基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成探讨

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1 前言
       
        通常所说的CAD/CAM系统集成实际上是指设计与制造过程中的CAD、CAPP和CAM三个环节的软件集成[1]。在CAD/CAPP/CAM集成过程中，CAPP是连接CAD与CAM的桥梁和纽带。目前，许多著名的CAD/CAM商品软件，如Pro/ENGINEER、I-deas、UG、 Euclid等在几何造型、分析计算和数据管理等有很强的功能，也具备NC编程的功能，但是在CAPP方面，这些CAD/CAM软件需要NC编程人员根据 CAD图形进行繁琐的人机交互操作，选择零件的加工方法、加工对象、刀具参数、切削用量和确定加工顺序等，才能形成零件加工的刀位文件，最后转换成NC程序。因此，研究和实现CAD/CAPP/CAM的集成对于简化人机交互操作具有十分重要的意义。
       
        2  基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成开发
       
        CAD/CAPP/CAM集成，要求数控加工程序的生成是以CAPP的工艺设计结果和CAD的零件信息为依据，自动生成具有标准格式的刀位文件（Cutting Location）文件，然后经过适当的后置处理，将刀位文件转换成NC加工程序，并且该NC加工程序应该是针对不同的数控机床和不同的数控系统的 [2]。
       
        2.1  CAD/CAPP/CAM集成开发的系统框架
       
        本文通过对CAD系统设计出的零件，按照CAPP系统输出的加工工艺路线（或工艺规程），经过建立加工仿真模型，进行刀位轨迹规划，对刀位轨迹进行加工仿真，最后通过后置处理，生成针对具体机床的数控加工代码，并将输出的结果存储到PDM系统中。所以，可将本系统分为如图1所示体系结构中的几个功能模块。
       
        将PDM系统作为存储与传递信息的平台。具体地讲，在CAD特征建模模块中，完成零件的设计工作，以关系表的形式将设计信息存储到PDM系统中；在 CAPP模块中，CAPP从PDM系统中提取零件的特征信息，采用派生法或创成法，完成零件的工艺设计，并将得到的工艺信息以关系表的形式存储到PDM系统中；在CAM模块中，从PDM系统中提取CAD、CAPP所提供的信息，通过Pro/NC的各种接口函数，将提取的工艺信息自动输入到Pro/NC的加工模块中，在Pro/NC的装配模块中建立加工设备模型、毛坯模型、夹具模型和刀具模型的基础上，构建虚拟加工环境，自动完成加工过程仿真，检查加工过程中的碰撞干涉，提出修改意见。在加工过程仿真无误之后，输出刀位文件，同时在网络数据库中读取每个工序的机床名称，通过利用针对该机床的配置文件，将刀位文件转换成适合该机床的NC代码。
       
        图1 系统结构框图
       
        2.2  系统的功能集成
       
        充分利用Pro/ENGINEER的Pro/NC数控加工模块的功能，通过对其进行二次开发，系统的功能集成如图2所示。
       
        2.3  系统的信息流程
       
        本文的CAD/CAPP/CAM集成系统是以Pro/NC加工模块为支撑软件进行开发，其系统的信息流程图如图3所示。
       
        图2 系统功能集成图
       
       
        图3  基于PDM平台的CAPP/CAM集成
         
       
        3  系统集成的关键技术
       
        3.1 加工仿真模型的建立
       
        在CAD/CAPP/CAM系统集成过程中，建立零件的加工仿真模型至关重要。这个加工仿真模型应该能够完整地、全面地、准确地描述零件信息。除了零件的几何信息、拓扑信息、工艺特征信息外，还应包含有关的刀具信息、机床信息、毛坯信息、夹具信息、加工参数信息和工序排序信息等，因此，这个加工仿真模型应包括零件模型、刀具模型、夹具模型、机床平台模型及坐标系统的定义等[3]。
       
        3.2  数据交换的接口技术
       
        在CAD/CAPP/CAM系统集成中，产品数据的存储、维护和传输是非常重要的一环， 要求产品数据管理系统以一种安全的电子文本形式存储产品及设计信息并保证对信息访问的安全性[4]。要建立零件的加工模型，以及实现系统新增的功能，就必须实现信息集成，这就涉及不同系统间、不同功能模块间的数据交换。通过使用Pro/ENGINEER的开发工具Pro/Toolkit编写应用程序，建立数据交换的接口函数，将用户从PDM系统中获取的各种有关零件的设计信息和工艺信息传递到Pro/ENGINEER系统的统一数据库中进行管理，实现用户与系统的信息交换。所以，这些数据交换的接口函数创建工作非常重要，它直接关系到整个CAPP/CAM系统集成的成败。
       
        4  结论
       
        本文在Pro/NC平台上，基于PDM技术对CAD/CAPP/CAM集成进行了研究，并且给出了系统集成框架，对于CAD/CAPP/CAM集成具有一定的实用价值。