组合机床刀具智能化CAD系统开发
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摘要
现代制造业“高精度、高效率、高可靠性和专用化”的发展趋势，对现代刀具的设计提出了智能化、专用化的要求。组合机床的刀具性能直接影响机床切削加工的效率、精度和表面质量，进而影响产品的质量。
基于二维CAD的刀具设计设计质量低；图纸更改繁琐、易产生遗漏和错误；刀具设计数据不能共享，重用性差，刀具检索困难。这些缺点的存在使得它已经不能满足企业CIMS一体化的需求，因此广泛采用三维设计方法，研究开发组合机床智能化刀具CAD系统对刀具设计效率的提高、刀具产品竞争力的提高、刀具设计的创新有着重大的现实意义。
本系统充分发挥Visual C++6.0、SQL Server2000、SolidWorks2006以及Deform软件各自优点，运用CBR技术、专家系统、动态链接库(DLL)技术、ADO数据库互连技术，以及Solid Works2006API开发出了面向对象的三维参数化的组合机床刀具智能CAD系统。
系统采用DLL开发模式，利用Solid Works2006API二次开发技术，修改了Solid Works2006中的菜单，实现了VC++的MFC与Solid Works2006接口的信息交流，充分利用了VC强大的界面开发技术和Solid Works2006的三维建模技术。利用Solid Works2006的二次开发技术和SQL Server，将参数化和特征建模相结合，建立了三维参数化实例库和刀片标准库；采用ADO数据库互连技术，实现了VC与SQL Server2000数据库的连接，建立了功能强大的数据库管理系统。在刀具的设计过程中，利用专家系统对每一类零部件进行特征描述，包括几何特征和物理特征，然后将计算方法封装在零部件的信息模型中，构成一个对象类，供设计的时候调用，并建立相应的知识库和实例库，进行数据的维护和更新；采用基于实例推理(CBR)的方法进行刀具的设计，充分利用已有的，设计经验，通过对实例库中最佳实例的修改和优化，设计出新的刀具。
系统开发结果表明，该系统①实现刀具设计过程的程序化和参数化；②建立便于修改和维护的刀具参数数据库；③能根据优化的结果自动生成刀具三维实体图；④根据优化结果设计的刀具更好的满足机床多轴加工的流屑要求，刀具强度和刚度的要求，延长刀具的使用寿命。⑤系统功能强大，便于使用、管理和维护，具有较强的实用性。
With the developing trend of modern manufacturing industry to high precision, high efficiency, high reliability and customization, modern cutting tool design should meet the requirements to be intelligent and customized. Cutting tool performance of modular machine tool directly influences the efficiency of cutting process and the precision and surface quality of the workpiece machined, and further affects the product quality.
The quality of cutting tool design based on two-dimensional CAD is poor and the drawing update is inconvenient, therefore pretermissions and mistakes often occurs. Design data can not be shared and reused, which leads to the difficulty for data retrieval. Because of these disadvantages cutting tool design based on two-dimensional CAD can not satisfy the request of CIMS integration .So the study and exploitation for modern cutting-tool's intelligent CAD system will have strong impact on the increase in cutting-tool design efficiency, cutting-tool product competition capability and cutting-tool design innovation
The intelligent CAD system for cutting tools modular machine tool is developed using CBR technology, expert system, dynamic link library, ADO technology and API interface technology in SolidWorks2006, which integrates the merits of Visual C++6.0, SQL Server2000, SolidWorks2006 and Deform
The synchronous DLL mode and secondary developing technology in SolidWorks2006 are adopted to modify the menu of SolidWorks2006 to achieve the information exchange between the MFC and SolidWorks2006 interface. As a result, the powerful interface technology of Visual C++ and three-dimensional modeling technology of SolidWorks2006 are employed. The 3D parameterized cases library and inserts standard library are established using secondary developing technology based on SolidWorks2006, which integrates parameterized technology with feature-based modeling technology and SQL Server. A powerful DBMS is created using ADO technology to achieve the connection between Visual C++ and SQL Server. In the design procedure for cutting tools, expert system is used to describe the characteristics of each component, including geometric features and physical features, and then the algorithm is sealed into the information model of the component, which is called as an object class during the tools design. CBR technology is also adopted to design the tools. The design experience that has already existed is fully utilized. The new tools will be designed through modifying and optimizing the similar case in the case library.
