箱体类零件CAD\CAPP\CAM在NC机床上的研究与应用
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摘要
CIMS是80年代以来国际上制造自动化领域的前沿研究课题，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。随着FMS和CIMS的发展，人们逐渐认识到CAPP是实现CAD／CAPP／CAM真正集成的关键，是连接CAD和CAM之间的桥梁和纽带。因此，如何实现CAPP与CAD、CAM的有效集成，已经成为CAD／CAPP／CAM集成技术发展过程中不可忽视的关键问题之一。
课题选取Pro／E为开发平台，以箱体类零件为研究对象，研究在VC++环境下，如何实现产品的数字化表示，以及如何从CAD系统中提取CAPP系统需要的零件信息，同时为后续环节CAM提供必要的数据和进行系统集成的接口。同时，文章还提出了将应用程序与CNC系统集成的方案，并设计了在CNC环境下的操作界面，使得在加工现场同时实现零件的设计与加工。
在课题开发过程中使用的方法有：(1)基于特征的零件信息描述方法。采用这种描述方法解决了现有CAD／CAPP／CAM集成存在的三个问题：集成度不高、数据不全和描述层次低；(2)面向对象的方法。以此方法建立特征的工艺知识库；(3)采用成组技术划分零件特征。在本课题中，通过特征设计建立特征类，与Pro／E系统的数据库连接在一起，从而实现数据共享，提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性。
本系统实现了CAD／CAPP／CAM三个子系统之间的信息传递和信息共享，从而为开发应用模块以扩展现有软件的功能，实现CAD／CAPP／CAM集成提供了良好的基础。
CIMS has been the advanced research problem in manufacture automation in the world since 1980's, in which the key problem is the integration of CAD/CAPP/CAM, the integration is not a simple combination or plus but the integration of extracting, exchange, share and of information among every modules. With the development of FMS and CIMS, people gradually realize that CAPP is the key for the integration of CAD/CAPP/CAM, which is the bridge between CAD and CAM. Therefore, how to carry out the effective integration of CAD/CAPP/CAM has become one of the crucial problems in the development of CAD/CAPP/CAM.
The thesis chooses Pro/E as the developing platform and researches into the trunk parts under the environment of VC ++. How to draw the information of part that CAPP system needs from CAD system? Besides, the system provides necessary data and an interface of the systemic integration for the next step- the CAM system. In the meantime, the thesis has also put forward the integrated plan between the CNC systems and the Application and designed the interface under the CNC system. So the worker can design and manufacture the part in the spot.
Some methods have been used in the study of the thesis. The first is to describe the parts' information in terms of feature. It has solved three problems: the low degree of the integration, the scarcity the data, and the low lever of describing information. The second is the method of O-O (Object-Oriented). The processing knowledge of features has been established by it. The third is to measure off the trunk parts feature with the GT . The thesis depend on it to build the feature classes, which makes the share of data between the Pro/E database and the Application, improves the efficiency of transmitting data and the level of integration degree, so as to ensure the consistency and reliability of data transmitting among systems. The thesis has achieved the share of data, by building trunk database with features.
This system has realized the transmission and share of information among CAD, CAPP and CAM systems. And it has provided good background for the development of CIMS.
课题选取Pro／E为开发平台，以箱体类零件为研究对象，研究在VC++环境下，如何实现产品的数字化表示，以及如何从CAD系统中提取CAPP系统需要的零件信息，同时为后续环节CAM提供必要的数据和进行系统集成的接口。同时，文章还提出了将应用程序与CNC系统集成的方案，并设计了在CNC环境下的操作界面，使得在加工现场同时实现零件的设计与加工。
在课题开发过程中使用的方法有：(1)基于特征的零件信息描述方法。采用这种描述方法解决了现有CAD／CAPP／CAM集成存在的三个问题：集成度不高、数据不全和描述层次低；(2)面向对象的方法。以此方法建立特征的工艺知识库；(3)采用成组技术划分零件特征。在本课题中，通过特征设计建立特征类，与Pro／E系统的数据库连接在一起，从而实现数据共享，提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性。
本系统实现了CAD／CAPP／CAM三个子系统之间的信息传递和信息共享，从而为开发应用模块以扩展现有软件的功能，实现CAD／CAPP／CAM集成提供了良好的基础。
CIMS has been the advanced research problem in manufacture automation in the world since 1980's, in which the key problem is the integration of CAD/CAPP/CAM, the integration is not a simple combination or plus but the integration of extracting, exchange, share and of information among every modules. With the development of FMS and CIMS, people gradually realize that CAPP is the key for the integration of CAD/CAPP/CAM, which is the bridge between CAD and CAM. Therefore, how to carry out the effective integration of CAD/CAPP/CAM has become one of the crucial problems in the development of CAD/CAPP/CAM.
