1 前言

　　随着市场经济的发展,竞争日益激烈,要求企业以更短的时间提供多品种、小批量的产品.能否满足这种要求已经成为现代化企业能否生存和发展的关键.目前,在企业中,各个职能部门使用不同的cAx系统产生产品信息.不同系统产生的产品信息之间缺乏很好的集成,形成-个个"信息孤岛",无法高效利用它们.这种现状在纺织企业中尤为明显,一直没有完全解决.

　　某纺织机械有限公司生产没计与制造主要采用二维图、三维图设计(solidworks,Pro/E),而机加工数控编程基本采用的是手工编程方法,无法实现从生产部门直接导入数据流.由于此方法效率低、兼容性差,限制了新产品开发速度和数控加工机床柔性加工能力的发挥.虽然该厂的CAD/CAM三维软件SolidWorks,Pro/E已经在产品设计工作中采用,数据流能从生产设计部门的PDM传到CAPP,由于设计部门和生产部门的标准不一,导致整体无法集成.同时CAPP与CAM的流通渠道也并未打通,更谈不上与加工中心集成.

　　各加工中心由于均以独立的系统运行,没有充分发挥各自优势.因此如何将其有机地结合在一起,达到制造资源的合理配置和优化,提高生产效率、保证产品质量和降低成本的问题被提了出来,于是实现CAD/CAM一体化就成为主攻问题,也是迫切需要解决的问题.

　　通常所说的3C集成实际上是指设计与制造过程中的CAD、CAPP和CAM三个环节的软件集成.在3C集成过程中,CAPP是连接CAD与CAM的桥梁和纽带,同时计算机数控(CNC)技术是CAD/CAM的重要组成部分,与传统的NC相比,CNC装置最大的特点是它的多功能性,它通过用扩展控制软件的方法扩充了整个系统的功能.目前,许多著名的CAD/CAM商品软件,如Pro/ENGlNEER、Solidworks、UG等在几何造型、分析计算和数据管理等有很强的功能,也具备NC编程的功能,但是在CAPP方面,这些CAD/CAM软件需要NC编程人员根据CAD图形进行繁琐的人机交互操作,选择零件的加工方法、加工对象、刀具参数、切削用量和确定加工顺序等,才能形成零件加工的刀位文件,再经过后置处理,最后转换成NC程序.

　　与此同时,NC程序管理的缺乏使CAD,CAM不能提供长期的NC程序维护与管理,使得已有NC程序的继承性差、利用率低.因此,研究和实现3C的集成对于简化人机交互操作具有十分重要的意义.

　　2 PDM的CAD/CAPP/CAM集成开发

　　PDM作为CAD/CAPP/CAM集成平台,-方面要为CAD/CAPP/CAM系统提供数据管理与协同工作的环境,同时还要为CAD,CAPP/CAM的运行提供支持.CAD系统产生的=位图纸、三维模型、零部件的基本属性、产品明细表、产品零部件之间的装配关系、产品数据版本及状态等,需要交由PDM系统来管理,而CAD系统也也需要从PDM系统中获取设计任务书、技术参数、原有零部件图纸、资料以及更改要求等信息.

　　CAPP系统产生的工艺信息,如工艺路线、工序、工步、工装夹具要求以及对设计的修改意见等,交由PDM进行管理,而CAPP也需要从PDM系统中获取产品模型信息、原材料信息、设备资源信息.CAM则将其产生的刀位文件、NC代码交由PDM管理,同时从PDM系统获取产品模型信息、工艺信息等闭.CAD,CAPP,CAM集成,要求数控加工程序的生成是以CAPP的工艺设计结果和CAD的零件信息为依据,自动生成具有标准格式的刀位文件(Cutting Locatjon)文件,然后经过适当的后置处理,将刀位文件转换成NC加工程序,并且该NC加工程序应该是针对不同的数控机床和不同的数控系统的.

