基于特征造型的整体回转面刀具CAPP软件系统（上）

一、前　言

　　整体回转面刀具是用于加工复杂、特殊形状工件的重要刀具，其需求量随着先进加工技术的发展而不断增加。为了高效率、高质量地设计和制造该类刀具，必须实现整体回转面刀具CAD／CAPP／CAM的集成化。因此，开发整体回转面刀具CAPP系统软件十分必要。目前，国内刀具生产企业配备计算机工作站的还不多，大多借助微机进行刀具设计和制造。为此，我们在微机上利用VB5．0、VC＋＋5．0AutoCADR14等开发工具开发出了整体回转面刀具CAPP软件系统。

二、软件系统的功能要求

　　为了产生优化的工艺过程卡、工序卡、工步卡等CAPP技术文件及实现与其它相关模块间的信息共享，本软件系统要求具有以下功能：
    （1）可利用特征造型技术向CAPP提供足够的信息支持，从而实现CAD、CAPP、CAM模块间的高度集成和数据共享；
    （2）拥有完善的工艺数据库、知识库及高效接口；
    （3）具有管理CAPP文件历史记录及对不同型号刀具进行选择、编辑的能力。

　　为便于操作，还利用Windows编程技术编制了完整、友好的用户界面。此外，由于该系统软件采用了基于特征造型的参数化设计方法，因此具有较好的通用性。

三、软件系统的设计与开发

　　为了探讨CAD／CAPP／CAM集成技术应用于各类整体回转面刀具设计、生产过程的可能性及实现方法，本文就软件开发过程中涉及的理论问题进行了分析。

1．特征造型技术的应用及整体回转面刀具的特征分析

　　为了使CAPP从CAD中得到足够的信息用于工艺决策，信息的采集与处理方式应从传统的实体造型信息模型转向特征造型信息模型。特征造型信息模型具有以下优点：
    （1）能更完整地表达产品的技术和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。
    （2）可使产品设计工作在更高层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素，如螺纹孔、定位孔等。
 
　　特征造型就是根据应用要求而预先构想的信息模型，它把几何和非几何信息全部汇入产品定义中。整体回转面刀具的全生产周期包括产品的市场分析、需求分析、工程设计、工艺设计、加工、检验和维护。从制造的观点来看，整体回转面刀具的零件信息模型通常包括以下几个部分（见图1）：
    （1）零件总体信息　包括图号、刀具名称、刀具编码、外形尺寸、材料、重量及毛坯类别。
    （2）零件特征信息　用于描述整体回转面刀具的几何形状、拓扑信息。主要用于描述刀具的顶点、边、面的数目、类型以及相互间的连通关系。对外特征体素的操作为 “并”运算，对内特征体素的操作为“差”运算，此外，对内特征体素还存在“交”运算。特征体素及其要素由特征编码加以区分。
    （3）零件公差信息　刀具各加工面的信息均体现在形位公差模型中。
    （4）零件尺寸信息　即零件的整体尺寸信息表。

　　　　
　　　　　　图1　零件信息模型

　　为了将特征造型技术应用于整体回转面刀具的生产中，应对整体回转面刀具的结构工艺特点进行分析。特征分析采用如下原则：①特征的层次性分析原则，即分清特征间的从属关系；②几何元素与参数相结合的原则；③附加特征的分析原则。

　　分析整体回转面刀具的结构，发现具有以下特点：
    （1）整体回转面刀具的刀头由规则曲面（如圆柱、圆锥等）与复杂曲面组成（如旋转锉、球头立铣刀等是由复杂母线组成的回转面刀具，属于多坐标加工零件）；
    （2）整体回转面刀具除具有复杂的回转体外形外，一般还具有螺旋线形刀刃和一定的刀槽形状；
    （3）具有较好的数控加工基础。

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