Автоматизация получения параметров детали для задач конструкторско-технологической параметризации

Конструкторско-технологическая параметризация является мощным инструментом повышения уровня автоматизации технологической подготовки производства. Устанавливая информационные связи между параметрами конструкторской модели и параметрами технологического процесса, инженеры-технологи могут самостоятельно автоматизировать типовые расчетные методики, сократить время разработки технологической документации, достичь повторного использования технологического проекта.

Конструкторско-технологическая параметризация обычно применяется в системах автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) для автоматизированного заполнения шаблонов технологической документации, являясь эффективным инструментом инженеров-технологов [1; 2]. Например, используя штатные параметрические возможности САПР ТП и готовый редактор переменных, современные исследователи запрограммировали простейшие алгоритмы для вычисления значений параметров в ячейках технологической документации [3–6].

В одной из предыдущих работ автором данной статьи впервые был предложен подход к организации подсистемы конструкторско-технологической параметризации для задач в области автоматизированного программирования станков с числовым программным управлением (ЧПУ) [7]. Начальным этапом работы подсистемы является этап подготовки исходной информации об обрабатываемой детали. Числовые значения исходных параметров детали в дальнейшем могут использоваться в параметрических расчетах, например, свойства материала - для расчета режимов резания, размеры и шероховатости поверхностей - для создания параметризованных траекторий, а параметры конструкторско-технологических эле- ментов - для программирования постпроцессоров.

Автоматизация получения конструкторских параметров обрабатываемой детали является важнейшим этапом интеграции конструкторских систем автоматизированного проектирования (САПР) с системами технологической подготовки производства. Она позволяет свести к минимуму или полностью исключить повторный ввод информации и обеспечить сквозную передачу данных по цепочке «конструкторская 3D-модель» - «программирование обработки» ‒ «изготовление на станке с ЧПУ» (CAD-CAM-CNC).

В контексте CAD/CAM-интеграции выделяют две задачи: распознавание конструкторско-технологических элементов (задача feature recognition [8–10]) и получение негеометрических параметров детали (задача technical information processing [11-13]). Задача feature recognition представляет собой отдельную сложную тему и выходит за рамки настоящей публикации. Целью данной работы является получение негеометрических (инженерных) параметров детали, числовые значения которых в дальнейшем могут использоваться в составе параметрических расчетов, а текстовые значения передаваться в управляющую программу.

Обзор литературы

Как в САПР технологической подготовки производства, так и в системах автоматизированной подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ параметры обрабатываемой детали могут быть получены различными способами. Например, в работе Д. Е. Максимовского приведены пять групп методов преобразования конструкторской информации к табличному виду, пригодному «для использования в технологических САПР:

• -    непосредственное кодирование таблиц с чертежа;

  – использование конструкторской и технологической параметризации

при проектировании технологических процессов (ТП) на основе унификации (деталей аналогов, типизации и группирования);

• -    идентификация поверхностей (конструктивно-технологических элементов) на основе использования OLE- или API-функций;

• -    установление свойств поверхностей в активном режиме на основе диалога;

• - использование универсальных методов группировки чертежных элементов (примитивов) в классы (поверхностями) при обработке геометрических форматов» [14].

Похожие группы методов преобразования конструкторской информации рассматриваются и в обзорной части диссертации С. Ю. Калякулина:

«1-я группа. Математические, связанные с распознаванием свойств поверхностей для 2D и 3D графических моделей;

2-я группа. Использование специальных языков описания деталей;

3-я группа. Диалоговые средства преобразования одномерных примитивов в свойства поверхностей;

4-я группа. Средства параметризации;

5-я группа. Обычное кодирование таблиц с помощью текстовых редакто-ров»1.

В работе Д. С. Шишигина сравниваются три способа интеграции научного программного обеспечения с системой AutoCAD: на основе обмена данными в формате DXF, COM-технология и программный интерфейс API ObjectARX (AutoCAD Runtime Extension) [15]. Перечисленные технологии также могут использоваться для получения исходных параметров обрабатываемой детали.

Как писал М. Месарович, один из основателей общей теории систем, «... классификацию не следует понимать как строгое разделение; она лишь подчеркивает различия, но отнюдь не исключает возможности существования систем, принадлежащих одновременно к нескольким классам»2. Это утверждение справедливо и для методов решения задач в области САПР.

