CAD/CAPP集成系统的特征造型
1、概述
CIMS是80年代以来国际上自动化领域的前沿研究课题，一方面CIMS具有提高生产率、缩短生产周期以及减少在制品等一系列特点；另一方面CIMS是在新的生产组织原理和概念指导下形成的一种新型生产模式。其关键是CAD/CAPP/CAM集成技术，这种集成不是简单的组合或叠加，而是各模块间信息的提取、交换、共享和处理的集成。因为CAD/CAPP/CAM集成在技术上存在较大困难，所以成为CIMS中亟待解决的关键问题。
目前，国内外CAD/CAPP/CAM集成基本还处于研究开发阶段，真正应用到实际中的系统不多，主要是由于现有的CAD沿用的是几何模型，缺乏CAPP和CAM所需的零件特征信息及制造要求信息，这已成为CAPP和CAM集成的主要障碍，具体表现在：
(1)描述的产品信息不完备。它主要用来定义产品的几何形状，难以将公差、粗糙度、材料等信息一起表达。
(2)实体造型表达的几何型体是以低级拓扑信息描述的，不能支持工程应用所需的高级信息。
(3)特征之间的关系得不到表示。
针对以上情况，急需研制一种新的开发工具以解决目前存在的问题。为此，本文提出一种基于CAD/CAPP集成系统的特征造成方法，将CAD基本几何数据和适合于工艺设计的加工特征信息有机地结合起来，使CAPP系统能够直接从CAD系统获取所需信息，实现CAD/CAPP集成。
2、CAD特征造型的基本原理
该方法根据CAD/CAPP所需信息参数建立特征库，在STEP的基础上充分考虑形状所具有的工艺特性和制造特性，直接面向集成。采用把特征定义为应用环境下的几何与属性集，在特征造型中，通过应用环境约束，评价特征造型的可应用性，应用特征进行产品设计，按照特征建立零件。在实际应用中，通过自学习功能，由特征管理器获取实际零件特征，不断动态扩充特征库。
3、CAD特征造型的结构与实现
CAD特征造型的结构如图1所示。
图1 CAD特征造型结构图
CAD特征造型以AutoCAD为开发环境，利用Autolisp语言进行二次开发，实现特征造型。该结构包括特征库和特征管理器。
(1)特征库
根据CAD/CAPP所需信息参数建立特征库。如：箱体类零件都是由面、孔、槽通过不同的加工方法排列组合而成。这些由一系列加工而成的形面在该方法中称为基本特征要素，它不仅含有几何特征而且具有加工特性。具体应包括以下几个信息：
● 形状特征信息(形状、结构、位置参数)
● 尺寸和公差信息
● 表面质量要求信息
● 特征标识信息
每一个基本特征要素用一个特征集来表达特征信息的内容。特征集的结构如下：
［特征名：
类型：(面、孔、槽)
坐标位置：(P（x，y，z），方向矢量n与Z夹角φ、与X夹角θ)
几何参数：(面、长、宽、高，孔：直径、长度，槽：宽、长、深)
工艺参数：(粗糙度、公差、平面度…)］
采用参数化的建库方法，即库中存放的是附有参数的用Autolisp编写的各种特征的程序段和特征参数的标准数据，这样在CAD特征造型过程中，特征数据就可以根据特征参数的提示填值并输入特征数据库，CAD系统和CAPP系统通过共享特征数据库，实现CAD/CAPP的集成。
(2)特征管理器
特征管理器流程图如图2所示。
图2 特征管理器流程图
●特征管理器5种功能模块的建立
①菜单窗口的建立
打开文件：ACAD.mnu建立图标菜单(* * * icon)，下拉菜单（* * * pop11或* * * pop12…)具体形式如下：
* * * icon——图标菜单
* * aaa——图标菜单名(如：CAD特征造型、修改、删除、退出…)
［CAD特征造型］
［修改］
［ ］
* * * pop12——下拉菜单(最多16个)
［修改］
［删除］∧C∧C$i=aaa $i=*
［——］
［退出］∧C∧C$i=bbb $i=*
注：$i——icon
aaa——图标菜单名
* ——显示当前图标菜单
②用Autolisp语言编写随带参数的各种基本特征要素程序段和特征参数标准数据，以“文件名.lsp”形式存入特征文件，以备在选择时调用。
③在Command命令下写mslide作各种基本特征要素幻灯片；用vslide看幻灯片，以备在特征造型时生成图形。
④自动安装各种基本特征要素
具体方法：打开AutoCAD.lsp，按照给定格式进行修改；将所有特征安装进去，实现(load“文件”)设置功能。
⑤实体造型的实现
从特征库中调出需设计的基本特征要素，通过输入参数，本次输入特征与上次特征进行组合，通过“并、交、差”布尔运算和消隐处理，实现实体造型，方便用户的CAD特征造型。
● 特征管理器的实现
CAD特征造型时，用户根据图形显示、菜单选择，调出特征库。根据需要设计准则，选择基本特征要素。通过提示输入该要素的几何参数和工艺参数。通过实体造型模块，用户可随时观察自己的设计方案，可根据情况进行修改，且可以添加。如果特征中无用户所需特征，用户可打开“添加”模块，根据提示，引导用户将所需特征添加进去，满足用户要求，同时解决特征库种类有限的问题，实现CAD特征造型自学习，使系统具有较好的柔性。全部完后，如不满意可继续修改直到满意为止，最终实现CAD特征造型。
4、结论
CAD特征造型能从数据库输出CAPP和CAD所需信息，实现CAD/CAPP/CAM集成，这些信息不仅包括零件的总体信息(形状、尺寸等)，更重要的是加工面的加工信息(粗糙度、加工精度、形位公差等)，而这些信息计算机是无法从传统的CAD建模中提取的。这种基于CAD/CAPP集成系统的特征造型，较好地解决了CAD/CAPP相互独立的问题。
参考文献
1 黄和风，赵向阳.机构特征造型CAD系统.机械工业自动化，1992，14(3)：14～17
2 希望电脑公司.AutoCAD计算机绘图软件包
3 孙正兴，丁秋林.基于特征的CAD/CAM集成技术评述与研究.计算机应用，1994，(6)：4～6
4 金国兴，方水泉.面向CAD/CAM集成的产品特征模型研究.机械制造自动化，1996，18(2，6)：9～11
- 上一篇文章：计算机辅助工艺管理的研究及应用