The thesis chooses Pro/E as the developing platform and researches into the trunk parts under the environment of VC ++. How to draw the information of part that CAPP system needs from CAD system? Besides, the system provides necessary data and an interface of the systemic integration for the next step- the CAM system. In the meantime, the thesis has also put forward the integrated plan between the CNC systems and the Application and designed the interface under the CNC system. So the worker can design and manufacture the part in the spot.
Some methods have been used in the study of the thesis. The first is to describe the parts' information in terms of feature. It has solved three problems: the low degree of the integration, the scarcity the data, and the low lever of describing information. The second is the method of O-O (Object-Oriented). The processing knowledge of features has been established by it. The third is to measure off the trunk parts feature with the GT . The thesis depend on it to build the feature classes, which makes the share of data between the Pro/E database and the Application, improves the efficiency of transmitting data and the level of integration degree, so as to ensure the consistency and reliability of data transmitting among systems. The thesis has achieved the share of data, by building trunk database with features.
This system has realized the transmission and share of information among CAD, CAPP and CAM systems. And it has provided good background for the development of CIMS.
引文
[1] 杜裴、黄乃康 计算机辅助工艺规程设计原理 北京航空航天大学出版社，1990
[2] 蔡力钢、李培根等 基于分级规划的工艺决策任务分解与求解策略 华中理工大学学报 Vol 26 No．11 1998
[3] 刘俊利、单联洁 基于模糊人工神经网络的智能CAPP系统 导弹与航天运载技术 No．4 1998
[4] 史明华，黄艳群等 基于特征的非回转类零件信息缄默与实现 天津纺织工学院学报第18卷第2期(1999)
[5] 赵汝嘉主编 计算机辅助工艺设计(CAPP) 北京机械工业出版社 1995
[6] 陶建华等 基于特征和参数化CAD/CAPP集成 机械设计与研究 1999 No．2
[7] 杨萱，李佳等 箱体类CAD/CAM集成技术的研究 组合机床与自动加工技术，1997年第10期
[8] 刘湘辰，黄宜坚 面向对象的编程技术在CAPP系统设计中的应用 湘潭大学学报(自然科学版)，1998年3月
[9] 钟经农 箱体零件CAPP系统的研究与开发 机械工业自动化 1991(2)：36-39
[10] 高健 面向对象的零件特征类库建设 机械工业自动化 1994(4)
[11] 戴同 CAD/CAPP/CAM基本教程 北京机械工业出版社 1996(12)
[12] 刘有才，刘增良 模糊专家系统原理与设计 北京航空航天大学出版社，1995
[13] 焦李成 神经网络的应用与实现 西安电子科技大学出版，1993
[14] 杨行峻，郑君里 人工神经网络 高等教育出版社 1992
[15] 冯辛安 CAD/CAM技术概论 机械工业出版社 1995．3
[16] 顾崇衔 机械制造工艺学 陕西科学技术出版社，1990
[17] 范牧昌，江文琪 带学习功能CAPP开发工具的研究 华东船舶工业学院学报 Vol．11 No．4，1997
[18] 王先逵，机械制造工艺学，清华大学出版社，1989．3
[19] 徐嘉元、曹家驹，机械制造工艺学，机械工业出版社，1999．5
[20] 孟少农，机械加工工艺手册，机械工业出版社，1998．3