Поэтому все методы преобразования конструкторской информации логичнее разделить в зависимости от степени участия человека на ручные, автоматические и автоматизированные. К ручным методам можно отнести непосредственное кодирование таблиц параметров с чертежа или с 3В-модели. При этом могут использоваться диалоговые средства САПР и специальные идентификаторы, коды или языки описания деталей. При автоматическом способе весь процесс извлечения информации полностью скрыт от пользователя: могут применяться как математические методы распознавания поверхностей по исходной геометрии, так и лингвистический анализ входной информации, представленной на специальных языках. Для извлечения данных могут использоваться как обменные форматы, так и COM-технология и разного рода API. Однако, вследствие того что технологические задачи являются трудноформализуемыми и многокритериальными, современные методы автоматического решения подобного класса задач не обеспечивают безупречного результата. Поэтому в САПР предпочтительнее использовать автоматизированные способы, которые сочетают в себе автоматические методы с их ручным управлением или корректировкой результата. Для этого могут применяться интерактивные средства, с помощью которых пользователь может задавать настройки распознавания информации или вводить вручную часть исходных параметров.

В современных САПР ведущая роль принадлежит твердотельному моделированию. 3D-модель может содержать в себе не только геометрию изделия, но и метаданные, состав изделия, технические требования и аннотации. Для извлечения информации из 3D-модели достаточно выделить две группы методов:

• -    на основе анализа открытых форматов CAD-систем, в том числе общеизвестных обменных форматов STEP, IGES, DWG, DFX, STL, SAT, X_T и т. д.;

• -    на основе прикладных интерфейсов API.

Использование файловых форматов является исторически первым способом передачи информации между компонентами PLM-среды. Наибольшее развитие получил протокол STEP, который изначально подразумевался как механизм обмена данными между разными этапами поддержки жизненного цикла изделия в рамках концепции CALS3. Нейтральные форматы экспор-та/импорта наиболее активно используются технологическими САПР, работающими автономно от CAD-систем. Но у этого метода есть существенный недостаток – это потеря точности при передаче геометрической информации, если программа-приемник и программа-источник работают на разных математических ядрах. Эта проблема является особенно критичной для CAM-систем, математические задачи которых привязаны к геометрии 3D-модели. Но если даже рассматривать передачу только негеометрических параметров, то коммерческие САПР по причине своей закрытости не позволяют и это делать в полной мере. Например, такие распространенные в России CAD-системы, как SolidWorks и KOMnAC-3D, не экспортируют в step-файл технологические параметры детали, хотя соответствующие спецификации в стандарте STEP давно предусмотрены4. Таким образом, использование обменных форматов влечет за собой потерю не только геометрической точности, но и большей части инженерных параметров.

Рассмотрим некоторые работы, связанные с анализом нейтральных форматов.

Например, в диссертации Э. В. Митина, выполняется ручной разбор файла ядра Parasolid в формате xmt_txt с целью формирования общего описания детали, определения ориентации и положения поверхностей для задачи автоматического выбора технологических баз5 [16; 17]. Но при этом не приведены ни алгоритм автоматического разбора формата xmt_txt, ни его программная реализация. Результаты, полученные в этой работе, являются сомнительными для практического применения, поскольку не известны самостоятельные работы автора в части разработки интегрированного программного обеспечения в области САПР. Источником данной работы является диссертация Э. В. Элементова, в которой выполнен аналогичный разбор файла dxf с целью установления технологических свойств поверхностей детали6.

В диссертации А. В. Аверченкова предлагается способ автоматического распознавания КТЭ на основе 3D-мо-делей и чертежей в формате IGES7. На основе данного метода разработан программный комплекс на языке JAVA2, позволяющий независимо от CAD-системы производить декомпозицию чертежа и 3D-модели на КТЭ с последующей передачей конструкторской информации в САПР ТП «ТехноПро». Предлагаемый метод подходит только для тел вращения, а распознавание конструкторских обозначений (аннотаций) возможно только по чертежам в формате IGES.