　　CAD/cAPP/CAM集成开发的系统框架,通过对CAD系统设计出的零件,按照CAPP系统输出的加工工艺路线(或工艺规程),经过建立加工仿真模型,进行刀位轨迹规划,对刀位轨迹进行加工仿真,最后通过后置处理,生成针对具体机床的数控加工代码,并将输出的结果存储到PDM系统中.所以,可将系统分为体系结构中的几个功能模块,如图1所示.

　　图1. 基于PDM的CAD/CAPP/CAM系统集成框图

　　基于PDM的系统集成是指将企业正在使用的各种应用软件及生产的数据文件通过应用接口、封装以及二次开发等多种形式,纳入到PDM框架系统中,将PDM系统作为存储与传递信息的平台,并使与产品有关的整个信息流在系统内畅通无阻,得以共享.具体地讲,在CAD过程建模模块中,完成零件结构的设计工作,加入属性信息,并生成设计BOM,同时生成标准化的数据结构(如生成SETP文件),并经过接口进行数据转换,以关系表的形式将设计信息存储到PDM系统中.

　　在CAPP模块中,CAPP从PDM系统中提取零件的特征信息,采用派生法或创成法,完成零件的工艺设计,并将得到的加工工艺规程,生成数控编程所需的数据,并按一定的标准转换成相应的中性文件,以关系表的形式存储到PDM系统中.

　　在CAM模块中,从PDM系统中提取CAD、CAPP所提供的信息,通过Pro/NC的各种接口函数,将提取的工艺信息自动输入到Pro/NC的加工模块中,在Pro/NC的装配模块中建立加工设备模型、毛坯模型、夹具模型和刀具模型的基础上,构建虚拟加工环境,自动完成加工过程仿真,检查加工过程中的碰撞干涉,提出修改意见.在加工过程仿真无误之后,输出刀位文件,同时在网络数据库中读取每个工序的机床名称,通过利用针对该机床的配置文件,将刀位文件转换成适合该机床的NC代码.

　　3 CAM系统关键集成技术及其实现

　　CAM系统的NC程序生成与管理是产品并行设计中开发NC程序的核心部分,其开发的基本思路是在产品开发的工艺设计阶段就考虑NC程序,将NC程序与产品的工艺文件有机的结合起来.实现产品设计与NC程序编制活动的协调.PDM作为设计和生产产品的数据平台,它与CAM系统的体系结构,如图2所示.

　　图2. 基于PDM的CAM系统体系结构图

　　CAM系统关键技术由数控工艺自动生成、刀位数据自动生成、数控程序自动生成、数控加工仿真和数据传输模块组成,最终形成数控系统可识别的、能够直接用于数控加工的数控程序文件.

　　(1)数控工艺自动生成根据CAD系统提供的相关数据,该模块完成零件数控加工工艺的各项任务,包括自动或交互地对各特征进行加工方法选择、机床选择、夹具选择、刀具选择、量具选择、切削参数选择、装夹方案选择以及加工余量分配及工序尺寸的自动求解等,并向刀位数据自动生成模块、数控程序自动生成模块和数控加工仿真模块提供工艺数据.

　　(2)刀位数据自动生成刀位数据包括刀具中心轨迹和相应的刀具姿态数据.刀位数据自动生成模块根据CAD系统生成的几何特征数据和数控工艺自动生成模块提供的工艺数据,经过计算生成刀具中心轨迹和相应的刀具姿态数据.

　　(3)数控程序自动生成根据所用数控机床和数控装置的具体条件,利用工艺数据和辅助信息,对刀位数据进行处理,按照具体的数控系统所要求的指令和程序格式,自动地输出零件加工程序数据,送数控加工仿真或直接传送给数控系统进行加工.

　　(4)数控加工仿真利用系统生成的NC代码,对数控加工过程进行三维图形仿真,同时利用数控机床的经验数据,预测加工误差.判断利用NC程序是否能够满足加工要求.如果不能满足要求,就需要对原NC程序进行修正,并重新进行数控加工仿真,直到达到要求为止.

