前言
随着三维软件的普及应用，设计人员逐渐习惯于采用三维建模的方式进行绘图工作，其效率比二维软件、手工制图提高很多倍，效率不言而喻，同时这就要求下游的工艺设计也要与时俱进，尽量利用上游设计人员产生的三维模型，才是实现工艺设计变革的根本手段。
传统工艺设计手段尽管可以采用CAPP软件进行良好的信息表达，但对于CAD成果的利用有限，尤其是三维CAD的有效利用，其落后极大地制约了企业的产品设计周期，因此当上游实现了面向三维的设计，工艺设计面向三维成为了发展趋势。
而企业不断深化发展的信息化系统和集成平台的搭建，为三维CAPP的平台应用性和集成性也提出了新的要求，三维CAPP的发展方向应是交互可视、集成性高。
传统CAPP存在的问题
传统的工艺编制过程是在分析和处理图样、机床和刀具等大量信息的基础上，进行加工方法、机床、刀具和加工顺序的选择或决策，并计算加工余量、工序尺寸、公差、切削参数、工时定额、绘制工序图和编制工艺文件。其中的核心部分，是工艺人员是否可以将图样当中表现的零件归入经常加工的类，如果可以，就按以往该类的加工方案建立整体的加工路线。
一般来说，80%以上的零件可以归类。还有一部分不能归类的，或者加工经验不多，结构复杂的零件，就需要工艺人员反复思考、设计加工路线、不断改进，最终确定加工路线。在确定了加工路线后，工艺人员逐步细化工艺内容，按工种确定每个工种、每个工步要加工的内容，首先在大脑中确定每个工步要加工要去掉的部分，建立从毛坯到最终零件成形的整个加工过程，这些都是以三维的形式在脑中显现；然后，确定去掉该部分后形成的表面的粗糙度要求、尺寸精度要求和几何精度要求等；有时再说明一些加工方法和注意事项等。把这些内容再以文字、图表等形式反映到纸上，就形成了工艺文件。采用软件对零件进行工艺分析、决策最核心的难点就是确定加工先后要去掉的部分(即加工特征)，确定后再读取加工特征的属性值，就可以作为工艺设计的依据。解决了这一关键问题，三维工艺设计将成为可能。
传统CAPP采用图文表一体化的设计思想，彻底改变了更原始的EXCEL或CAD编辑卡片的方式，提高卡片绘制效率和准确性，当与PDM系统集成应用时也可解决设计数据传递至CAPP卡片的问题，但如企业未实施PDM，则工艺数据和设计数据缺乏关联，产品图纸或模型无法直接利用，另外还容易出现以下问题：
●工艺简图区通常只能手工绘制或取自DWG文件，工作量大且容易出错；
●三维CAD通常作为OLE对象插入CAPP卡片，无法获取模型的信息；
●尺寸信息需手工确认，无法直接从CAD获取；
设计更改后，需手工更新工艺信息；
工艺设计信息无法向CAM传递；
为了解决以上问题，武汉开目信息技术有限责任公司提出的KM3DCAPP-M，是国内首创基于三维CAD模型的加工工艺设计软件，它通过特征识别技术，并结合特征参数化工艺设计，实现三维环境下的零件加工工艺设计及工艺过程可视化。
KM3DCAPP-M系统概述
三维与二维相比是更先进的技术，可以实现更强的功能，是提高质量和效率的基础性技术。三维更适合表达事物的三维变化过程，如机械加工的冷加工，如车、铣、数车、数铣、线切割、电火花成形加工等都是三维的变化过程。用三维的方式来表达这些生产过程，更符合事物的本质规律，更适合表达事物的三维变化过程。在这一过程中，工艺人员能够清楚直观地看到事物的变化过程，能够在三维环境中，更真实地设计加工过程、检验加工过程，而加工人员可以更直观地看到加工过程，更容易理解加工过程。