В работе иностранных коллег описывается система автоматического извлечения геометрической и негеометрической информации из чертежей, представленных в форматах DXF или IGES [12]. Для распознавания параметров размерных обозначений (линейных, диаметральных, радиальных и угловых), допусков и установления их связи с геометрическими объектами чертежа используются эвристические правила. Текстовые выноски интерпретируются методами обработки естественного языка с использованием конечных автоматов. Распознанная информация представлена в виде иерархии объектно-ориентированных классов.

Методы на основе API подразумевают доступ к внутренним возможностям базовой CAD-системы. Доступ к ним может быть реализован как на основе макросов (например, в КОМПАС-3D в качестве языка для написания макросов используется язык Python, в SolidWorks – Basic, в AutoCAD – AutoLisp), так и на основе компилируемых языков высокого уровня (Pascal, C++ и т. д.). Механизм доступа тоже может быть различным: например, на основе экспортных функций, COM, CORBA или .NET. Для интегрированных CAD/CAM-систем, построенных на базе единой CAD-платформы, использование API является наиболее функциональным

Том 29, № 3. 2019 и производительным способом анализа конструкторской модели. Недостатками этого метода являются сложность программирования API и необходимость постоянного согласования версий API, используемых прикладной программой, с версиями базовой CAD-системы.

На практике различные методы обмена информацией переплетаются между собой. Могут использоваться одновременно как обменные форматы, так и API базовой САПР (и даже API геометрического ядра). Между этими двумя подходами нет четкой границы, и их следует рассматривать только как крайние случаи в практике разработки и интеграции САПР. Например, в одной из работ зарубежных исследователей представлено программное обеспечение, которое экспортирует исходную геометрическую модель (созданную в любой CAD-системе) из формата STEP AP203 в файл STEP AP224, добавляя к исходной геометрии технологическую информацию [13]. Для этого реализовано считывание входного файла в формате STEP AP203, извлечение геометрии и перевод ее в структуру данных геометрического ядра Parasolid и визуализация модели Parasolid на экране компьютера средствами OpenGL. Далее пользователь в диалоговом режиме задает свойства материала, геометрические и размерные допуски, шероховатости поверхностей и другие дополнительную информацию. Структура данных детали вместе с технологической информацией и распознанными конструкторско-технологическими элементами записывается в файл в формате AP224. Для импорта и экспорта файлов STEP и интерпретации информационной модели EXPRESS используется библиотека классов C++ ROSE, для преобразования структуры BRep в модель данных Parasolid – функции API ядра Parasolid. Однако данная схема интеграции не устраняет участия че- ловека в подготовке исходных данных и не избавляет от потери точности при передаче геометрии через нейтральный формат между системами, работающими на разных математических ядрах.

Анализ приведенных источников показывает, что в них используются различные модели данных для промежуточного представления параметров детали, но при этом не обращается внимание на то обстоятельство, что параметры могут быть получены из разных источников, связанных с конструкторской моделью, и потенциально могут дублировать друг друга, создавая избыточность и противоречивость исходной информации.

Материалы и методы

В одной из предыдущих работ автором впервые был предложен подход для построения подсистемы конструкторско-технологической параметризации в контексте задач, решаемых пользователями в процессе моделирования обработки в CAM-системе [7]. В рамках данного подхода подсистема технологической параметризации рассматривается как иерархическая система, элементами которой являются параметры, структурно организованные на пяти уровнях подчиненности:

• -    параметры обрабатываемой детали;

• -    общие параметры плана обработки;

• ‒    параметры инструментальных переходов;

• -    параметры конструкторско-технологических элементов;

• -    параметры инструкций управляющей программы.

Такое разделение параметров соответствует реальной структуре технологического процесса и модульному принципу обработки поверхностей на станках с ЧПУ.

На самом верхнем уровне иерархии находятся конструкторские параметры детали, которые доступны для использования на всех нижних уров- нях, в частности, для расчета режимов резания, программирования параметризованных траекторий, разработки постпроцессоров. Доступ к параметрам детали в составе математических выражений реализуется посредством синтаксической конструкции MODEL.имя параметра. В общем случае к исходным параметрам детали можно отнести метаданные 3D-модели (наименование, обозначение, масса детали и т. д.), свойства материала, параметры аннотаций 3D-модели, параметрические переменные 3D-модели.

