基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成探討

1 前言

通常所說的CAD/CAM系統(tǒng)集成實(shí)際上是指設(shè)計(jì)與制造過程中的CAD、CAPP和CAM三個(gè)環(huán)節(jié)的軟件集成[1]。在CAD/CAPP/CAM集成過程中，CAPP是連接CAD與CAM的橋梁和紐帶。目前，許多著名的CAD/CAM商品軟件，如Pro/ENGINEER、I-deas、UG、 Euclid等在幾何造型、分析計(jì)算和數(shù)據(jù)管理等有很強(qiáng)的功能，也具備NC編程的功能，但是在CAPP方面，這些CAD/CAM軟件需要NC編程人員根據(jù) CAD圖形進(jìn)行繁瑣的人機(jī)交互操作，選擇零件的加工方法、加工對象、刀具參數(shù)、切削用量和確定加工順序等，才能形成零件加工的刀位文件，最后轉(zhuǎn)換成NC程序。因此，研究和實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成對于簡化人機(jī)交互操作具有十分重要的意義。

2 基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成開發(fā)

CAD/CAPP/CAM集成，要求數(shù)控加工程序的生成是以CAPP的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果和CAD的零件信息為依據(jù)，自動生成具有標(biāo)準(zhǔn)格式的刀位文件（Cutting Location）文件，然后經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮笾锰幚?，將刀位文件轉(zhuǎn)換成NC加工程序，并且該NC加工程序應(yīng)該是針對不同的數(shù)控機(jī)床和不同的數(shù)控系統(tǒng)的 [2]。

2.1 CAD/CAPP/CAM集成開發(fā)的系統(tǒng)框架

本文通過對CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的零件，按照CAPP系統(tǒng)輸出的加工工藝路線（或工藝規(guī)程），經(jīng)過建立加工仿真模型，進(jìn)行刀位軌跡規(guī)劃，對刀位軌跡進(jìn)行加工仿真，最后通過后置處理，生成針對具體機(jī)床的數(shù)控加工代碼，并將輸出的結(jié)果存儲到PDM系統(tǒng)中。所以，可將本系統(tǒng)分為如圖1所示體系結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)功能模塊。

將PDM系統(tǒng)作為存儲與傳遞信息的平臺。具體地講，在CAD特征建模模塊中，完成零件的設(shè)計(jì)工作，以關(guān)系表的形式將設(shè)計(jì)信息存儲到PDM系統(tǒng)中；在 CAPP模塊中，CAPP從PDM系統(tǒng)中提取零件的特征信息，采用派生法或創(chuàng)成法，完成零件的工藝設(shè)計(jì)，并將得到的工藝信息以關(guān)系表的形式存儲到PDM系統(tǒng)中；在CAM模塊中，從PDM系統(tǒng)中提取CAD、CAPP所提供的信息，通過Pro/NC的各種接口函數(shù)，將提取的工藝信息自動輸入到Pro/NC的加工模塊中，在Pro/NC的裝配模塊中建立加工設(shè)備模型、毛坯模型、夾具模型和刀具模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建虛擬加工環(huán)境，自動完成加工過程仿真，檢查加工過程中的碰撞干涉，提出修改意見。在加工過程仿真無誤之后，輸出刀位文件，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中讀取每個(gè)工序的機(jī)床名稱，通過利用針對該機(jī)床的配置文件，將刀位文件轉(zhuǎn)換成適合該機(jī)床的NC代碼。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 系統(tǒng)的功能集成

充分利用Pro/ENGINEER的Pro/NC數(shù)控加工模塊的功能，通過對其進(jìn)行二次開發(fā)，系統(tǒng)的功能集成如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)的信息流程

本文的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)是以Pro/NC加工模塊為支撐軟件進(jìn)行開發(fā)，其系統(tǒng)的信息流程圖如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)功能集成圖

圖3 基于PDM平臺的CAPP/CAM集成

3 系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 加工仿真模型的建立

在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成過程中，建立零件的加工仿真模型至關(guān)重要。這個(gè)加工仿真模型應(yīng)該能夠完整地、全面地、準(zhǔn)確地描述零件信息。除了零件的幾何信息、拓?fù)湫畔?、工藝特征信息外，還應(yīng)包含有關(guān)的刀具信息、機(jī)床信息、毛坯信息、夾具信息、加工參數(shù)信息和工序排序信息等，因此，這個(gè)加工仿真模型應(yīng)包括零件模型、刀具模型、夾具模型、機(jī)床平臺模型及坐標(biāo)系統(tǒng)的定義等[3]。

3.2 數(shù)據(jù)交換的接口技術(shù)

在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲、維護(hù)和傳輸是非常重要的一環(huán)， 要求產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以一種安全的電子文本形式存儲產(chǎn)品及設(shè)計(jì)信息并保證對信息訪問的安全性[4]。要建立零件的加工模型，以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)新增的功能，就必須實(shí)現(xiàn)信息集成，這就涉及不同系統(tǒng)間、不同功能模塊間的數(shù)據(jù)交換。通過使用Pro/ENGINEER的開發(fā)工具Pro/Toolkit編寫應(yīng)用程序，建立數(shù)據(jù)交換的接口函數(shù)，將用戶從PDM系統(tǒng)中獲取的各種有關(guān)零件的設(shè)計(jì)信息和工藝信息傳遞到Pro/ENGINEER系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的信息交換。所以，這些數(shù)據(jù)交換的接口函數(shù)創(chuàng)建工作非常重要，它直接關(guān)系到整個(gè)CAPP/CAM系統(tǒng)集成的成敗。

4 結(jié)論

本文在Pro/NC平臺上，基于PDM技術(shù)對CAD/CAPP/CAM集成進(jìn)行了研究，并且給出了系統(tǒng)集成框架，對于CAD/CAPP/CAM集成具有一定的實(shí)用價(jià)值。