基于Pro/E的CAPP系统研究

时间:2022-09-11 10:48:08

基于Pro/E的CAPP系统研究

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的特征造型模块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.

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