1 何謂特征加工

    在三維CAD環(huán)境下，我們已經(jīng)習(xí)慣了所謂的特征造型。利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃略等方法獲得實(shí)體模型，而且可以通過(guò)“布爾運(yùn)算”完成針對(duì)實(shí)體模型的加減運(yùn)算。在CAD環(huán)境下，通過(guò)特征造型的方式，不僅獲得了三維模型，更有意義的是通過(guò)對(duì)特征的賦值過(guò)程，在三維模型中，可設(shè)置與三維模型相關(guān)的全部幾何參數(shù)。

    一般情況下，在CAM環(huán)境中的編程操作主要有兩部分內(nèi)容組成，一方面根據(jù)加工工藝內(nèi)容的要求，選擇CAH軟件提供的加工方法生成，刀具路徑，通過(guò)對(duì)加工方法中的參數(shù)設(shè)置獲得合理的刀具路徑形狀和樣式；另一方面，選擇加工對(duì)象和輸入零件模型相關(guān)的幾何參數(shù)，保證生成的刀具路徑符合零件幾何形狀的要求。特征加工可以直接利用CAD造型過(guò)程中設(shè)置的模型特征參數(shù)，不僅減少了加工對(duì)象和參數(shù)的輸入，而且可以以模型特征為紐帶，將cad/cam系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。這種以實(shí)體模型的幾何特征為加工對(duì)象，以特征參數(shù)為加工依據(jù)的編程方式，即為特征加工，也常稱(chēng)為實(shí)體加工。

    實(shí)體加工并不是簡(jiǎn)單的以實(shí)體模型為加工對(duì)象，而是要能識(shí)別出實(shí)體模型的特征及其參數(shù)，然后以特征為依據(jù)，貫穿于整個(gè)加工過(guò)程，包括特征識(shí)別、加工方法的選擇、加工過(guò)程中特征參數(shù)的輸入、特征的修改與刀具路徑的更新等內(nèi)容，甚至可以有更多的自動(dòng)加工選項(xiàng)。

圖1 EdgeCAM自動(dòng)識(shí)別出來(lái)的多種2D/3D型腔特征和外形特征

2 特征加工的應(yīng)用

    在EdgeCAM中，特征加工一般分為如下幾個(gè)步驟：識(shí)別特征；針對(duì)特征選擇加工方法；設(shè)置加工參數(shù)；動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。在EdgeCAM中，有自動(dòng)識(shí)別特征的功能。無(wú)論是銑削特征還是車(chē)削特征，都可以自動(dòng)識(shí)別。識(shí)別出來(lái)的特征按類(lèi)型自動(dòng)分組，相同的特征可以同時(shí)選中并一次加工。識(shí)別出來(lái)的特征包括特征的幾何參數(shù)、顏色以及層等信息(特征參數(shù)可以修改編輯)。針對(duì)選出來(lái)的實(shí)體模型特征，選擇加工方法，以獲得合理的刀具路徑。在這個(gè)過(guò)程中，有兩部分參數(shù)需要輸入。一個(gè)是控制刀具路徑樣式的參數(shù)，如期望的刀具路徑是逆銑還是順銑、刀具路徑的步距角度等；另一個(gè)是與模型相關(guān)的幾何參數(shù)，如型腔深度、形狀位置等。在參數(shù)輸入的過(guò)程中，與模型相關(guān)的幾何參數(shù)在默認(rèn)的情況下，來(lái)源于實(shí)體模型的特征參數(shù)，并可以自動(dòng)加載。因此在編程過(guò)程中，只需要關(guān)注控制刀具路徑樣式的參數(shù)即可。不僅減少了編程中的數(shù)據(jù)輸入，而且生成的刀具路徑可以根據(jù)特征的更改自動(dòng)更新。這為實(shí)現(xiàn)智能編程提供了一個(gè)解決問(wèn)題的思路。

3 快捷的特征加工

    前面我們對(duì)特征加工進(jìn)行了一些闡述，在針對(duì)特征作加工的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)更多的自動(dòng)化。下面我們來(lái)看看如何快捷地完成一個(gè)特征加工過(guò)程。首先，我們先來(lái)了解一下EdgeCAM提供的一個(gè)定制自動(dòng)化加工策略的工具-“策略管理器”。然后，通過(guò)應(yīng)用加工策略的過(guò)程，更加深入地了解特征加工的優(yōu)勢(shì)。

    策略管理器是一個(gè)用來(lái)定制加工策略的工具，通過(guò)策略管理器定制的加工策略類(lèi)似于一個(gè)加工方法，可以直接應(yīng)用在查找出來(lái)的實(shí)體模型的特征上，一個(gè)完整的加工策略可以使加工過(guò)程完全自動(dòng)化。加工策略的定制過(guò)程就是把典型的特征加工過(guò)程復(fù)制出來(lái)，作為一個(gè)流程的節(jié)點(diǎn)。在策略管理器中，將這些節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，組成一個(gè)完整的加工流程，并保存下來(lái)，在需要的時(shí)候，可以直接應(yīng)用。