　　(5)数据传输模块通过数控系统的通讯接口,CAM系统的数据传输模块将经过数控加工仿真的数控程序传人机床数控系统,进行加工.生成最终产品.

　　针对某纺机有限公司的实际情况,我们利用PRO/E软件所提供(POSTROCESSNIG)软件包,将不同厂家、不同功能的数控机床(如车,铣,磨,线切割等)按照软件要求,完成数控机床各种参数定制.如定制属于哪种控制系统,GM代码形式,自动换刀要求,固定循环参数定义等等.通过软件我们完成了对刀轨文件(*.CLS)的翻译程序编程.运行该程序可得到最终可执行的NC数控程序.通过COM接口完成数据申行通讯,或通过LPT实现并行通讯.逐位顺序传送到各个加工中心,完成CAM加工.

　　4 系统集成的接口及标准化技术

　　4.1 数据交换的接口技术

　　纺织机械企业在CAD/CAPP/CAM系统集成中,产品数据的存储、维护和传输是非常重要的一环,要求产品数据管理系统以一种安全的电子文本形式存储产品及设计信息并保证对信息访问的安全性.要建立零件的加工模型,以及实现系统新增的功能,就必须实现信息集成,这就涉及不同系统间、不同功能模块间的数据交换.通过使用Pro/ENGINEER的开发工具Pro/Toolkit编写应用程序,建立数据交换的接口函数,将用户从PDM系统中获取的各种有关零件的设计信息和工艺信息传递到Pro/ENGINEER系统的统一数据库中进行管理,实现用户与系统的信息交换.所以,这些数据交换的接口函数创建工作非常重要,它直接关系到整个CAPP/CAM系统集成的成败.

　　目前,几种通用的接口有:(1)DXF:是一种专门格式的ASCⅡ码文件,它具有可读性好,易于被其他程序处理的特点.大部分的CAD系统都有它的接口,它是最常用的转换格式之一.(2)IGES:是由波因公司和通用公司技术委员会写出的.它规定了文件结构的格式、语言格式以及这些格式所表示的几何的、拓扑的、非几何的产品定义数据.(3)STEP:是国际标准化组织下面一个分委员会CS4所制定的国际统一的CAD数据交换标准.它覆盖了产品整个生命周期中的应用而全面定义的产品所有数据元素.一般在纺织企业中,用到CAD系统多样化设计,故优先采用STEP接口技术.

　　4.2 信息集成标准化技术

　　在CAD/CAPP/CAM系统集成中,标准化问题几乎成了信息交互系统最重要的问题.信息技术的应用的标准化问题解决不好,信息将无法识别和传输,整个信息系统将处于混乱,无法运行正常.信息技术应用的标准化是实现信息生成、集成、交换和共享的基础,是实现设计、制造数字化制造标准、信息分类与代码标准、产品数据管理标准、协同工作环境相关标准等.这些标准的制定主要用于支持工作数字化;型号研制的协同设计;设计制造一体化;异地协同设计制造;企业资源管理;内部资源信息互通、共享等.其中,CAD,cAPP,CAM系统集成主要涉及通用基础标准和数字化样机设计、制造标准.围绕CAD/CAPP,CAM系统集成的战略目标,应重点在产品数字化设计与制造、信息分类与编码等领域制定标准.

　　因此,针对上海某纺织机械有限公司这样的企业必须在设计、生产、财务部门等应实现统一的标准化数据录入,并制定可以供相关部门查询的标准手册.这样实现了整个系统集成过程中的数据流顺畅流通.

　　5 结论

　　以PDM为集成框架的3C集成在纺织机械企业中是一种高效、可行的方案.在Pro/NC平台上,基于PDM技术对CAD,CAPP/CAM集成进行了研究,并且给出了系统集成框架及关键集成技术,对于CAD/CAPP/CAM集成具有一定的实用价值.PDM系统作为-个集成平台,是企业信息传递的桥梁,PDM与Pro/E系统的集成对于简化人机交互操作具有十分重要的意义.

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