第4章 零件信息描述与输入

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零件信息模型
CAPP系统要求对所涉及的全部信息进行完整 的描述。可采用零件层，特征层，几何层的三层 结构表达零件信息，如下图所示，零件层描述了 各特征共有的一些信息。特征层包括特征的定义 和表达，反映了零件的各个特征对象。几何层反 映了CAD系统的底层几何信息。这种分层表达方 式，既便于CAD系统的几何造型，又能便于CAPP 系统输入时抽取所需的高层特征信息，排除低层 的点、线、面信息，为CIMS环境下CAD/CAPP的信 息集成提供了有效的途径。
了点、线、面以及它们之间拓扑关系的底层
信息，又包含了几何形状特征以及加工和管
理等方面信息。那么CAD系统输出结果就能被
其大游工程，如CAPP、CAM等接收。
近年来，国际范围内都在作这一方面的努 力，流行较广的是美国的PDES，德国的VDAFS， ISO的STEP产品定义数据交换标准，另外还有
法国的SET，美国的IGES，日本的TIPS等。目
下偏差： 下偏差：
基准：
1. 径向孔 4. 端面螺孔 7. 端面槽
2. 端面孔 5. 圆弧槽 8. 斜孔
3. 径向螺孔 6. 矩形槽 9. 退出
1.型面编码描述法 －型面特征用编码形式描述 将主要描述的特征分三类： 1) 零件总体信息：产品代号、图号、批
量、重量、技术要求、热处理、内外表面
数„„ 2) 零件毛坯材料信息：形状、尺寸、精 度；材料品种、牌号、力学性能„„ 3) 零件型面信息：分主形面和辅助形面
通用接口、专用接口、共享数据库 由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识 别的方法补充输入工艺信息 发展基于特征造型的CAD系统是长久之计
Auto CAD 系统
实体 模型
几何/拓 扑特征 识别提 取
输入 工艺 管理 信息
特征 文件
HFUCAPP 系统
专用接口
图5-46 专用接口示例
上把它们和它们所依附的加工表面联系在一起。
（3）目前CAD系统种类繁多，即
使CAPP系统能接收某一种CAD系统输
出的零件信息，也不一定能接收其它 CAD系统输出的零件信息。
2、基于特征拼装的计算机绘图与另件信息的描述与输入方法
这种方法一般是对二维绘图系统而言。这
种CAD系统的绘图基本单元是参数化的几何形状
难，这主要是因为：
（1）一般CAD系统都是以解析几何作为 其绘图基础，其绘图的基本单元是点、线、 面等要素，其输出结果一般是点、线、面以 及它们之间的拓扑关系等底层信息，而要从
这些底层信息中抽取加工表面特征这样一些
高层次的工艺信息非常困难。
（2）在CAD图形文件中，没有诸如公差、 Ra、表面热处理等工艺信息，即使对这些信息 进行了标注，也很难提取出这些信息，更谈不
三、输入信息的分类和组成
1 零件信息的分类 CAPP系统中，从程序设计的角度可将零件输入信息分 为3类： （1）零件表头信息——是每个零件的标识，包括产品 图号、产品名称、零件名称、零件图号、单台件数、单台 重量等； （2）零件整体信息——指一般零件所固有的信息，包 括材料牌号、毛坯类型、热处理、表面处理、最大尺寸 （直径、长度等）、最高精度（尺寸、形位）、零件类族 名称等。 （3）零件形面特征要素——是指零件的各特征形面要 素，以及编码或其综合特征要素和工艺补充信息等。
关键之一：型面单元的设计
I.主型面：常出现的主要型面单元
a.设计主型面单元，分类，编码 b.描述，将零件分区分段，各区段只有一种尺寸、精 度、粗糙度 注: 圆柱面分类：敞开的和封闭的结构
II.辅助型面：附加在主型面上构成零件的表面
a.设计辅助型面单元，分类，编码 b.描述时按一定顺序进行编码
3 与CAD系统相连接
（1）按形面分段依次输入。沿回转轴线方
向，外部形状从左至右，内部形状从右至左，
先外后内，依次输入。
（2）依附于某一主形面要素的辅要素，跟
随其主形面要素之后输入。
（3）直径不同的相邻两圆柱分为2段：直径
相同而精度不同也分为2段。