Как правило, эти данные неструктурированы, а параметры детали могут дублировать друг друга. Например, твердость материала может присутствовать как в свойствах материала, так и в технических требованиях. В разных местах твердость может быть указана как в единицах HRC, так и HB. При этом конструктор или технолог могут дополнительно создать параметрические переменные, совпадающие с именами других параметров. Поэтому в первую очередь необходимо разработать непротиворечивую модель данных, которая должна описать логическую структуру параметров детали, обеспечить целостность и устранить избыточность информации.

В основе теоретических исследований лежат формальная теория представления и обработки данных, теория множеств, теория иерархических многоуровневых систем. Для графического отображения процессов передачи и обработки информации использовалась методология IDEF0. Программная реализация CAM-системы выполнена в среде Visual Studio C++ с использованием программных интерфейсов API КОМПАС-3В и API геометрического ядра C3D. Тестирование выполнялось в среде KOMnAC-3D V18.1.

Результаты исследования

Для моделирования обработки в CAM-системе в качестве источника конструкторской информации рассма- тривается 3D-модель детали. С этой точки зрения, используя теорию множеств, конструкторскую 3D-модель можно представить следующей формулой:

Model = < P Attr , P Geom >, (1)

где P A _ttr - множество атрибутивных (негеометрических) параметров; P_Geom – множество геометрических параметров (к которым, в частности, относятся параметры конструкторско-технологических элементов).

Распознавание конструкторско-технологических элементов и извлечение их числовых параметров из 3D-модели в настоящей работе не рассматриваются (это тема отдельной публикации). Негеометрические параметры представим в виде кортежа четырех упорядоченных множеств:

P Attr = < P Par , P Meta , P D&T , P Mtrl >, (2)

где P_Par – множество параметрических переменных 3D-модели; P_Meta - множество метаданных 3D-модели; P D&T -множество параметров аннотаций (размеры, допуски, шероховатости поверхностей, обозначение D&T от англ. dimensions and tolerances); P_Mtrl - свойства материала (твердость, показатели обрабатываемости).

Все параметры должны иметь единое описание, допускающее их хранение как во внутреннем представлении

CAM-системы, так и при необходимости во внешней базе данных. Для структурирования параметров детали используется реляционная модель данных, графически представленная в таблице 1.

Для однозначной идентификации параметра применяется его уникальное имя. Параметр может принимать либо числовое, либо текстовое значение. Большинство параметров являются числовыми (они могут входить в состав математических формул). Но деталь может содержать и текстовые данные, например, наименование детали, обозначение материала, фамилию разработчика, которые необходимы для передачи в управляющую программу в качестве сопроводительной информации. Числовые и текстовые значения параметра размещены в разных полях таблицы. Тогда принимается следующая схема отношения:

P = R(Name, Value, Text, Type, Comment), (3)

где Name – уникальное имя параметра, которое является одновременно и первичным ключом для идентификации строки таблицы; Value содержит значение параметра типа double; Text - строку с текстовым значением параметра ; Type – тип параметра ( d – число, s – строка); Comment - комментарий к параметру.

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

Реляционная форма представления параметров детали Relational form of the representation of the detail parameters

Имя (ключ) / Name (key)	Значение / Value	Текст / Text	Тип / Type	Комментарий / Comment
Наименование / Name	0	Фланец	s	Наименование детали / Name of part
Материал / Material	0	Сталь 20Х	s	Материал / Material
Масса / Mass	5,73	–	d	Масса детали, кг / Mass of part, kg
Плотность / Density	7,83	–	d	Плотность материала, г/см3 / Density of material, g/sm3

Некоторые параметры могут быть связаны с дополнительными структурами данных, например, размеры могут содержать допуск и предельные отклонения. Дополнительные структуры данных целесообразно хранить в отдельных отношениях, связывая их с таблицей параметров детали посредством внешних ключей.

Информация о детали извлекается из разных источников, связанных с 3D-моделью. Для исключения избыточности данных установлены следующие приоритеты (в порядке их уменьшения) для пяти источников информации: параметрические переменные 3D-модели, метаданные, аннотации, справочник материалов, технические требования. На рисунке 1 приведена последовательность считывания параметров детали в порядке уменьшения приоритета их источников. Для исключения дублирования информации параметр добавляется в список только в том случае, если в списке нет параметра с таким же именем. Любой параметр может быть вручную переопределен пользователем CAD/CAM-системы путем создания одноименной параметрической переменной 3D-модели, благодаря чему обеспечивается возможность ручного управления составом параметров.

