0　引言

     CAD/ CAPP/ CAM 集成是当今计算机在制造科学与工程中应用的一个重要方向, 但现有的CAD、CAPP、CAM 系统是相互独立发展起来的, 它们之间没有一个完整的产品信息模型支持。从目前的研究状况看, 实现CAD/ CAPP/ CAM 集成的最佳选择是利用特征技术建立统一的数据模型。其实现的途径有两类[ 1～3] : ( 1) 建立一个统一的CAD/CAPP/ CAM 信息模型, 使产品在其生命周期各阶段都可以进行数据共享; ( 2) 面向现有的CAD 系统, 通过特征定义和提取信息, 实现间接集成。由于机械产品形式多样, 制造条件各异, 难于有一个万能的CAPP 平台适应各种制造环境。随着CAD 技术的广泛应用, 要求在不同的CAD 软件平台上, 针对企业技术产品开发相应的专用的CAPP 系统。所以这种间接集成的CAPP 开发方法将逐渐成为企业的一种需求。

      MDT ( AutoCAD Mechanical Deskto p) 是在AutoCAD 基础上开发的通用三维机械CA D 平台[ 4] , 主要包括机械CAD 参数化特征造型、曲面造型和装配造型3 大部分, 并提供了ObjectARX 和MCAD API 等强大的二次开发工具, 在我国有着众多的用户。在MDT 特征造型的基础上, 通过特征识别和提取, 并附加工艺信息, 实现间接信息集成并开发箱体类零件CA D/ CAPP/ CAM 系统可为有关企业的CAD/ CAPP 集成提供技术支持。

1　ObjectARX 和MCAD API 开发环境

　　ObjectARX ( AutoCAD Runt ime eXtension, AutoCAD 的运行扩展库) 是Autodesk 公司推出的一种用以替代ADS 的新的AutoCAD 二次开发工具。ARX 程序实际上是与AutoCAD 共享地址空间的Window s 动态连接库( DLL ) , 它可以直接调用AutoCAD 内核数据和函数, 因此能够获得比AutoLISP和ADS 更快的速度。并且ObjectARX 还可以充分利用Visual C+ + 提供的Micro sof t 基础类库 ( MFC) , 能够最大程度地利用MFC 所提供的方便条件。ObjectARX 由基本ARX 类库构成, 是典型的文档-控制-视结构, 包括AcDb、Adsrx 、AcEd、AcRx 、AcGi、AcGe、ACIS、AcBr 等类[ 5] 。

     MCAD API( Mechanical A pplicat io n Prog rammingInterface) 是MDT 应用程序接口函数库, 增强并扩展了ObjectARX。MCAD API 由一系列接口函数构成, 提供了参数化特征编辑和高层建模技术, 并通过Object Keys 技术与ARX 类库交互作用, 为程序员提供了通用的C 语言接口函数。MCAD API 具有统一的对象引用机制, 统一了API 函数接口, 强化了几何抽象, 支持几何变更事件, 为参数化模型生成过程提供了统一的集成, 并支持属性的创建、定制、附加、查询和编辑等功能。

      同ADS 程序一样, 利用ObjectARX 和MCADAPI 开发应用程序时, 必须也有类似ADS main ( )函数的入口函数acrxEnt ryPoint ( ) 和initApp ( ) 、unlo adApp( ) 等程序初始化函数。入口函数acrxEntrypoint ( ) 用于MDT 与应用程序进行信息交换, initApp( ) 函数用于MFC 的初始化和命令的注册,而unlo adApp( ) 函数用于关闭应用程序时撤消注册命令和MFC 初始化。

2　基于ObjectARX 与MCAD API 实现CAD/CAPP 的关键技术

      2. 1　MDT 环境下箱体类零件特征造型和特征库的建立

      MDT 的零件特征分为3 类: 草图特征、放置特征和阵列特征。草图特征包括拉伸、旋转、扫描生成的基本特征; 放置特征包括打孔、倒圆、倒角、曲面切割; 阵列特征包括有圆形阵列特征和矩形阵列特征。

     MDT 环境下箱体类零件特征建模过程( 如图1所示) 的一般步骤为: ( 1)零件设计构思; ( 2) 生成基本特征; ( 3) 分析零件; ( 4)生成其余特征; ( 5) 分析零件; ( 6) 必要时修改特征。基于上述基本特征,

      可以综合利用MDT 命令、ARX 类库和MCAD API函数根据实际需要创建箱体类零件形状特征库。特征库中的各特征类包括几何形状特征属性和精度特征属性等。从加工角度看,箱体类零件形状特征可分为基本特征和复合特征[ 6] 。

     2. 2　箱体类零件特征信

     息模型的表达根据需要建立基本特征和复合特征信息的框架表达, 即建立特征数据库和知识库, 然后利用MDT的属性和对象键( Object Keys) 机制建立工艺信息与零件形状特征模型的动态关联关系[ 5] 。

     用户应用程序和MCAD API 之间的交互大部分是通过对象键( Object Key s) 进行的, 在API 函数中使用Keys 来引用实体, 如几何键( Geometr yKeys) 用来引用几何对象( 曲面、曲线、点) ; 使用零件键( Part Keys) 和特征键( Featur e Keys) 来引用零件和特征对象。而引用对象的必要信息全部存储在Key 对象中, 当Key 传递给API 函数时, MDT 系统就会知道是哪个程序创建该Key, 从而执行相应的代码, 完成相应的功能。Key 是一个持久的引用对象, 他可保护应用程序不随对象的改变而改变。属性( At t ributes) 是与实体相关联的数据。属性可通过对象键( Object Keys) 机制附加到任何几何体上, 所附加的属性在模型的生成过程中始终保持有效。属性的创建一般有两种方法: 可实例化属性( Attribute class) 和继承属性( Derived class) 。属性的操作有: 定义, 创建, 实例化; 附加, 查询, 存储和读入等。