The results obtained indicate that firstly, the system can carry out the programmed and parametric design in the tool design; Secondly, the system has the database of the tool parameters, which can be easily modified and maintained; Thirdly, the system can automatically build 3D parameterized models for the tools to be designed according to the optimized results; Fourthly, the tools designed according to the optimized results can meet the requirements of chip-flow on the machine tools with multi-spindles and the requirements of rigidity and strength, and the design can increase life the tool; Fifthly, the system has the strong function and can be easily maintained and managed and it has stronger practicability.
基于二维CAD的刀具设计设计质量低；图纸更改繁琐、易产生遗漏和错误；刀具设计数据不能共享，重用性差，刀具检索困难。这些缺点的存在使得它已经不能满足企业CIMS一体化的需求，因此广泛采用三维设计方法，研究开发组合机床智能化刀具CAD系统对刀具设计效率的提高、刀具产品竞争力的提高、刀具设计的创新有着重大的现实意义。
本系统充分发挥Visual C++6.0、SQL Server2000、SolidWorks2006以及Deform软件各自优点，运用CBR技术、专家系统、动态链接库(DLL)技术、ADO数据库互连技术，以及Solid Works2006API开发出了面向对象的三维参数化的组合机床刀具智能CAD系统。
系统采用DLL开发模式，利用Solid Works2006API二次开发技术，修改了Solid Works2006中的菜单，实现了VC++的MFC与Solid Works2006接口的信息交流，充分利用了VC强大的界面开发技术和Solid Works2006的三维建模技术。利用Solid Works2006的二次开发技术和SQL Server，将参数化和特征建模相结合，建立了三维参数化实例库和刀片标准库；采用ADO数据库互连技术，实现了VC与SQL Server2000数据库的连接，建立了功能强大的数据库管理系统。在刀具的设计过程中，利用专家系统对每一类零部件进行特征描述，包括几何特征和物理特征，然后将计算方法封装在零部件的信息模型中，构成一个对象类，供设计的时候调用，并建立相应的知识库和实例库，进行数据的维护和更新；采用基于实例推理(CBR)的方法进行刀具的设计，充分利用已有的，设计经验，通过对实例库中最佳实例的修改和优化，设计出新的刀具。
系统开发结果表明，该系统①实现刀具设计过程的程序化和参数化；②建立便于修改和维护的刀具参数数据库；③能根据优化的结果自动生成刀具三维实体图；④根据优化结果设计的刀具更好的满足机床多轴加工的流屑要求，刀具强度和刚度的要求，延长刀具的使用寿命。⑤系统功能强大，便于使用、管理和维护，具有较强的实用性。
With the developing trend of modern manufacturing industry to high precision, high efficiency, high reliability and customization, modern cutting tool design should meet the requirements to be intelligent and customized. Cutting tool performance of modular machine tool directly influences the efficiency of cutting process and the precision and surface quality of the workpiece machined, and further affects the product quality.