    首先，來(lái)了解一下在策略管理工具中，定制的加工策略的格式。加工策略實(shí)質(zhì)上是一個(gè)流程圖，這個(gè)流程圖在開(kāi)始節(jié)點(diǎn)(Star節(jié)點(diǎn))和終止節(jié)點(diǎn)(End節(jié)點(diǎn))之間、由一些判斷節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和組節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。還可以將多個(gè)節(jié)點(diǎn)定義成一個(gè)組節(jié)點(diǎn)，通過(guò)組節(jié)點(diǎn)，可以將些已經(jīng)訂制好的策略或流程嵌套在主流程或其他策略下。嵌套的次數(shù)不受限制。

    每個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，可以通過(guò)將EdgeCAM環(huán)境下制定的加工過(guò)程復(fù)制出來(lái)，其內(nèi)容可以是一個(gè)完整的工序內(nèi)容，也可以是其中的一個(gè)步驟，如圖2所示。

圖2 加工策略示意

    例如，這里將鉆孔的步驟輸出為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，如圖3所示。 

 
圖3“鉆孔”組節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容

    輸出后，粘貼在策略管理器中，構(gòu)成一個(gè)進(jìn)程。這些進(jìn)程可以拖拽到流程圖中，成為一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。例如這里將前面的鉆孔過(guò)程復(fù)制到策略管理器中后，命名為“鉆孔”進(jìn)程。如圖4、圖5所示。

 
圖4 策略輸出對(duì)話(huà)框

圖5 輸出結(jié)果

    在這里可以看到，進(jìn)程中使用的與孔相關(guān)的幾何參數(shù)值，如加工深度、基準(zhǔn)平面等都是等采用了特征參數(shù)。如果特征參數(shù)被修改，這里的值也相應(yīng)地發(fā)生變化。進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)數(shù)等，使用的是固定值(也可以自定義成參數(shù)，使用專(zhuān)家系統(tǒng)提供數(shù)值)。

    該進(jìn)程被拖拽到流程圖中，就是在圖5中我們看到的“鉆孔”數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。如果被加工的對(duì)象中有孔特征，并且需要進(jìn)行鉆孔操作，那么鉆孔的加工過(guò)程，就將按照進(jìn)程中設(shè)定的參數(shù)來(lái)完成。圖6是一個(gè)已經(jīng)訂制好的關(guān)于孔加工的一個(gè)完整策略。應(yīng)用策略的過(guò)程非常簡(jiǎn)單，只要針對(duì)需要加工的特征、應(yīng)用策略即可。  

圖6 完整的孔加工策略

    從圖6可以看到，制定的加工策略中有對(duì)特征進(jìn)行判斷的功能，因此這里可以選中所有的特征來(lái)應(yīng)用這個(gè)加工策略。對(duì)于非孔類(lèi)特征(如這里的型腔和外形特征)，不適合處理，直接轉(zhuǎn)到終止節(jié)點(diǎn)(End)結(jié)束流程；如果是孔特征，則按照?qǐng)D2流程中設(shè)定的過(guò)程進(jìn)行處理。流程運(yùn)行結(jié)束即可得到刀具路徑。

    一個(gè)策略的應(yīng)用不受零件類(lèi)型和形狀的限制，只要有此類(lèi)特征需要加工的零件，都可以應(yīng)用已經(jīng)定制好的加工策略。在這里我們看到的是孔加工中的一個(gè)樣例，實(shí)際上，我們還可以針對(duì)型腔、外形、曲面等多類(lèi)特征，定義完整的加工策略。這樣，傳統(tǒng)的編程過(guò)程將被簡(jiǎn)化為應(yīng)用加工策略的過(guò)程，加工的工藝參數(shù)可以在流程中設(shè)定，模型的幾何參數(shù)取決于特征參數(shù)。這樣就可以徹底實(shí)現(xiàn)編程過(guò)程的自動(dòng)化了。

4 特征加工的未來(lái)

    針對(duì)特征加工可以實(shí)現(xiàn)很多的自動(dòng)加工選項(xiàng)，甚至是自動(dòng)編程，但是實(shí)現(xiàn)這些功能有一個(gè)前提，就是模型數(shù)據(jù)的完整性。只有在保證數(shù)據(jù)完整的前提下，通過(guò)對(duì)實(shí)體模型特征的自動(dòng)識(shí)別，才能實(shí)現(xiàn)真正的特征加工。在EdgeCAM中，我們已經(jīng)感受到了一些趨勢(shì)和方向。本文提到的特征加工是實(shí)現(xiàn)智能編程的一種手段，是當(dāng)前智能編程的一個(gè)發(fā)展方向。