别和提取零件特征及工艺信息。对于CAD端不能提供的其他工艺要求信息可以在CAD后置处理器中添加到STEP文件中，也可以在 CAPP前置处理器中添加到已经识别出的零件设计特征模型中。