基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成探討

1 前言

通常所說的CAD/CAM系統(tǒng)集成實際上是指設計與制造過程中的CAD、CAPP和CAM三個環(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、分析計算和數據管理等有很強的功能，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 CAD圖形進行繁瑣的人機交互操作，選擇零件的加工方法、加工對象、刀具參數、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，最后轉換成NC程序。因此，研究和實現CAD/CAPP/CAM的集成對于簡化人機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，要求數控加工程序的生成是以CAPP的工藝設計結果和CAD的零件信息為依據，自動生成具有標準格式的刀位文件（Cutting Location）文件，然后經過適當的后置處理，將刀位文件轉換成NC加工程序，并且該NC加工程序應該是針對不同的數控機床和不同的數控系統(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)設計出的零件，按照CAPP系統(tǒng)輸出的加工工藝路線（或工藝規(guī)程），經過建立加工仿真模型，進行刀位軌跡規(guī)劃，對刀位軌跡進行加工仿真，最后通過后置處理，生成針對具體機床的數控加工代碼，并將輸出的結果存儲到PDM系統(tǒng)中。所以，可將本系統(tǒng)分為如圖1所示體系結構中的幾個功能模塊。

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，完成零件的設計工作，以關系表的形式將設計信息存儲到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，完成零件的工藝設計，并將得到的工藝信息以關系表的形式存儲到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，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備模型、毛坯模型、夾具模型和刀具模型的基礎上，構建虛擬加工環(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，同時在網絡數據庫中讀取每個工序的機床名稱，通過利用針對該機床的配置文件，將刀位文件轉換成適合該機床的NC代碼。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

2.2 系統(tǒng)的功能集成

充分利用Pro/ENGINEER的Pro/NC數控加工模塊的功能，通過對其進行二次開發(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)集成的關鍵技術

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重要。這個加工仿真模型應該能夠完整地、全面地、準確地描述零件信息。除了零件的幾何信息、拓撲信息、工藝特征信息外，還應包含有關的刀具信息、機床信息、毛坯信息、夾具信息、加工參數信息和工序排序信息等，因此，這個加工仿真模型應包括零件模型、刀具模型、夾具模型、機床平臺模型及坐標系統(tǒng)的定義等[3]。

3.2 數據交換的接口技術

在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成中，產品數據的存儲、維護和傳輸是非常重要的一環(huán)， 要求產品數據管理系統(tǒng)以一種安全的電子文本形式存儲產品及設計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，以及實現系統(tǒng)新增的功能，就必須實現信息集成，這就涉及不同系統(tǒng)間、不同功能模塊間的數據交換。通過使用Pro/ENGINEER的開發(fā)工具Pro/Toolkit編寫應用程序，建立數據交換的接口函數，將用戶從PDM系統(tǒng)中獲取的各種有關零件的設計信息和工藝信息傳遞到Pro/ENGINEER系統(tǒng)的統(tǒng)一數據庫中進行管理，實現用戶與系統(tǒng)的信息交換。所以，這些數據交換的接口函數創(chuàng)建工作非常重要，它直接關系到整個CAPP/CAM系統(tǒng)集成的成敗。

4 結論

本文在Pro/NC平臺上，基于PDM技術對CAD/CAPP/CAM集成進行了研究，并且給出了系統(tǒng)集成框架，對于CAD/CAPP/CAM集成具有一定的實用價值。