前言
隨著三維軟件的普及應用，設計人員逐漸習慣于采用三維建模的方式進行繪圖工作，其效率比二維軟件、手工制圖提高很多倍，效率不言而喻，同時這就要求下游的工藝設計也要與時俱進，盡量利用上游設計人員產生的三維模型，才是實現工藝設計變革的根本手段。
傳統工藝設計手段盡管可以采用CAPP軟件進行良好的信息表達，但對于CAD成果的利用有限，尤其是三維CAD的有效利用，其落后極大地制約了企業的產品設計周期，因此當上游實現了面向三維的設計，工藝設計面向三維成為了發展趨勢。
而企業不斷深化發展的信息化系統和集成平臺的搭建，為三維CAPP的平臺應用性和集成性也提出了新的要求，三維CAPP的發展方向應是交互可視、集成性高。
傳統CAPP存在的問題
傳統的工藝編制過程是在分析和處理圖樣、機床和刀具等大量信息的基礎上，進行加工方法、機床、刀具和加工順序的選擇或決策，并計算加工余量、工序尺寸、公差、切削參數、工時定額、繪制工序圖和編制工藝文件。其中的核心部分，是工藝人員是否可以將圖樣當中表現的零件歸入經常加工的類，如果可以，就按以往該類的加工方案建立整體的加工路線。
一般來說，80%以上的零件可以歸類。還有一部分不能歸類的，或者加工經驗不多，結構復雜的零件，就需要工藝人員反復思考、設計加工路線、不斷改進，最終確定加工路線。在確定了加工路線后，工藝人員逐步細化工藝內容，按工種確定每個工種、每個工步要加工的內容，首先在大腦中確定每個工步要加工要去掉的部分，建立從毛坯到最終零件成形的整個加工過程，這些都是以三維的形式在腦中顯現；然后，確定去掉該部分后形成的表面的粗糙度要求、尺寸精度要求和幾何精度要求等；有時再說明一些加工方法和注意事項等。把這些內容再以文字、圖表等形式反映到紙上，就形成了工藝文件。采用軟件對零件進行工藝分析、決策最核心的難點就是確定加工先后要去掉的部分(即加工特征)，確定后再讀取加工特征的屬性值，就可以作為工藝設計的依據。解決了這一關鍵問題，三維工藝設計將成為可能。
傳統CAPP采用圖文表一體化的設計思想，徹底改變了更原始的EXCEL或CAD編輯卡片的方式，提高卡片繪制效率和準確性，當與PDM系統集成應用時也可解決設計數據傳遞至CAPP卡片的問題，但如企業未實施PDM，則工藝數據和設計數據缺乏關聯，產品圖紙或模型無法直接利用，另外還容易出現以下問題：
●工藝簡圖區通常只能手工繪制或取自DWG文件，工作量大且容易出錯；
●三維CAD通常作為OLE對象插入CAPP卡片，無法獲取模型的信息；
●尺寸信息需手工確認，無法直接從CAD獲取；
設計更改后，需手工更新工藝信息；
工藝設計信息無法向CAM傳遞；
為了解決以上問題，武漢開目信息技術有限責任公司提出的KM3DCAPP-M，是國內首創基于三維CAD模型的加工工藝設計軟件，它通過特征識別技術，并結合特征參數化工藝設計，實現三維環境下的零件加工工藝設計及工藝過程可視化。
KM3DCAPP-M系統概述
三維與二維相比是更先進的技術，可以實現更強的功能，是提高質量和效率的基礎性技術。三維更適合表達事物的三維變化過程，如機械加工的冷加工，如車、銑、數車、數銑、線切割、電火花成形加工等都是三維的變化過程。用三維的方式來表達這些生產過程，更符合事物的本質規律，更適合表達事物的三維變化過程。在這一過程中，工藝人員能夠清楚直觀地看到事物的變化過程，能夠在三維環境中，更真實地設計加工過程、檢驗加工過程，而加工人員可以更直觀地看到加工過程，更容易理解加工過程。
