板材柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)接口技術(shù)

鈑金產(chǎn)品計算機輔助設(shè)計加工系統(tǒng)由CAD、數(shù)據(jù)接口、 CAPP三個子系統(tǒng)組成。鈑金CAD子系統(tǒng)基于通用繪圖軟件AutoCAD進行二次開發(fā)；CAD/CAPP數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)通過對CAD子系統(tǒng)的圖形信息進行分析處理后，傳輸給CAPP子系統(tǒng)完成CAD/CAPP的內(nèi)部數(shù)據(jù)連接，對信息聯(lián)機傳遞、實時處理。

圖1　系統(tǒng)組成簡圖

1　鈑金產(chǎn)品圖形數(shù)據(jù)特點

　　鈑金產(chǎn)品CAD子系統(tǒng)是基于參數(shù)化思想而設(shè)計的。只要輸入幾個關(guān)鍵的參數(shù)，系統(tǒng)自動生成鈑金零件的三維視圖和展開圖。展開圖是一個二維圖形，CAD/CAPP數(shù)據(jù)接口對展開圖的*.DXF命令組文件進行處理，傳遞信息到CAPP子系統(tǒng)用于滿足板件的沖裁下料。

圖2　鈑金件設(shè)計方案

　　鈑金產(chǎn)品的設(shè)計和加工有其自身的結(jié)構(gòu)、材料和工藝特點。

　　1） 展開圖二維圖形由直線、圓弧、圓組成，所有幾何特征均在一個平面上。（二次、三次曲線均由圓弧或直線插補構(gòu)成）。

　　2） 落料加工的所有工藝特征，如粗糙度、定位精度、直線度等均由NC機床保證。

　　CAD系統(tǒng)的信息模型是幾何學模型、線架模型、面架模型及體素造型，對于公差和技術(shù)要求是按標注信息進行處理。CAPP系統(tǒng)要求的是工藝特征和制造信息， 而不是點、線、面的幾何特征。并且由于鈑金產(chǎn)品設(shè)計加工的自身特點，以*.DXF文件作為數(shù)據(jù)文件直接作為CAPP子系統(tǒng)的輸入信息存在許多問題。

　　^. 存在大量非加工信息

　　鈑金展開系統(tǒng)是在AutoCAD軟件環(huán)境下開發(fā)的，從CAD子系統(tǒng)傳過來的*.DXF命令組文件包含了標準零件圖的所有信息，其中包括尺寸線、輔助線等非加工信息；使得操作CAPP子系統(tǒng)時，容易產(chǎn)生加工環(huán)不清晰，生成錯誤的NC操作指令。

　　^. 幾何交點不重合

　　由于*.DXF文件中的幾何點信息是CAD圖形通過內(nèi)部計算而獲得的，許多圖形元素的幾何交點實際上是兩個點。盡管兩點之間的誤差很小，不影響加工精度，但是這樣的圖形數(shù)據(jù)不能用于CAPP子系統(tǒng)進行自動工藝編程。

　　^. 無序的拓撲關(guān)系

　　由于在*.DXF文件中，圖形相關(guān)數(shù)據(jù)按CAD子系統(tǒng)在AutoCAD圖形界面生成圖形元素的先后順序而存儲，因而不能保證組成零件圖形的各圖形元素之間的拓撲關(guān)系是否具有精確的邏輯關(guān)系。如不能保證閉環(huán)，更不能保證組成環(huán)的各圖形元素之間的拓撲關(guān)系。這樣的圖形是不能用于數(shù)控加工的。

　　^. 缺少方向判定

　　對于旋轉(zhuǎn)沖床的工藝編程必須確定沖頭的加工走向，以便加工出內(nèi)輪廓或外輪廓。而展開圖的*.DXF文件包含的有關(guān)輪廓信息不能確定環(huán)的走向，須對組環(huán)實體進行分析計算，根據(jù)數(shù)據(jù)文件輸出要求的加工走向，依序?qū)�環(huán)中實體寫入數(shù)據(jù)文件中。

2　解決方法

2.1　把問題消滅在CAD子系統(tǒng)內(nèi)

　　在CAD子系統(tǒng)總體設(shè)計時考慮CAPP的要求。

2.2　建立獨立的數(shù)據(jù)接口

　　該方法的思想是在CAD子系統(tǒng)中充分利用AutoCAD的開發(fā)平臺，暫不考慮CAPP子系統(tǒng)的要求。對于CAPP子系統(tǒng)，做一個數(shù)據(jù)接口軟件，其任務是對零件展開圖的*.DXF文件做進一步處理，內(nèi)容包括：剔除非加工信息（包括不必要的工藝信息和技術(shù)說明）；修正消除幾何不重合點，建立拓撲關(guān)系，找出加工環(huán)；按照事先約定指出加工環(huán)走向。