Способ получения конструкторских параметров детали на основе API программно реализован в составе коммерческой CAM-системы для платформы КОМПАС-3В. С общим описанием функциональных возможностей модулей CAM-системы и примерами их использования можно ознакомиться по ссылкам в Интернете8, а также в рекламных публикациях [18–21]. CAM-система интегрирована в рабочую среду КОМПАС-3В по принципу одного окна с использованием эле- ментов пользовательского интерфейса CAD-системы (рис. 2). Ассоциативность траекторий обеспечивает автоматическую актуализацию управляющей программы для станка с ЧПУ при изменении размеров или положения опорных объектов обрабатываемой детали [22]. Интеграция на уровне интерфейса пользователя выполнена с помощью APIКОМПАС-3В, на уровне геометрических расчетов посредством API математического ядра C3D [23].

Перед началом моделирования обработки технолог должен поставить на 3D-модель как минимум одну локальную систему координат (ЛСК), задающую ноль детали и направление осей станка. Далее порядок работы пользователя в рассматриваемой CAM-системе включает в себя следующие действия:

• -    выбор ЛСК и системы ЧПУ (постпроцессора), задание заготовки, формирование таблицы инструментов, выбор приспособлений;

• -    формирование последовательности инструментальных переходов (плана обработки). Для каждого перехода технолог должен задать область обработки, выбрать инструмент, настроить параметры траектории, назначить режимы резания. На данном этапе инициализируются параметры инструментальных переходов и параметры конструкторско-технологических элементов;

‒ постпроцессирование. На данном этапе в процессе создания управляющей программы инициализируются параметры пятого уровня иерархии переменных (параметры инструкций УП) и создается управляющая программа в кодах системы ЧПУ;

‒ визуализация обработки, в ходе которой технолог может проверить траекторию перемещения инструментов,

F i g. 1. Diagram of the process of reading part parameters

Р и с. 2. Моделирование фрезерной обработки в КОМПАС-3П

F i g. 2. Modeling milling in KOMPAS-3D

обнаружить столкновения инструментов с приспособлениями, врезания в заготовку на ускоренной подаче.

Результатом работы CAM-системы является управляющая программа, которая записывается технологом в отдельный текстовый файл и передается оператору станка с ЧПУ.

Обработка детали возможна с использованием нескольких планов обработки (например, на нескольких станках). Поэтому технологам рекомендуется работать не напрямую с моделью конструктора, а с ее ассоциативной копией (рис. 3). Причем для каждого плана обработки рекомендуется использовать отдельную копию конструкторской модели. В этом случае технолог, работая со своей моделью, не будет нагружать исходную конструкторскую модель вспомогательными построениями и затрагивать сферу деятельности конструктора.

Способ взаимодействия технолога с конструктором через ассоциативную копию 3D-модели можно использовать при работе как в рамках единого информационного пространства промышленного предприятия, так и в рамках учеб- но-научного виртуального предприятия (УНВП) в вузе [24].

Создание ассоциативной копии в КОМПАС-3В занимает у технолога минимум времени: для этого он должен открыть новый документ, вызвать команду КОМПАС-3В «Копировать объекты» и указать на исходной модели объекты для копирования. Технолог может использовать ассоциативную копию модели любым способом: упростить ее, создать дополнительные построения, добавить собственные аннотации и параметрические переменные. Если конструктор внесет изменения в свою модель, то перестроится и ассоциативная копия у технолога, а вместе с ней и траектории обработки для станка с ЧПУ Через команду «Копировать объекты» в ассоциативную копию наследуется только геометрия детали. Для установления связи с переменными и аннотациями исходной модели технолог может создать внутри своей ассоциативной копии собственные параметрические переменные, содержащие ссылки на переменные и аннотации модели-источника.