但并不是所有的CAPP系统都必需输入以上信 息，如待加工表面的几何座标信息只是在进行NC 编程时才采用，因此只有当CAPP与NC编程有集成， 要求时才需输入。 不同的CAPP系统对输入信息的描述和输入详 细程度要求也不同，对于检索式CAPP系统，一般 只要求检索及某另件族的复合工艺，然后通过交 互方式进行修改，所以只需输入零件的GT代码即 可，对于混合式创成式CAPP系统，因为要按决定 规则生成加工路线和加工顺序，选择机床、刀具 和切削参数，并造成工序图，因此要详细地输入 待加工表面的制造特征信息。
零件信息输入
1）成组编码法： 较粗糙，信息输入不完整 多用于只需制定简单工艺路线的场合 只适用于派生式CAPP 系统 2）形面描述法： 零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用 特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系 可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前 CAPP 系统使用最多的信息输入方法 多采用菜单（交互）方式输入，便于操作 输入工作量大是其主要的弱点
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零件信息的输入
首先输入总体信息，存入数据库文件中，然后开始
各特征信息的输入。系统设置了选择特征形面、输入特 征参数、绘制特征图形等子模块，在拼装特征图的同时 存储特征信息。具体步骤是：在已定制好的图标菜单里 选出所需的特征，随即弹出该特征的参数输入对话框人 机交互输入特征参数，图形绘制模块即自动在屏幕上绘 出该特征的图形。若发现有错误，可调用特征参数修改 模块，在数据库中的数据也自动修改。紧接着选第二个 特征，直到选完所有的特征。信息的输入过程见图3。在 输入特征形面要素时。
的是另件由哪些表面或形状特征组成，以及这
些特征的尺寸、公差、Ra等工艺信息。
特征识别法（Featwl Recognition）就是 对CAD的输出结果进行分析，按一定的算法识 别抽取出CAPP系统能识别的基于特征的工艺信 息，这种方法可克服手工输入的种种弊端，实 现另件信息向CAPP、CAM等系统的自动传输， 但实践证明，该方法有局限、不通用、实现困
零件信息描述的目的就是对零件特征信 息的标识，并设计良好的人机界面及数据存储 结构、零件信息的描述与输入是CAPP系统的第 一步，也是关键的一步。
理想方法是从CAD直取信息，如目前的特
征 CAD ，但尚处于发展之中。目前，建立良好
的信息描述输入方法不仅是当前需要，且在相
当是一段时间，仍是用来解决CAPP系统信息输 入的重要手段。
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特征的概念
特征是一个或多个对设计或制造都有意义 的几何形体或实体，它可由某种基本的切削加 工所形成。这样就把零件描述和加工方法对应 起来，使设计特征和制造特征达到了统一。根 据这个定义，在分析曲轴结构特点的基础上， 我们将特征分类如图1所示 。
主特征描述零件基本几何形状的主要外表面 和主要内表面；辅助特征描述零件次要几何形状 以及在功能、结构、工艺特点上存在组合要求的 特征，它依附于主特征。 特征库不是图形库，而是用结构化的程序和 数据库文件形式建立和存放，每个特征形面建立 了一个参数化绘图函数。在进行零件设计时，从 库中调用所需用的各类特征，输入特征参数，按 照相对位置和布尔运算进行拼装，就可生成图形。 对一些特殊的形面，则采用特征描述方法进行参 数化设计。
特征（或表面要素），如圆柱面、圆锥面、倒角
等，而不是通常所用的点、线、面等要素。用这
种系统绘图时，不是一条线一条线地绘制，而是
一个特征一个特征地绘制，类似于用积木拼装形
状各异的图形，所以也叫特征拼装。
在拼装各个特征的同时，即赋予了各个形状特
征的尺寸、公差、Ra等工艺信息，其输出信息也是
以这些形状特征为基础来组织的，CAPP系统能够接 收，这种方法的关键就是建立基于特征的，统一的 CAD/CAPP/CAM零件信息模型，并对特征进行总结分 类，建立便于用户扩充与维护的特征类库。其次就 是要解决特征编辑与图形编辑之间的关系，以及消 隐等技术问题，这种方法在实用化CAPP系统中应用 较多，是一种有前途的方法。