3　設(shè)計思想及算法實現(xiàn)

　　在鈑金產(chǎn)品CAD子系統(tǒng)中，零件展開圖先用AutoCAD的EXPLODE命令將圖形打碎，再生成相應的*.DXF文件。只從*.DXF中提取與工件廓形數(shù)據(jù)有關(guān)的實體段信息(CIRCLE、LINE、ARC)到程序中；進行分析計算找出圖形信息中外輪廓上一點，依據(jù)此點找出外輪廓加工環(huán)；在余下的圖形信息中尋找其余的內(nèi)輪廓加工環(huán)(CIRCLE作為一個獨立的加工環(huán))；判斷環(huán)向，并將加工環(huán)所含圖形信息依環(huán)向?qū)懭霐?shù)據(jù)輸出文件中。

圖3　流程簡圖

3.1　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用雙向鏈表結(jié)構(gòu)。由于鈑金加工特點(板材均勻性)，因此可以簡單按二維圖形處理。而且，無論是沖孔還是落料，其輪廓都構(gòu)成閉環(huán),它是由直線或圓弧首尾相連構(gòu)成的圖形(或是一個整圓)。

　　建立

　class ARC:public CIRCLE,public LINE

　{

　int Direct;

　};

　　其中，類ARC是類CIRCLE、LINE的子類。

　　類CIRCLE、LINE中的成員：Center代表圓心坐標；Radius表示半徑；Start，End分別為直線或圓弧的起始點和終止點坐標；Direct是ARC中獨有的成員，它標示圓弧的方向：沿順時針方向等于+1，圓弧沿逆時針方向等于-1。

3.2　幾何信息提取模塊

　　圖形實體經(jīng)打碎后成為“LINE”、“ARC”、“CIRCLE”三種類型(經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對V13.0圖形實體打碎到最后均為LINE、ARC、 CIRCLE，如Fit擬合的Pline解碎后為Arc，Spline擬合的Pline解碎后為Line等)。因此程序的核心以ARC、LINE、 CIRCLE為對象。程序從*.DXF文件的實體段(ENTITIES)中調(diào)用一個實體，判斷其是LINE還是ARC或CIRCLE，分流后按其組碼提取幾何信息。

　　例如：對于直線，可用10和11組碼提取其起點、終點坐標。

3.3　組環(huán)算法

　　每一個class中都有一個Distant()函數(shù)，這個函數(shù)用于尋找每一個實體上距原點距離最大點。比較所有實體的Distant()函數(shù)值，從中找出距原點距離最大點，該點對應的實體N1必在外輪廓上。

　　如果N1為圓，則此零件外加工環(huán)S0即此圓。

　　如果N1為直線或圓弧，則以實體N1為基準組環(huán)S0(外輪廓加工環(huán))。以N1起始點為環(huán)S0的起點，以N1終止點為環(huán)的下一個實體的起始點。

　　搜索其余實體(只考慮直線和圓弧)的起止點，尋找近似重合點(當點與點之差距小于某個很小的整數(shù)ε，認為是重合點，并作幾何交點嚙合)作為相鄰兩基本圖形實體的交點。該點所在實體作為環(huán)的第二鏈，繼續(xù)在余下的實體ARC和LINE中尋找環(huán)的下一鏈，并判斷鏈中的終止點是否與環(huán)的起點近似重合。不重合重復此過程，否則外輪廓環(huán)S0組環(huán)結(jié)束。

　　在余下未組環(huán)的實體ARC、LINE中繼續(xù)組環(huán)S1、S2、S3、S4…(均為內(nèi)輪廓環(huán)，組環(huán)方法同上)。直至所有實體ARC、LINE均組入各環(huán)中。

　　讀取余下的實體CIRCLE作為內(nèi)環(huán)。

3.4　數(shù)據(jù)輸出模塊

　　在輸出時判斷環(huán)的走向。對于三個實體組成的環(huán)，直接兩實體叉乘，運用右手定則判斷環(huán)的走向；對于一般實體環(huán)尋找環(huán)內(nèi)點，引直線進行叉乘計算判斷環(huán)向，再按照約定格式輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)文件中，并將數(shù)據(jù)文件傳送到CAPP子系統(tǒng)。

　　CAD/CAPP集成實際上是結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊與加工工藝模塊的結(jié)合。CAD/CAPP數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)將CAD模塊輸出的圖形信息轉(zhuǎn)換成CAPP可以接收識別的數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)了CAD和CAPP之間信息的提取、交換、共享和處理。鈑金產(chǎn)品CAD/CAPP數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)的建立，使系統(tǒng)更充分利用 AutoCAD平臺的二次開發(fā)功能，實現(xiàn)了鈑金產(chǎn)品設(shè)計制造的參數(shù)化、標準化、系列化、自動化，縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。