[21] 张伦伟、钱晋武，CIMS的技术概要、发展现状及趋势，计算机辅助与制造，2001．7
[22] 李光耀，制造业信息化的主体和方向，计算机辅助与制造，2001．2
[23] 曾宇波等，现代CAPP系统的开发技术，计算机辅助设计与制造，2000．7
[24] 熊光楞，现代集成制造系统(CIMS)系列，清华大学出版社，2001．5
[25] 白英彩、唐治文，计算机集成制造系统，清华大学出版社，1997．8
[26] 刘文剑等，CAD/CAM集成技术，哈尔滨工业出版社，2001．2
[27] 王贤坤，机械CAD/CAM技术、应用与开发，机械工业出版社，2001．11
[28] 王延辉等，机械制造工业基础，中国铁道出版社，1998．11
[29] Izrduv，基于Pro/E平台的工程图纸自动化生成软件的开发，www．CADStudy．net，2003．1
[30] 过杨等，基于Pro/Engineer的内燃机车三维标准件库的建立，北方交通大学学报，2002．2
[31] 蒋新宇等，基于Pro/E的刀具资源管理系统的研究与开发，机械制造，2003．3
[32] Parametric Technology Corporation. Pro/ENGINEER 2001 Pro/TOOLKIT User's Guide. USA: PTC, 2001
[33] 江波等，基于Pro/E二次开发的铁道客车结构三维参数化CAD系统[J]，机械设计与制造工程，2002．31(5)：58～59
[34] 赖朝安等，Pro/E二次开发的关键技术[J]，机械设计与制造工程，2001．30(1)：43～45
[35] 刘锡锋，董黎敏，机械CAD-Pro/E应用及开发[M]，机械工业出版社，2002．5
[36] 张红旗，曹文钢，Pro/ENGINEER二次开发技术的应用与研究，计算机辅助与制造，2002．7
[37] 朱朝宽，基于Pro/E的多轴箱参数化设计，组合机床与自动化加工技术，2002．10
[38] 李燕，基于Pro/E的的齿轮三维参数化特征造型设计，制造业自动化，2003．6
[39] 刘文芝等，基于Pro/ENGINEER的三维实体造型，计算机辅助与制造，2002．5
[40] 陈辰等，基于Pro/E平台的工程图纸自动化生成软件的开发，www．icad．com．cn2001．11
[41] 赵彻等，图形交互自动编程技术的应用，计算机辅助设计与制造，1998．8
[42] 刘长安等，集成化工艺设计与工艺管理系统SG-CAPP，计算机辅助设计与制造，1998．8
[43] 张振明等，CAPP应用若干问题探讨，计算机辅助设计与制造，1998．8
[44] 吴晓光，基于VC++类库的CAD/CAPP集成系统的研究与实践，机械工程与应用，2000．8
[45] 段广洪、雷年胜等，虚拟制造环境下的CAM集成技术研究，清华大学学报，2001．3
[46] 王大镇、韩荣第，面向特征造型技术的特种回转面刀具CAPP软件设计，机械工程师，2003．4
[47] 杨洁等，回转体零件CAD/CAPP/CAM集成系统的研究与开发，成组技术与生产现代化，1995．21
[48] 魏志强等，回转类零件CAPP/CAM集成技术的应用研究，山东工程学院学报，1996．6
[49] 高安生等，回转零件车削加工CNC/CAD/CAPP/CAM一体化系统的研制，汽车科技，1997．1
[50] 施平、魏志强，轴类零件CAD/CAPP/CAM一体化连接数据库设计与实现，哈尔滨工业大学学报，1997．2
[51] 张鄂等，基于特征设计的回转体零件CAD/CAPP集成系统的研究与开发，机械科学与技术，2000．11
[52] 花广如等，典型回转体零件的CAD/CAPP一体化研究，华北电力大学学报，2001．4
[53] 许国玉等，网转体零件特征建模及信息提取，哈尔滨工程大学学报，2002．12
[54] 王世杰等，回转体零件CAPP系统中型面要素加工方法的制定与实施，机械设计与制造，1994．4
[55] 蔡长韬等，面向CAD/CAPP集成的特征造型技术研究，机械，1999．2
[56] Hamid R.BERENT, Use of Artificial Intelligence in Automated Process planning, CIMS, Setp.1986
[57] Chang T C, Wysk R A, An Introduction To Automated Process Systems Prentice Hall, Englewood, 1985
[58] Gerald L.Nordland, The Future of CAPP, Dec.Marlbvro.Massa.bclusetts Developer's Guide.AutoDesk, December, 1997
[59] Wang H P, Wysk R A, TURBO-CAPP, a Knowledge-Based Computer Aided Process Planning Systems. 19th CIRP International Seminar on Manufacturing System, 1987
[60] Y.S.Liu and K.ALLEN, A Flexible, interaction Front-and for a computer-Aided process planning system, Second UMIST/ACME Workshop on Advanced Research in computer-Aided Manufacture, 7-8th ganuary, 1987