The quality of cutting tool design based on two-dimensional CAD is poor and the drawing update is inconvenient, therefore pretermissions and mistakes often occurs. Design data can not be shared and reused, which leads to the difficulty for data retrieval. Because of these disadvantages cutting tool design based on two-dimensional CAD can not satisfy the request of CIMS integration .So the study and exploitation for modern cutting-tool's intelligent CAD system will have strong impact on the increase in cutting-tool design efficiency, cutting-tool product competition capability and cutting-tool design innovation
The intelligent CAD system for cutting tools modular machine tool is developed using CBR technology, expert system, dynamic link library, ADO technology and API interface technology in SolidWorks2006, which integrates the merits of Visual C++6.0, SQL Server2000, SolidWorks2006 and Deform
The synchronous DLL mode and secondary developing technology in SolidWorks2006 are adopted to modify the menu of SolidWorks2006 to achieve the information exchange between the MFC and SolidWorks2006 interface. As a result, the powerful interface technology of Visual C++ and three-dimensional modeling technology of SolidWorks2006 are employed. The 3D parameterized cases library and inserts standard library are established using secondary developing technology based on SolidWorks2006, which integrates parameterized technology with feature-based modeling technology and SQL Server. A powerful DBMS is created using ADO technology to achieve the connection between Visual C++ and SQL Server. In the design procedure for cutting tools, expert system is used to describe the characteristics of each component, including geometric features and physical features, and then the algorithm is sealed into the information model of the component, which is called as an object class during the tools design. CBR technology is also adopted to design the tools. The design experience that has already existed is fully utilized. The new tools will be designed through modifying and optimizing the similar case in the case library.
The results obtained indicate that firstly, the system can carry out the programmed and parametric design in the tool design; Secondly, the system has the database of the tool parameters, which can be easily modified and maintained; Thirdly, the system can automatically build 3D parameterized models for the tools to be designed according to the optimized results; Fourthly, the tools designed according to the optimized results can meet the requirements of chip-flow on the machine tools with multi-spindles and the requirements of rigidity and strength, and the design can increase life the tool; Fifthly, the system has the strong function and can be easily maintained and managed and it has stronger practicability.
引文
[1] 杨雄飞主编．计算机辅助设计．北京：机械工业出版社．1998．5．
[2] 殷国富，陈永华．计算机辅助设计技术与应用．科学出版社．2000．2．
[3] 罗学科．计算机辅助制造．化学工业出版社．2001．11．