функциональные требования стандарты

ссылочные параметры ассоциативная геометрия

I материал, метаданные, тех. требования, аннотации, переменные

Разработка конструкторской ЗВ-модели

инструменты инженерного анализа библиотеки стандартных изделий

требования интеграции

ассоциативная геометрия

инженер-конструктор

material, metadata tech, requirements, annotations, variables

form of the detail

данные технолога (материал, метаданные, аннотации, переменные)

Создание ассоциативной копии ЗВ-модели

Моделирование обработки в САМ-системе параметры заготовки

параметры детали

условия производства

программа для станка

карта наладки

CAM-приложение

CAD-система K0MTIAC-3D

Справочник материалов

J инженер- технолог

Р и с. 3. Диаграмма процесса передачи параметров детали из конструкторской модели в CAM-систему

functional requirements standards

geometry integration requirements metadata, annotations, variables)

Creation of the design 3B-model associative geometry

Creation of an associative cop of the 3D model parameters by reference associative geometry data entered ^^ by technologist auxiUary (material,

САЕ, CDF,...

САМ application manufacturing conditions

Modeling processing ie CAM system

F i g. 3. Diagram of the process of transferring part parameters from the design model to the CAM system

standard parts library

control program

setup

Принципы функционирования подсистемы конструкторско-технологической параметризации, ее архитектура, UML-диаграмма иерархии классов, отображающих уровни параметров CAM-системы, подробно описаны в одной из наших работ [7]. В данной статье детализируется процесс считывания параметров обрабатываемой

3В-модели (начальный этап работы подсистемы).

Таблица параметров описывается классом DETAIL_PARAMETERS (рис. 4). Класс DETAIL_PARAMETERS является производным от абстрактного класса PARAMETERS, который содержит данные и методы, общие для всех уровней иерархии параметров

В struct Parameter

"Parameter() { if( pRef ) delete pRef; }

_bstr_t sName; // имя параметра double Value; // числовое значение параметра

_b3tr_t sText; // текстовое значение параметра char type; // тип параметра

_batr_t aNote; // комментарий к параметру

RefParameters* pRef; // указатель на структуру пополнительных параметров

В struct DETAIL-PARAMETERS : public PARAMETERS {

~ DETAIL-PARAMETERS();

_bstr_t sMaterial;

FILEIIME timeCopy;

TArray MP; // динамический список параметров 30-модели double* GetParameter( char* s );

char* GetParameters( char* s );

bool ReadModelParameters( bool isSM );

bool GetMaterial( IPart7Ptr& pPart? ); );

Р и с. 4. Структуры данных для описания таблицы параметров

F i g. 4. Data structures for describing the parameters table

CAM-системы, в том числе средства для синтаксического анализа и вычисления математических формул. Класс DETAIL_PARAMETERS инкапсулирует динамический список MP указателей на экземпляры параметров.

Формулы, связывающие параметрические переменные, могут содержать алгебраические и тригонометрические функции, логические операции и скобки. В результате лексического анализа распознаются последовательности символов (лексемы), которые потенциально могут являться именами параметров. Для получения числового значения параметра используется виртуальная функция GetParameter базового класса, которая переопределяется в производных классах. Метод DETAIL_ PARAMETERS::GetParameter (рис. 5) принимает на вход лексему и возвращает адрес соответствующей переменной типа double. Использование указателей на переменные обеспечивает получение актуальных значений параметров. Нулевое значение адреса означает, что параметр по входному имени не обнаружен. Аналогично работает и метод DETAIL_PARAMETERS:: GetParameterStr, возвращая адрес первого символа стро-

0 double* DETAIL_PARAMETERS: : GetParameter ( char* 3 )

{ if( ::strstr( s, "MODEL." ) )

{ for( int 1=0; KMP. Count (); 14-4- )

if( MP[i]->type = ’d’ )

if( !strcmp( 34-6, (char*)(MP[i]->3Name) ) ) return sMP[i]->Value; else if( MP[i]->pRef )

{ if( double* p = MP[i]->pRef->GetParameter( 3+6 ) ) return p; }

} return NULL;

Р и с. 5. Функция получения числового значения параметра

F i g. 5. Function for getting the numeric value of a parameter

Сomputer science, computer engineering and management                                     357

ки, если параметр содержит текстовое значение.