[61] Chang T C, Expert Process Planning for Manufacturing, Addision Wesley Publishing Company, 1990
[2] 蔡力钢、李培根等 基于分级规划的工艺决策任务分解与求解策略 华中理工大学学报 Vol 26 No．11 1998
[3] 刘俊利、单联洁 基于模糊人工神经网络的智能CAPP系统 导弹与航天运载技术 No．4 1998
[4] 史明华，黄艳群等 基于特征的非回转类零件信息缄默与实现 天津纺织工学院学报第18卷第2期(1999)
[5] 赵汝嘉主编 计算机辅助工艺设计(CAPP) 北京机械工业出版社 1995
[6] 陶建华等 基于特征和参数化CAD/CAPP集成 机械设计与研究 1999 No．2
[7] 杨萱，李佳等 箱体类CAD/CAM集成技术的研究 组合机床与自动加工技术，1997年第10期
[8] 刘湘辰，黄宜坚 面向对象的编程技术在CAPP系统设计中的应用 湘潭大学学报(自然科学版)，1998年3月
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[10] 高健 面向对象的零件特征类库建设 机械工业自动化 1994(4)
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[13] 焦李成 神经网络的应用与实现 西安电子科技大学出版，1993
[14] 杨行峻，郑君里 人工神经网络 高等教育出版社 1992
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[18] 王先逵，机械制造工艺学，清华大学出版社，1989．3
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[40] 陈辰等，基于Pro/E平台的工程图纸自动化生成软件的开发，www．icad．com．cn2001．11
[41] 赵彻等，图形交互自动编程技术的应用，计算机辅助设计与制造，1998．8
[42] 刘长安等，集成化工艺设计与工艺管理系统SG-CAPP，计算机辅助设计与制造，1998．8
[43] 张振明等，CAPP应用若干问题探讨，计算机辅助设计与制造，1998．8
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[45] 段广洪、雷年胜等，虚拟制造环境下的CAM集成技术研究，清华大学学报，2001．3
[46] 王大镇、韩荣第，面向特征造型技术的特种回转面刀具CAPP软件设计，机械工程师，2003．4
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[48] 魏志强等，回转类零件CAPP/CAM集成技术的应用研究，山东工程学院学报，1996．6
[49] 高安生等，回转零件车削加工CNC/CAD/CAPP/CAM一体化系统的研制，汽车科技，1997．1
[50] 施平、魏志强，轴类零件CAD/CAPP/CAM一体化连接数据库设计与实现，哈尔滨工业大学学报，1997．2
[51] 张鄂等，基于特征设计的回转体零件CAD/CAPP集成系统的研究与开发，机械科学与技术，2000．11
[52] 花广如等，典型回转体零件的CAD/CAPP一体化研究，华北电力大学学报，2001．4
[53] 许国玉等，网转体零件特征建模及信息提取，哈尔滨工程大学学报，2002．12
[54] 王世杰等，回转体零件CAPP系统中型面要素加工方法的制定与实施，机械设计与制造，1994．4
[55] 蔡长韬等，面向CAD/CAPP集成的特征造型技术研究，机械，1999．2
[56] Hamid R.BERENT, Use of Artificial Intelligence in Automated Process planning, CIMS, Setp.1986
[57] Chang T C, Wysk R A, An Introduction To Automated Process Systems Prentice Hall, Englewood, 1985
[58] Gerald L.Nordland, The Future of CAPP, Dec.Marlbvro.Massa.bclusetts Developer's Guide.AutoDesk, December, 1997
[59] Wang H P, Wysk R A, TURBO-CAPP, a Knowledge-Based Computer Aided Process Planning Systems. 19th CIRP International Seminar on Manufacturing System, 1987
[60] Y.S.Liu and K.ALLEN, A Flexible, interaction Front-and for a computer-Aided process planning system, Second UMIST/ACME Workshop on Advanced Research in computer-Aided Manufacture, 7-8th ganuary, 1987
[61] Chang T C, Expert Process Planning for Manufacturing, Addision Wesley Publishing Company, 1990