1、特征识别法——设计者在用CAD系统完
成设计后，系统会以一定的格式文件记录设计
结果，最常见的文件有“.dwg”和“.dxf”等， 这些文件所包含的一般是点、线、面以及它们 之间的拓扑关系等底层信息，这些信息能满足 CAD系统进行产品或另件图的绘制，但不能满足
CAPP系统对另件信息的要求。CAPP系统所关心
3、基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法
这种方法与前述方法基本原理和思路基 本相同，只是在三维空间对零件进行特征造 型比二维绘图难度更大，但这是实现3C集成 的一种趋势。目前也有很多应用于曲面造型 和制造的3C集成系统问世，并广泛应用于汽 车、航空航天等领域。
Baidu Nhomakorabea
4、基于产品数据交换规范的产品建模与信息输入方法
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特征信息的表达
特征信息除几何信息外，还应包括工艺信息。特征信息的内容 有：（1）特征标识信息，包括特征名和特征标识号。（2）形状特 征信息，包括特征隐式表示的形状参数，结构参数，位置参数和特 征显式表示的面集，隐式表示更适于参数化的造型设计。（3）尺寸 和公差信息，尺寸包括定形尺寸和定位尺寸，公差包括尺寸公差和 形位公差。（4）表面质量要求信息。特征的数据结构如下： 序号 主特征代码 （<定形尺寸及公差>[表面粗糙度][形状公差][位置公差][定 位尺寸及其它）]） （[{辅特征代码<定形尺寸及公差>[表面粗糙度][形状公 差][位置公差]定位尺寸及其它}) 上面第三行后的表达式说明，若该主特征包含辅特征，则在花 括号中输入辅特征代码及有关信息，否则省略辅特征的输入。尖括 号中为必选参数，方括号中为可选参数。
4.2 零件信息描述的内容
零件信息描述包括两个方面： 几何信息：工程图纸上的图形（形状、尺 寸） 工艺信息 ：毛坯特征，零件材料，加工 精度，表面粗糙度。
工艺信息：毛坯特征，零件材料，加工精 度，表面粗糙度，热处理，表面处理，配合等。 除此还有 生产管理信息：零件件数、生 产批量、节拍等 。
4.3
二、零件信息描述的基本要求
CAPP 系统对零件特征信息的描述有以下基本 要求： （ 1 ）描述直观、明了、容易记忆，非熟练 工艺人员也能操作； （ 2 ）以最少的信息输入量，清晰而准确描 述零件。 （ 3 ）零件信息要足以使 CAPP 系统生成合理 的工艺规程。 （ 4 ）尽可能一开始就考虑到 CAD 、 CAM 等系 统的集成和企业其它部门的应用需求。
外部基本形面菜单
1. 圆柱面 4. 圆锥齿轮 7. 螺纹
2. 圆锥面 5. 蜗轮齿形 8. 滚花
外圆柱面特征参数
3. 圆柱齿轮 6. 花键 9. 退出
1. 2. 3. 4. 5. 6.
直径： 上偏差： 长度： 上偏差： 表面粗糙度（Ra）： 是否基准面： 形位公差代号： 公差： 有无辅助面？ 有 无 外部辅助形面菜单
一、分类法
零件信息描述方法
利用成组技术根据特征属性的异同将零件划分为不同 组别，即为分类法。零件分为回转体和非回转体，再将各 类分为若干及级和组。
零件的分类描述有以下几种方法： （1）编码描述法（零件分类编码系统 ）是用顺序排列 的字符对零件的信息进行标记描述。 （2）特征矩阵描述法 是将零件的特征用矩阵的形 式来描述，适于输入计算机 。 （3）直接从CAD获取相关信息。
第4章 零件信息描述与输入
4.1 CAPP系统输入信息概述
一、另件信息描述输入的目的 工艺设计的目标就是编制零件的详细而合 理的工艺规程，设计的主要依据是产品零件的 设计图，零件图上的信息都是以图形、字母、 数字及各种特征符号来表示，而这些符号不便
于原样地在计算机内部传输，也不便于原样地
被计算机系统接收、识别和处理。
要从根本实现3C集成，最理想的方法是为
产品建立一个完整的、语义一致的产品信息模
型，以满足产品生命周期各阶段对产品信息的 不同需求和保证对产品信息理解的一致性，使 各应用领域（如CAD、CAPP、CAM、CNC、MIS等） 可以直接从该模型抽取所需信息，这模型是用 通用的数据结构规范来实现的。
显然，只要各CAD系统对产品或另件的描 述符合这个数据规范，其输出的信息既包含