[4] 迟毅林主编．计算机辅助设计技术基础．重庆：重庆大学出版社．2000．8．
[5] 何薇主编．计算机图形技术与CAD，北京：清华大学出版社．2001．9．
[6] 孙志辉等．计算机集成制造技术．东南大学出版社．1997．
[7] 王平．国际CAD标准化现状．计算机世界．1992(5)
[8] 刘绍风，蒋美丽．刀具设计与CAD技术．机械与电子．1999(1)；57～58．
[9] "Milling insert trends" 《cutting tool engineering》 vol.41, No. 5,Oct. 1989.
[10] 戴同．CAD／CAPP／CAM基本教程．机械工业出版社，1996．
[11] 黄辽宁．复杂机械的计算机辅助模块化、参数化设计方法研究．硕士学位论文：南京理工大学．2004．3．
[12] 周利平，邓远超，吴能章．专用刀具智能化开发系统总体设计．工具技术．2006(40)11；38～42
[13] 张继红，韩星．铲齿成型铣刀的计算机辅助设计．机械开发 2000(2)，35～38．
[14] 机械电子部成都工具研究所．刀具的微机辅助设计技术．1991．6．
[15] Solidworks教程手册．
[16] Solidworks API Help．
[17] 叶炜威，余才佳 编著．SolidWorks 2006实体建模与二次开发教程，北京：国防工业出版社，2006．9．
[18] 彭代权，张福润，刘廷林．CIMS环境下刀具柔性编码系统的研制．华中理工大学学报．1995．5(27)(5)．
[19] 周占峰．面向ERP的刀具管理信息系统研究．西北工业大学．2005．3．
[20] 周利平，吴能章，刘立新．数控刀具代码设计与研究．四川工业学院学报，1997(16)(2)4-8．
[21] 朱如龙主编，SQL Server数据库应用系统开发技术，北京：机械工业出版社，2004．2
[22] 程佑明，可转位球头立铣刀建模与智能化CAD系统研究，硕士学位论文．西华大 学，2004．3．
[23] 杜明侠等．基于SoIidWorks的三维CAD系统二次开发方法，华北水利水电学院学报．2003(2)：59-61．
[24] 徐宝霖等．ActiveX Automation及其在CAD系统开发中的应用．河海大学学报．2000(5)；115～118．
[25] 李卫民等．基于SolidWorks平台的二次开发技术．机械制造．2003(464)；24～26．
[26] 王华等编著．Visual C++6．0编程实例与技巧．北京：机械工业出版社，1999．4．
[27] 刘丽娟，任建平．SolidWorks二次开发的应用．机械管理开发．2005．2(82)(1)；74～75．
[28] 虞歌．Windows动态连接库的建立和使用．计算机系统应用．1995(7)；28～29．
[29] 穆群英．动态链接库及其应用．石油仪器．2001(3)；49～52．
[30] 卿芳会编著．COM／DCOM技术的结构及其特点分析．清华大学计算机与信息管理中心，2001(1)．
[31] 张峰，李兆前．参数化设计的研究现状与发展趋势．机械工程师．2001(1)；13～15
[32] 刘极峰．计算机辅助设计与制造．北京：高等教育出版社．2004．7．
[33] 夏秋英．参数化、变量化技术及其CAD系统．2005，1；53～56．
[34] 石峰，张永清等．参数化CAD系统的关键技术研究．工程图学学报．2001(2)；7～12
[35] JPierra G, Ait-Ameur Y, Besnard F et c. A general framework for parametric product model within STEP and Part Library. European Conference ProductData Technology, London, England, 1996, 18～19
[36] 窦连旺，陈曦等．基于面向对象技术的参数化CAD系统．计算机工程．2004，30(9)；182～185
[37] 陶善新，唐文献．基于知识驱动的产品开发系统研究与实现．计算机工程与应用．2003，22：129～131
[38] 胡赤兵，丁和艳等．面向对象程序设计方法在机械CAD中的应用模式及其实现方法．兰州理工大学学报．2004，30(5)；35～37
[39] 董玉德，谭建荣等．尺寸关联约束的识别及求解方法的研究．小型微型计算机系统．2003，7．
[40] 李震，张德绵等．三维CAD对现代制造业的重要意义．农村牧区机械化．2004，2；34～35
[41] 孙家广．制造业信息化的历史使命．中国制造业信息化．2003，1；13～14
[42] 李键，唐忠民等．基于特征的产品装配建模系统．制造业自动化．2002，22(12)；70～75
[43] 邢邦圣．机械CAD参数化造型设计的研究．煤矿机械．2002(11)；8～11
[44] Guk-Heon Choi, Duhwan Mun, Soonhung Han. Exchange of CAD part modelsbased the macro-parametric approach. International Journal of CAD/CAM.2002,2 (1) ; 23～31
[45] 吴宏良，徐晓明，项春雷．基于SolidWorks三维模型参数化设计技术的研究．科学技术与工程．2005．10(5)(19)；
[46] 熊巍，刘林，阎汉生．用SolidWorks API进行参数化设计．C AD／C AM与制造业信息化．2006，6：54～56
[47] 郗向儒，韩锐．SolidWorks环境下的参数化建模方法．机床与液压 2004(9)；73～79
[48] 张长胜．采用Visual C++对参数化造型软件SolidWorks进行二次开发的方法．模具技术．2005，6；9～11
[49] 黄国明．用Visual C++．NET开发交互式CAD系统．北京：电子工业出版社，2003．
[50] 田启华．机械CAD系统用户界面设计技术．武汉水利电力大学(宜昌)学报，2000，22(4)；342～345．
[51] 江洪，魏峥，王涛威等．SolidWorks二次开发实例解析．．北京：机械工业出版社．2004．3．
[52] 周启涛，高英．Visual C++数据库开发与应用．北京：人民邮电出版社．2005．8．
[53] 黄维通．Visual C++面向对象与可视化程序设计(第2版)．北京：清华大学出版社．2003．12．
[54] 萨师煊，王姗．数据库系统概论(第三版)．北京：高等教育出版社．2000．2．
[2] 殷国富，陈永华．计算机辅助设计技术与应用．科学出版社．2000．2．
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