1 引言

在计算机辅助设计系统中，同类型不同型号的阀体往往只是尺寸不同而结构相同。因此，在对零件进行结构分类的基础上建立参数化模型，保证设计过程中几何结构的一致，同时提取几何特征参数并进行几何参数用户命名，建立几何信息和参数的对应关系，通过编辑参数值直接或间接地修改几何实体，实现阀体的参数化设计建模。接着，在此产品图上依照工艺要求，绘制出机械加工的刀具路径，再通过对图形的后置处理，自动生成 G码、M 码的数控车床NC 程序，从而实现阀体的CAD建模与数控 CAM 加工的一体化。如图1 所示。

图1 CAD/ CAM 人机界面

2 阀体参数化建模的可靠性分析模型

在计算阀体可靠度时，事先需要知道与应力的概率分布，但是在许多情况下它们的概率分布是不知道的，这时就需要用统计分析法去推断分布形式及估算参数。

式中 fr(r)———强度故障概率密度；

r——强度随机变量；

fs(s) ———应力故障概率密度；

s———应力随机变量；

G———可靠度变量；

F———故障概率当 s从0 到∞ 时，H 的分布区间为0 到1，代入结构系统可靠度的一般表达式

得到

由定积分知，可靠度就是 G与H 围成的面积。当Fr(x)与Fs(x)估计并给定时，就可以计算出G 与H 再测出（H，G）曲线下的面积，即是可靠度 R，也可以通过上式差分计算得到可靠度。

3 整体结构模型与数控NC 的程序设计

CAD 模型的系统包括识别和优化两个部分。首先，进行工件的几何特征的识别与分类。这个过程开始于加工的CAD 模型，并分析工件的形状和几何特征的特性。在这个系统模型中采用了边界表示法来对不同类型和特征进行识别与区分。由上一组几何数据从识别再递进搜索推算得到下一组几何数据。

从识别到再递进式搜索等需要进行几何数据的推算，通过将合理的操作工艺与数据库的几何数据做比较，建立数据的参数化模型，即基于符合产品设计要求的零件轮廓。数控NC 以CAD 为基础，结合刀具数据库确定相关的加工参数，如：选择刀具、工件转速、进刀量、刀具路径等工艺规划，采用遗传算法抽取、分析、比较，生成后置处理的数控车床加工指令代码将其储存在产品数控加工标准体系中。

该模型包括四个模块，从参数化设计图形开始，直到建立数控代码程序。第一个模块是一个来自于Auto CAD 软件的几何模型。第二个模块是一个测试系统，主要是用于测试工作台坐标、空间位置和几何公差，对各参数信息进行整合选定出最优化的连续线段，不允许出现断点。第三个模块是进行建模图形仿真关系的分析，利用微积分学等进行拐点、曲线分割的参数测定及安全性分析，进行刀具路径的最优化选择。第四部分即是建立后处理器模块，为数控机床创建接口程序系统，生成数控加工 NC 源代码。

4 系统的实现

4.1 剖面建模与仿真

在加工工艺规划等活动中进行全剖面建模并进行仿真，本系统是基于拟合的方法进行的特征模型化。建模设计的特点来自 CAD/CAM 系统的特征识别模块而产生，读取出零件实体图素的特征信息。数据库中，在这些特征的构成图素的基础上，构成了整个系统的 CAD/CAM 的自动编程模块，直接从DWG 或DXF 获取特征参数，后置处理编译模块经CAD 图形特征参数变换为 CAM 数控加工NC 源代码，得到阀体数控加工的G 码、M 码。其过程：见图3 阀体数控加工NC 程序G 码的生成、图4阀体数控加工 NC 程序M 码的生成、图2 阀体数控加工NC 程序模块化 G码、M 码生成。

图2 阀体数控加工NC程序G码生成

4.2 特征识别

特征识别的基本原理是将几何模型中的几何实体与数据库中预定义的特征值进行比较，确定相匹配的特征实体，从而找出相应的特征。通过特征识别模块，得到数控加工编程所需要的数据和信息特征代码。

本系统建有一个标准零件图素的数据库，用于提取实体的零件几何形状特征来进行鉴别。过程是：从阀体二维图中，读取实体的信息。在*.dwg 的二进制图形文件里，点的属性是 00，直线的属性01，圆的属性是02，利用节点法，对构成阀体零件图的实体进行特征值处理；运用逆时钟最小夹角法，判断出圆周运动的图素是对应 G02 还是G03；搜索零件几何图素拐点、特征点的外轮廓；最后进行零件外轮廓的拟合处理。在此阶段，系统对轮廓的特征点图素进行判别，显示零件几何图素细节信息的加工要素，筛选验证并最终确定加工工艺路径。

4.3 后置编译

对将生成的 NC 程序进行词法分析、语义分析，将代码中各指令全部转化为双精度的中间数据保存，自顶向下，运用语法分析树和命令标准格式，根据系统中的各 G码值和走刀路径，完成 G指令状态值、X 和Z 坐标值，包括M 码的数据结构，最后获得阀体零件数控加工源程序。

4.4 阀体数控加工

 NC 代码自动生成 （FARGO 8020 系统、示例代码）

N10 G95 F0.30

N20 M03

N30 S160

N40 M06

T02.02

N50 G00X 128 Z 282

N60 G01X 58

N70 G00X 128 Z 284

N80 Z 277

N90 G01X 58

N100 G00 X 128 Z 279

N110 Z 272

N120 G01 X 58

N130 G00 X 128 Z 274

N140 Z 267

N150 G01 X 58

N160 G00 X 118 Z 269

N170 G01 Z 215

N180 G00 X 120 Z 269

N190 X 115

N200 G01 Z 215

N210 G00 X 117 Z 261

N220 G01 X 113 Z 265

N230 X 58

N240 G00 X 230 Z 850

N250 M06

5 结论

本文中的系统设计，以 Auto CAD 为平台，SQL Server 为数据库支撑，根据阀门设计原理、数控加工原理，特征识别技术，在 Auto Lisp 自动绘图技术和结构可靠性分析技术的基础上建立了阀体设计与加工一体的软件系统，实现了从阀体产品零件的参数化设计到数控加工 NC 程序编制的CAD/CAM 一体化的全过程