KM3DCAPP-M完全解决了传统CAPP对三维CAD利用率低，无法实现数据传递的缺点，它使得工艺设计智能化。设计工艺的核心过程是直接使用三维模型为其输入，免除了三维模型转换成二维工程图的步骤，为实现智能化提供了先决条件。同时，通过知识积累，有利于促进形成工艺知识库，将优秀的工艺、典型工艺知识库固化下来。工艺文件的三维化，有利用将零件内在的加工方法和逻辑总结出来，帮助人们提高更多的工作效率。其次，将多年来形成的工艺知识库、优秀的工艺和典型工艺知识库，转化成计算机程序和软件，实现工艺智能化。计算机程序或者软件系统，可以代替人的很多重复性劳动。实现工艺智能化，也可以代替人进行工艺设计，完成重复性高的零件加工过程设计，同时可以生成数控加工程序。
总结起来，该系统在工艺设计流程中具有如下优势：
●系统可自动拾取三维模型的工艺特征（孔、外圆、键槽、中心孔等），免除了传统CAPP需手工拾取的工作，可直观地查看产品模型中包含的制造特征；
●之后基于系统已有工艺知识，拟人化的表达工艺人员工艺决策的过程，根据设计特征的参数值驱动工艺特征，然后自动生成特征工艺，以求实现工艺设计专家化；
●利用工艺加工方案，自动生成毛坯图；
●在可视化环境下，系统与用户交互式定义加工路线、自动生成加工工序图；
●根据工艺过程，自动的生成每道工序下的零件模型图，客观地反应加工过程中毛坯去材成形过程。交互式定义加工基准面、自动进行公差分析和分配；
●自动产生过程卡、工序卡等传统工艺文件；
●根据工艺信息自动产生数控代码。
上述优势为KM3DCAPP-M所独具，对于传统CAPP中设计与工艺数据脱节、卡片自动化程度低等缺点予以改善，是广大工艺人员解放思路、改变编制习惯的有力工具。
KM3DCAPP-M典型应用
下面以某箱体件为例，将KM3DCAPP-M的应用流程做简单描述。
图1 某箱体件
图2 自动拾取特征
特征识别
系统能半自动识别、自动识别所有的特征，包括单特征和组合特征：外圆柱面、越程槽、轴端面、孔、A型键槽、C型键槽、半月型键槽、阶梯孔、平面、轴台阶、外圆锥面、中心孔、外螺纹、内螺纹、倒角、阶梯孔。特征参数可自动识别出来的，每类特征有不同的参数，特征类型可自定义、可扩充、特征识别规则可扩充，特征参数值可修改。
加工步骤自动产生
工艺特征识别出来后逐一调用工艺知识库获得各个工艺特征的加工步骤，特征流程全部根据特征类型自动定位，特征加工方法可自定义。加工步骤可编辑，支持添加、删除步骤，步骤属性内容可修改。
如下图：根据读取的孔特征，通过调用工艺知识库自动产生加工步骤，产生的加工步骤可进行可视化的顺序调整。
图3 自动产生加工步骤
毛坯及加工过程图产生
所有加工表面的加工方法和步骤出来后，根据各表面的加工余量可以产生零件的毛坯。另外系统有多种工序编排的方式。根据生工序加工图，存放在工序的简图属性中，在GXK文件的工序卡中可显示。
图4 特征加工方法建库工具界面
图5 加工过程演进图
工艺数据输出
工艺设计结果可输出为GXK或XML文件格式，方便与其它系统的集成。
图6 加工过程演进图
结束语
三维工艺方面的应用，国内已经处于起步阶段，国外的三维工艺现在以交互式为主，即工艺人员或数控编程人员指定具体加工部位，计算机会自动选择加工方式、刀具和参数，自动生成刀具轨迹。其中，指定具体加工部位是效率最低的部分，很多情况下很难直接选出具体的加工部位，甚至无法选出想要加工的部位，这使得数控编程人员的效率较低。因此，如何能使计算机识别出具体的加工部位(即加工特征)就成了CAPP进一步发展的关键，KM3DCAPP-M的核心和设计思想就是如何将设计模型转变为加工特征模型，使以上问题得以解决。
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本文标题：基于三维CAD模型的加工工艺设计软件浅析
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