Метод ReadModelParameters() класса DETAIL_PARAMETERS реализует считывание параметров из 3В-модели в порядке их приоритета от наибольшего к наименьшему (рис. 1). Считывание параметров выполняется в момент синхронизации внутренних данных CAM-системы с 3В-моделью.

Сначала посредством API КОМПАС-3В извлекаются параметрические переменные. Чтобы переменные были доступны для CAM-системы, они должны быть предварительно объявлены со статусом «внешние». Переменные 3D-модели могут быть как геометрическими, то есть ассоциативно связанными с какими-либо объектами 3D-модели (например, с аннотациями или размерами эскиза), так и негеометрическими (например, свойства материала). Твердость материала (HB или HRC), предел прочности и иные параметры могут быть заданы конструктором или технологом как параметрические переменные детали, тогда они будут иметь приоритет над свойствами материала, хранящимися в справочнике материалов. Параметры выводятся на панель параметров CAM-системы, чтобы пользователь мог ви- деть, какие параметры детали можно применить в параметрических расчетах (рис. 6).

Далее с помощью API КОМПАС-3В считываются метаданные и аннотации 3В-модели (рис. 7). Метаданные извлекаются из свойств 3В-документа, параметры аннотаций – из обозначений размеров и шероховатостей. При получении параметра шероховатости распознается ее условное обозначение Ra или Rz . Размеры распознаются вместе с их предельными отклонениями и допусками. Аннотации, значения которых планируется использовать в параметрических расчетах, должны быть предварительно проставлены на 3В-модели.

Для автоматического получения свойств материала реализована интеграция CAM-приложения с библиотекой «Материалы и Сортаменты» системы КОМПАС-3В. Из справочника автоматически извлекаются предел прочности а в , МПа ( SigmaV), коэффициенты обрабатываемости KVMet и Xmat (рис. 8), твердость (HRC или HB).

Материал должен быть предварительно назначен конструктором детали или технологом. При обращении к справочнику происходит его загрузка в память, и это занимает некоторое

Р и с. 6. Извлечение внешних параметрических переменных 3П-модели

F i g. 6. Extraction of external parametric variables of the 3D model

Р и с. 7. Извлечение метаданных и параметров аннотаций 3П-модели

F i g. 7. Extracting metadata and annotation parameters of a 3D model

Р и с. 8. Извлечение свойств материала из справочника материалов

F i g. 8. Extraction of material properties from the directory of materials

время. Поэтому процесс считывания свойств материала из справочника запускается только в том случае, если изменился материал с момента последней записи 3В-модели на диск компьютера. Обозначение материала и время сохранения файла 3D-модели запоминаются в переменных sMaterial и time класса DETAIL_PARAMETERS (рис. 4).

Твердости материала соответствуют два параметра (HRC и HB). При считывании одного из них второй параметр рассчитывается автоматически по таблице соответствия между единицами измерения HRC и HB, и в список параметров добавляются сразу оба параметра. Наличие двух параметров для твердости представляет собой пример контролируемой избыточности. Их одновременное присутствие в списке параметров объясняется тем, что разные методики расчета режимов резания используют либо HRC, либо HB (для быстрорежущих инструментальных сталей обычно используется HB, для обработки закаленных сталей – HRC, в каталогах современных твердосплавных инструментов обычно приводятся формулы, в состав которых входит HRC).

Справочник материалов может содержать свойства материала для нескольких контекстов, связанных с состоянием поставки или термообработки, что может являться причиной семантической несогласованности параметров материала. В данной программной реализации выбирается контекст, соответствующий минимальной твердости материала.

Имена параметрам (кроме переменных 3В-модели) назначаются автоматически. Линейным размерам имена присваиваются в формате Li, где i - порядковый номер линейного размера. Доступ к предельным отклонениям размеров и их допускам пользователь может получить посредством символов h (верхнее отклонение), l (нижнее отклонение) и t (допуск). Например, синтаксическая конструкция MODEL.L1.h возвращает верхнее отклонение размера L1 , а формула MODEL.L1+MODEL. L1.h вычисляет его максимальное значение.