KM3DCAPP-M完全解決了傳統CAPP對三維CAD利用率低，無法實現數據傳遞的缺點，它使得工藝設計智能化。設計工藝的核心過程是直接使用三維模型為其輸入，免除了三維模型轉換成二維工程圖的步驟，為實現智能化提供了先決條件。同時，通過知識積累，有利于促進形成工藝知識庫，將優秀的工藝、典型工藝知識庫固化下來。工藝文件的三維化，有利用將零件內在的加工方法和邏輯總結出來，幫助人們提高更多的工作效率。其次，將多年來形成的工藝知識庫、優秀的工藝和典型工藝知識庫，轉化成計算機程序和軟件，實現工藝智能化。計算機程序或者軟件系統，可以代替人的很多重復性勞動。實現工藝智能化，也可以代替人進行工藝設計，完成重復性高的零件加工過程設計，同時可以生成數控加工程序。
總結起來，該系統在工藝設計流程中具有如下優勢：
●系統可自動拾取三維模型的工藝特征（孔、外圓、鍵槽、中心孔等），免除了傳統CAPP需手工拾取的工作，可直觀地查看產品模型中包含的制造特征；
●之后基于系統已有工藝知識，擬人化的表達工藝人員工藝決策的過程，根據設計特征的參數值驅動工藝特征，然后自動生成特征工藝，以求實現工藝設計專家化；
●利用工藝加工方案，自動生成毛坯圖；
●在可視化環境下，系統與用戶交互式定義加工路線、自動生成加工工序圖；
●根據工藝過程，自動的生成每道工序下的零件模型圖，客觀地反應加工過程中毛坯去材成形過程。交互式定義加工基準面、自動進行公差分析和分配；
●自動產生過程卡、工序卡等傳統工藝文件；
●根據工藝信息自動產生數控代碼。
上述優勢為KM3DCAPP-M所獨具，對于傳統CAPP中設計與工藝數據脫節、卡片自動化程度低等缺點予以改善，是廣大工藝人員解放思路、改變編制習慣的有力工具。
KM3DCAPP-M典型應用
下面以某箱體件為例，將KM3DCAPP-M的應用流程做簡單描述。
圖1 某箱體件
圖2 自動拾取特征
特征識別
系統能半自動識別、自動識別所有的特征，包括單特征和組合特征：外圓柱面、越程槽、軸端面、孔、A型鍵槽、C型鍵槽、半月型鍵槽、階梯孔、平面、軸臺階、外圓錐面、中心孔、外螺紋、內螺紋、倒角、階梯孔。特征參數可自動識別出來的，每類特征有不同的參數，特征類型可自定義、可擴充、特征識別規則可擴充，特征參數值可修改。
加工步驟自動產生
工藝特征識別出來后逐一調用工藝知識庫獲得各個工藝特征的加工步驟，特征流程全部根據特征類型自動定位，特征加工方法可自定義。加工步驟可編輯，支持添加、刪除步驟，步驟屬性內容可修改。
如下圖：根據讀取的孔特征，通過調用工藝知識庫自動產生加工步驟，產生的加工步驟可進行可視化的順序調整。
圖3 自動產生加工步驟
毛坯及加工過程圖產生
所有加工表面的加工方法和步驟出來后，根據各表面的加工余量可以產生零件的毛坯。另外系統有多種工序編排的方式。根據生工序加工圖，存放在工序的簡圖屬性中，在GXK文件的工序卡中可顯示。
圖4 特征加工方法建庫工具界面
圖5 加工過程演進圖
工藝數據輸出
工藝設計結果可輸出為GXK或XML文件格式，方便與其它系統的集成。
圖6 加工過程演進圖
結束語
三維工藝方面的應用，國內已經處于起步階段，國外的三維工藝現在以交互式為主，即工藝人員或數控編程人員指定具體加工部位，計算機會自動選擇加工方式、刀具和參數，自動生成刀具軌跡。其中，指定具體加工部位是效率最低的部分，很多情況下很難直接選出具體的加工部位，甚至無法選出想要加工的部位，這使得數控編程人員的效率較低。因此，如何能使計算機識別出具體的加工部位(即加工特征)就成了CAPP進一步發展的關鍵，KM3DCAPP-M的核心和設計思想就是如何將設計模型轉變為加工特征模型，使以上問題得以解決。
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本文標題：基于三維CAD模型的加工工藝設計軟件淺析
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