     应用程序的数据既可通过属性附加等方法随同MDT 数据库( . dw g 文件) 一起存储, 也可以存储在外部数据文件中。对于零件总体特征信息通过属性机制与特定零件之间建立动态关联关系, 而与特征有关的工艺信息, 如精度特征等则与相应的特征或特征面之间建立动态关联关系。对于所需的外部数

     据如加工链决策库、刀具资源库、加工余量数据库,可利用ODBC( 开发式数据库互联) 建立外部数据库或数据文件。

      在MDT 零件特征造型的过程中, 利用MDT属性和对象键( Object Keys) 机制编制的应用程序以交互方式由用户分别定义总体特征和特征工艺信息, 从而建立面向CAD/ CAPP 的箱体类零件完整特征信息模型。

     2. 3　特征识别和信息提取

     建立零件特征信息模型之后, 就可以对特征进行信息提取, 最后输出为以面向对象框架描述的零件特征信息, 作为后续CAPP 的输入信息。特征信息提取主要包括特征描述信息的提取和特征工艺信息( 特征附加属性) 的提取。

     特征描述信息的提取是通过特征描述器进行的。特征描述器( Featur e Descripto rs) 包含构造特征的所有信息, 内容主要有: ( 1) 特征的一般信息, 如孔的直径、倒圆的半径等; ( 2) 特征的定位信息( Locator); ( 3) 特征终止信息( T erminator) 。

     特征工艺信息作为特征附加属性是利用MDT的属性机制实现的。零件特征提取算法的一般步骤如下: ( 1) 选择零件, 获取零件Key, 建立零件对象CPart ; ( 2) 取零件总体特征数据; ( 3) 取所有加工特征; ( 4) 选择一个特征, 获取特征Key , 建立特征对象CFeat ; ( 5) 取特征描述数据, 包括特征名称、特征类型、特征尺寸参数信息、特征的定位信息、特征终止信息等; ( 6) 取特征工艺数据; ( 7) 重复步骤4 至6, 直到扫描完零件的所有加工特征。

     在程序中, 对于某一几何形状特征而言, 必须提取表示该形状特征的基本参数。例如, 对于形状特征盲孔通孔而言, 必须提取其两个基本参数, 即半径和孔长。该特征通过父类槽继承预先建立的孔类框架FHole 的属性数据、规则和方法, 作为后续特征单元排序和工艺规程生成的推理依据。

3 　箱体类零件CAD/CAPP 集成系统的框架结构　　

     零件信息的描述和处理是箱体类零件CAPP 系统的关键之一, 其描述方法常受系统工艺设计原理和零件几何特征等因素的影响。采用MDT 环境下的特征技术则会很好地解决这个问题: 在MDT 环境下对箱体类零件进行特征造型, 并通过人机交互方式输入工艺信息, 这样在工艺分析时就可以通过特征识别和信息提取技术来获得必要的几何信息和工艺信息。工艺设计是CAPP 系统的核心, 根据特征的面向对象性质, 采用工艺知识的框架形式的表示方法可以建立起工艺信息与零件特征的动态关联, 从而进行工艺推理。

     本CAD/ CAPP 集成系统是作为计算机辅助生产线设计系统中一个子系统而开发的, 其工作流程是: 在MDT 特征造型基础上, 提取特征几何信息,通过人机接口界面添加工艺信息, 而后输入到CAPP 系统中, 通过推理生成加工路线, 为计算机辅助生产线设计提供设计基础。系统的结构如图2 所示, 主要包括有控制模块, 零件工艺输入模块, MDT特征造型模块, 特征识别与信息提取模块, 工艺设计模块, 输出模块和零件特征工艺库等模块[ 3, 7] 。

     在应用层主要包括面向用户的操作界面、加工链决策库、刀具资源库、加工余量数据库和切削用量库等数据库的操作。由于加工链决策库、刀具资源库、加工余量数据库和切削用量库是外部规则库, 不同的生产环境会有不同的选择结果, 因此面向用户开放, 用户可以进行增加、删除和修改。

4　运行实例与结论

     以某变速箱壳体为例, 该零件图如图3 所示, 其主要加工特征为孔、面和凸台。通过如图4 所示的特征信息输入界面输入工艺信息, 并保存在程序内部的数据结构中, 从该数据结构中可以提取工艺排序所需的所有特征信息, 输出到工艺排序的应用程序中, 通过CAPP 系统的推理决策, 可得到加工路线如图5 所示。

     通过天津第一机床厂柔性自动线快速响应设计系统开发过程对MDT 的二次开发工具ObjectARX和MCAD API 的实际使用表明: 它可以使CAD 与CAPP 间接信息集成; 同时, 以Window s 95 或Windows NT 为操作系统, 利用MS Visual C+ + 、ARX类库、MFC 类库、MCAD API 函数等构建的应用程序功能强大, 运行速度快, 而且程序分明、代码简洁,具有良好的可维护性和可重用性。