工藝準備環(huán)境中刀具庫與CATIA的集成

1、工藝準備環(huán)境中刀具庫與CATIA的集成單位：北京航空制造工程研究所  作者：向 穎 孟月梅 等 發(fā)布時間：2009-12-24 11:22:59工藝準備環(huán)境（Process Planning Enviroment，PPE）中的工藝規(guī)劃與數(shù)控編程子模塊是基于CAD/CAM軟件CATIA開發(fā)的，它是以飛機結構件數(shù)控加工工藝準備過程為背景，充分利用現(xiàn)有資源（涵蓋產品工藝路線設計、零件加工工藝數(shù)據(jù)優(yōu)化），建立的基于知識的飛機結構件的快速工藝準備集成系統(tǒng)。CATIA參數(shù)化特征造型的思想運用于加工模塊，使刀具、夾具等工裝可以創(chuàng)建參數(shù)化模型。該方法使創(chuàng)建模型后，可以僅僅通過定義主參數(shù)來控

2、制結構和特征，通過傳遞不同系列的主參數(shù)就能自動生成一系列的零件。用此方法輔助加工，能在仿真時利用這些參數(shù)化模型，提高建庫效率。CATIA刀具庫也是基于此思想創(chuàng)建的，但由于刀具參數(shù)與切削仿真、刀位計算直接相關，它不能像普通零件一樣能夠看到模型并且隨意修改尺寸參數(shù)，從而修改創(chuàng)建刀具。這樣使得程序員使用CATIA進行數(shù)控編程時，無法從PPE中選擇庫房中現(xiàn)存的刀具，加之無法保證手工輸入刀具參數(shù)的正確性，從而使整個PPE運行的流暢性得不到保證。怎樣使用一種簡單有效的方法來維護刀具數(shù)據(jù)，筆者翻閱了多種資料，了解到雖然CATIA本身并沒有提供刀具庫的創(chuàng)建和修改界面，只提供一個讀取包含刀具庫信息的CATALO

3、G文件接口，但可以通過程序讀取符合格式的CSV文件，生成包含刀具信息的CATALOG文件，從而創(chuàng)建或修改刀具庫。本課題根據(jù)以上思想，通過程序讀取PPE中刀具庫信息，并將其轉換成符合格式需求的CSV文件，再把CSV文件轉換成CATALOG文件，實現(xiàn)PPE與CATIA刀具庫的集成，并完成自定義成型刀具庫的創(chuàng)建和修改。在PPE中通過不斷執(zhí)行此過程刷新刀具庫的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)PPE刀具庫與CATIA刀具數(shù)據(jù)的一致性，不僅提高了編程的效率，而且確保了數(shù)控程序的適用性，促進CATIA在數(shù)控加工領域中的推廣應用。CATIA刀具庫分析在CATIA系統(tǒng)中編制工藝程序時，在每個加工操作的刀具標簽下點擊，可從刀具庫中選擇

4、當前刀具，刀具庫應用界面如圖1所示。根據(jù)加工對象和刀具形狀，CATIA刀具庫提供了銑削刀具庫、車削刀具庫、組合刀具庫、刀片庫等多種刀具庫。其中銑削刀具庫分為16小類，每一小類的切削參數(shù)和形狀參數(shù)都不全相同。刀具庫統(tǒng)一采用CATALOG格式文件保存，文件包含刀具類別、尺寸參數(shù)、名稱等信息。CATALOG文件中，以Keyword values的形式保存刀具尺寸和屬性信息。尺寸信息完全約束了刀具的幾何特征；屬性信息是如刀具最大切削速度、刀具材料、旋轉方式、適合加工類型等信息，它決定了刀具的性能。對于尺寸信息，若在CATALOG文件中修改對應的參數(shù)值，其三維刀具模型也會相應的變化，通過此方式可以修改刀

5、具的幾何信息。由于刀具固有的特性，它的尺寸等參數(shù)與仿真和刀位軌跡計算直接相連。因此它只能通過對下圖CATALOG文件中的關鍵參數(shù)做直接修改，若要添加新的刀具或創(chuàng)建刀具庫則需通過程序命令對一個CSV文件進行處理而得到。 PPE刀具庫與CATIA的集成根據(jù)上述分析可知，通過對CATALOG文件進行操作即可修改刀具庫而要自定義刀具或者創(chuàng)建刀具庫，則需通過創(chuàng)建符合刀具庫格式的Mircosoft Excel的*.xsl文件，另存為*.csv文件，再執(zhí)行程序命令。*.csv文件是Comma Separated Value（逗號分隔值）的縮寫，通常是純文本文件。它是以逗號來分隔數(shù)據(jù)，默認以Exce