Для параметрических переменных 3В-модели имена и комментарии берут-

Том 29, № 3. 2019

ся такими, какими они были назначены пользователем. В случае совпадения имен параметров приоритет отдается параметрическим переменным 3D-мо-дели. Создав одноименную переменную 3В-модели, пользователь может переопределить значение любого параметра. Допустим, параметр HRC , извлеченный из справочника материала, не согласуется с его реальным значением во время механической обработки, тогда пользователь может объявить внешнюю параметрическую переменную с таким же именем, и значение параметра MODEL. HRC будет определяться параметрической переменной 3D-модели.

Последними считываются технические требования. В данном варианте программной реализации из технических требований извлекается только твердость материала, если она не была получена из других источников.

Ниже на рисунках 9 и 10 показан пример автоматической настройки зажимного размера станочного приспособления. В системе КОМПАС-3В создается деталь в виде параллелепипеда (рис. 10). Ширине детали ставится в соответствие параметрическая переменная W . Для закрепления детали

Р и с. 9. Параметризованная 3П-модель станочных тисков

F i g. 9. Parameterized 3D-model of the machine vice

360                                   Информатика, вычислительная техника и управление

Р и с. 10. Автоматическая настройка зажимного размера тисков

F i g. 10. Automatic adjustment of clamping device size

используются тиски фирмы GERARDI (рис. 9). Стандартные размеры тисков по каталогу GERARDI хранятся в таблице переменных 3В-модели, а зажимному размеру поставлен в соответствие параметр детали MODEL.Lclamp .

Приспособления в рассматриваемой CAM-системе представляют собой параметризованные 3В-модели, которые можно выбрать из каталога, поставляемого в дистрибутиве CAM-системы. Пользователь может создать также собственные модели приспособлений и подключить их к CAM-приложению. Взаимодействие между CAM-системой и 3В-моделью приспособления реализовано посредством API КОМПАС-3D. Пользователь может управлять конфигурацией приспособления, выбирая строку стандартных размеров или задавая вручную размеры, непосредственно из CAM-системы. При подключении модели приспособления к CAM-системе, текст в комментариях к переменным модели, заключен- ный в фигурные скобки, распознается CAM-системой как параметрическая формула. В данном случае при наличии в составе параметров детали переменной с именем Lclamp на место значения расстояния между губками тисков будет подставляться значение переменной Lclamp.

В модели обрабатываемой детали создается параметрическая переменная Lclamp , которая приравнивается переменной W . Таким способом устанавливается информационная связь между шириной детали W и зажимным размером тисков. При изменении значения переменной W модель детали перестраивается, изменяя свою ширину, при этом автоматически подгоняется размер между губками тисков. На рисунке 10 показаны деталь и тиски при W =60; 40 и 90 мм.

Автоматизация настройки зажимного размера приспособления позволяет избавить технолога от лишних действий, связанных с ручным изменением расстояния между губками тисков при каждом изменении ширины детали. Это особенно актуально, если деталь имеет несколько размерных модификаций.

Обсуждение и заключение

В статье приведен метод получения исходных параметров обрабатываемой детали при передаче информации из конструкторской модели в интегрированную CAM-систему для задач конструкторско-технологической параметризации. Метод программного реализован в составе интегрированной CAM-системы для платформы КОМ-ПАС-3В. Проблема передачи данных из 3В-модели в технологические расчеты решается с помощью программного интерфейса API.

Конструкторско-технологическая параметризация является эффективным инструментом для конструкторов и технологов, с помощью которого они могут реализовать относительно несложные алгоритмы, не являясь при этом специ- алистами в области программирования. Благодаря конструкторско-технологической параметризации и ассоциативности траекторий обработки можно построить сквозной конструкторско-технологический проект, когда изменения, внесенные конструктором в деталь, будут автоматически передаваться в технологическую модель и далее через постпроцессор в управляющую программу для станка с ЧПУ. При этом максимальный эффект от применения сквозных технологий передачи данных достигается для параметризованных деталей, имеющих несколько размерных модификаций.

Дальнейшее развитие подсистемы конструкторско-технологической параметризации планируется направить на решение задач автоматического подбора заготовки, режущих инструментов и приспособлений на основе алгоритмов, реализуемых пользователями посредством параметрических информационных связей.

Поступила 18.03.2019; принята к публикации 18.04.2019; опубликована онлайн 30.09.2019

Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.

364 Информатика, вычислительная техника и управление