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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)加工系統(tǒng)由CAD、數(shù)據(jù)接口、 CAPP三個(gè)子系統(tǒng)組成。鈑金CAD子系統(tǒng)基于通用繪圖軟件AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；CAD/CAPP數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)CAD子系統(tǒng)的圖形信息進(jìn)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(duì)信息聯(lián)機(jī)傳遞、實(shí)時(shí)處理。

圖1　系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖

1　鈑金產(chǎn)品圖形數(shù)據(jù)特點(diǎn)

　　鈑金產(chǎn)品CAD子系統(tǒng)是基于參數(shù)化思想而設(shè)計(jì)的。只要輸入幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成鈑金零件的三維視圖和展開(kāi)圖。展開(kāi)圖是一個(gè)二維圖形，CAD/CAPP數(shù)據(jù)接口對(duì)展開(kāi)圖的*.DXF命令組文件進(jìn)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(jì)方案

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

　　1） 展開(kāi)圖二維圖形由直線、圓弧、圓組成，所有幾何特征均在一個(gè)平面上。（二次、三次曲線均由圓弧或直線插補(bǔ)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(jī)床保證。

　　CAD系統(tǒng)的信息模型是幾何學(xué)模型、線架模型、面架模型及體素造型，對(duì)于公差和技術(shù)要求是按標(biāo)注信息進(jìn)行處理。CAPP系統(tǒng)要求的是工藝特征和制造信息， 而不是點(diǎn)、線、面的幾何特征。并且由于鈑金產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工的自身特點(diǎn)，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(wèn)題。

　　^. 存在大量非加工信息

　　鈑金展開(kāi)系統(tǒng)是在AutoCAD軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，從CAD子系統(tǒng)傳過(guò)來(lái)的*.DXF命令組文件包含了標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，容易產(chǎn)生加工環(huán)不清晰，生成錯(cuò)誤的NC操作指令。

　　^. 幾何交點(diǎn)不重合

　　由于*.DXF文件中的幾何點(diǎn)信息是CAD圖形通過(guò)內(nèi)部計(jì)算而獲得的，許多圖形元素的幾何交點(diǎn)實(shí)際上是兩個(gè)點(diǎn)。盡管兩點(diǎn)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(jìn)行自動(dòng)工藝編程。

　　^. 無(wú)序的拓?fù)潢P(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(chǔ)，因而不能保證組成零件圖形的各圖形元素之間的拓?fù)潢P(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?fù)潢P(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(duì)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(kāi)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(duì)組環(huán)實(shí)體進(jìn)行分析計(jì)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(shí)體寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件中。

2　解決方法

2.1　把問(wèn)題消滅在CAD子系統(tǒng)內(nèi)

　　在CAD子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)考慮CAPP的要求。

2.2　建立獨(dú)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，暫不考慮CAPP子系統(tǒng)的要求。對(duì)于CAPP子系統(tǒng)，做一個(gè)數(shù)據(jù)接口軟件，其任務(wù)是對(duì)零件展開(kāi)圖的*.DXF文件做進(jìn)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(shuō)明）；修正消除幾何不重合點(diǎn)，建立拓?fù)潢P(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(jì)思想及算法實(shí)現(xiàn)

　　在鈑金產(chǎn)品CAD子系統(tǒng)中，零件展開(kāi)圖先用AutoCAD的EXPLODE命令將圖形打碎，再生成相應(yīng)的*.DXF文件。只從*.DXF中提取與工件廓形數(shù)據(jù)有關(guān)的實(shí)體段信息(CIRCLE、LINE、ARC)到程序中；進(jìn)行分析計(jì)算找出圖形信息中外輪廓上一點(diǎn)，依據(jù)此點(diǎn)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(gè)獨(dú)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(jiǎn)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(diǎn)(板材均勻性)，因此可以簡(jiǎn)單按二維圖形處理。而且，無(wú)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(gè)整圓)。

　　建立

　class ARC:public CIRCLE,public LINE

　{

　int Direct;

　};

　　其中，類(lèi)ARC是類(lèi)CIRCLE、LINE的子類(lèi)。

　　類(lèi)CIRCLE、LINE中的成員：Center代表圓心坐標(biāo)；Radius表示半徑；Start，End分別為直線或圓弧的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)坐標(biāo)；Direct是ARC中獨(dú)有的成員，它標(biāo)示圓弧的方向：沿順時(shí)針?lè)较虻扔?1，圓弧沿逆時(shí)針?lè)较虻扔?1。

3.2　幾何信息提取模塊

　　圖形實(shí)體經(jīng)打碎后成為“LINE”、“ARC”、“CIRCLE”三種類(lèi)型(經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)V13.0圖形實(shí)體打碎到最后均為L(zhǎng)INE、ARC、 CIRCLE，如Fit擬合的Pline解碎后為Arc，Spline擬合的Pline解碎后為L(zhǎng)ine等)。因此程序的核心以ARC、LINE、 CIRCLE為對(duì)象。程序從*.DXF文件的實(shí)體段(ENTITIES)中調(diào)用一個(gè)實(shí)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(duì)于直線，可用10和11組碼提取其起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)。

3.3　組環(huán)算法

　　每一個(gè)class中都有一個(gè)Distant()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)用于尋找每一個(gè)實(shí)體上距原點(diǎn)距離最大點(diǎn)。比較所有實(shí)體的Distant()函數(shù)值，從中找出距原點(diǎn)距離最大點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)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(shí)體N1為基準(zhǔn)組環(huán)S0(外輪廓加工環(huán))。以N1起始點(diǎn)為環(huán)S0的起點(diǎn)，以N1終止點(diǎn)為環(huán)的下一個(gè)實(shí)體的起始點(diǎn)。

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

　　在余下未組環(huán)的實(shí)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(shí)體ARC、LINE均組入各環(huán)中。

　　讀取余下的實(shí)體CIRCLE作為內(nèi)環(huán)。

3.4　數(shù)據(jù)輸出模塊

　　在輸出時(shí)判斷環(huán)的走向。對(duì)于三個(gè)實(shí)體組成的環(huán)，直接兩實(shí)體叉乘，運(yùn)用右手定則判斷環(huán)的走向；對(duì)于一般實(shí)體環(huán)尋找環(huán)內(nèi)點(diǎn)，引直線進(jìn)行叉乘計(jì)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(shí)際上是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)別的數(shù)據(jù)格式，實(shí)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(tái)的二次開(kāi)發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了鈑金產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、自動(dòng)化，縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。