6、l打開。1集成方式以程序方式讀寫*.csv文件是實現(xiàn)與CATIA刀具庫集成的簡單有效方式。集成方式如圖2所示。當用戶在PPE中添加或修改完刀具后，程序將數(shù)據(jù)庫中的刀具信息寫入到CSV文件中，再將之轉換成刀具庫CATALOG文件，從而實現(xiàn)集成。2CSV文件分析及與其對應的數(shù)據(jù)庫結構由于CATIA中的刀具涉及到仿真，其參數(shù)多且復雜所以集成的重點是在保證各類刀具數(shù)據(jù)完整的基礎上簡化PPE的數(shù)據(jù)模型。為了防止CATIA刀具庫中的分類過于復雜，因此在CATALOG下只創(chuàng)建一個章節(jié)，用于存儲所有的數(shù)據(jù)，讀取時根據(jù)刀具類型名稱進行分類，這樣可簡化參數(shù)多樣性帶來的困難。在數(shù)據(jù)庫中，每把刀具信息都含有一個var

7、_property_value_list屬性，每個數(shù)據(jù)之間用特殊符號分隔。這樣既使數(shù)據(jù)讀取方便，又保證了信息的完整性和準確性。（1） CSV文件結構分析。基本的CSV文件有以下幾部分組成：·文件頭。在PPE的刀具庫集成格式中，格式為：ENDCHAPTER， <章節(jié)名>例如，ENDCHAPTER，NC_TOOLS中NC_TOOLS為章節(jié)名代表，從此章節(jié)下開始識別NC_TOOLS庫中的刀具。·刀具屬性名稱。格式為：Keywords，<屬性1， 屬性2， ， 屬性n >·刀具屬性單位。格式為：Types，<單位1， 單位2， ，單

8、位n>·刀具文件主體。通常以“逗號+刀具類別”開始。格式為：，<刀具類別>，<屬性值1， 屬性值2， ， 屬性值n>刀具類別的參數(shù)值用以在CATIA中區(qū)分刀具類別。以上述文件第4行的Drill D2.513刀具為例，分析每把刀具的取值。第一個“，”代表刀具屬性行中keywords下不取值。依次下去是刀具類別（MFG_NAME_BAS）MfgDrillTool（鉆頭）、刀具名稱（MFG_NAEM）Drill D2.513、刀具描述（MFG_COMMENT）為空、刀具號（MFG_TOOL_NUMBER）2401等。·章節(jié)結束指令。以“END”標識此

9、章節(jié)結束。需要說明的是，為了程序讀取方便，所有的刀具都在一個章節(jié)內表示，而屬性名稱中包含了所有刀具的屬性。對應每把刀具屬性值只填和它相關的內容，這些由CATIA自己判別讀取。（2） 數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)結構如圖3所示。Procutter表用于存儲刀具的信息，每個元組代表一把刀具。Cutter_type表用于存儲刀具類型信息。每個元組代表每種刀具類型。Cutter_var_property表用于存儲每種刀具類型的屬性。每一種類型的刀具屬性可能相同也可能不同，所以以刀具類型type_code和property_code作為主鍵，這2個主鍵可約束其他值。在Procutter表中，有一個屬性名va

10、r_property_value_list表，它存儲了該刀具的所有屬性的值。每種屬性以“”分隔。3 CATIA刀具庫生成流程CATIA刀具庫生成流程如圖4所示。程序在CATIA的VBA上編寫。CATALOG文件是CATIA識別刀具庫的位置，不能隨意改變。在將CSV文件數(shù)據(jù)寫入CATALOG時，同時創(chuàng)建與寫入相對應的日志文件，存在相同路徑下，方便查找錯誤。文件和數(shù)據(jù)進行錯誤檢查后，函數(shù)CreateCatalogFromcsv負責把CSV文件轉換成CATALOG刀具庫文件。其中，CreateCatalogFromcsv函數(shù)是對象CatalogDocument下的一個方法，參數(shù)csvFile為輸入?yún)?/p>

11、數(shù)，代表CSV文件路徑，catalogFile為輸出參數(shù)，是輸出的刀具庫CATALOG文件路徑。需要說明的是，由于CSV文件有嚴格的格式要求，只有正確的數(shù)據(jù)格式CATIA才能夠識別。所以在PPE平臺添加刀具時，存入數(shù)據(jù)庫之前和寫入CSV文件的同時都必須有完善的錯誤檢查程序以保證數(shù)據(jù)格式的正確性。結論本課題以PPE平臺的研發(fā)為背景，對CATIA刀具庫的建立技術進行研究，提出了使用CSV文件在CATIA中創(chuàng)建刀具庫的方法，并利用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了PPE平臺與CATIA刀具庫的集成，使用戶在PPE平臺與CATIA軟件中的刀具能夠同步添加、刪除、更新。該方法已經在平臺中多次測試，目前運行良好。該方法的成功應用具有以下作用：（1） 運用該方法建立符合企業(yè)實際情況的刀具庫，使數(shù)控編程所選刀具和生產現(xiàn)場密切聯(lián)系起來，確保了數(shù)控程序的適用性；（2） 進行數(shù)控編程時，直