1 何謂特征加工

    在三維CAD環境下，我們已經習慣了所謂的特征造型。利用拉伸、旋轉、掃略等方法獲得實體模型，而且可以通過“布爾運算”完成針對實體模型的加減運算。在CAD環境下，通過特征造型的方式，不僅獲得了三維模型，更有意義的是通過對特征的賦值過程，在三維模型中，可設置與三維模型相關的全部幾何參數。

    一般情況下，在CAM環境中的編程操作主要有兩部分內容組成，一方面根據加工工藝內容的要求，選擇CAH軟件提供的加工方法生成，刀具路徑，通過對加工方法中的參數設置獲得合理的刀具路徑形狀和樣式；另一方面，選擇加工對象和輸入零件模型相關的幾何參數，保證生成的刀具路徑符合零件幾何形狀的要求。特征加工可以直接利用CAD造型過程中設置的模型特征參數，不僅減少了加工對象和參數的輸入，而且可以以模型特征為紐帶，將cad/cam系統連接起來，實現數據的動態關聯。這種以實體模型的幾何特征為加工對象，以特征參數為加工依據的編程方式，即為特征加工，也常稱為實體加工。

    實體加工并不是簡單的以實體模型為加工對象，而是要能識別出實體模型的特征及其參數，然后以特征為依據，貫穿于整個加工過程，包括特征識別、加工方法的選擇、加工過程中特征參數的輸入、特征的修改與刀具路徑的更新等內容，甚至可以有更多的自動加工選項。

圖1 EdgeCAM自動識別出來的多種2D/3D型腔特征和外形特征

2 特征加工的應用

    在EdgeCAM中，特征加工一般分為如下幾個步驟：識別特征；針對特征選擇加工方法；設置加工參數；動態關聯。在EdgeCAM中，有自動識別特征的功能。無論是銑削特征還是車削特征，都可以自動識別。識別出來的特征按類型自動分組，相同的特征可以同時選中并一次加工。識別出來的特征包括特征的幾何參數、顏色以及層等信息(特征參數可以修改編輯)。針對選出來的實體模型特征，選擇加工方法，以獲得合理的刀具路徑。在這個過程中，有兩部分參數需要輸入。一個是控制刀具路徑樣式的參數，如期望的刀具路徑是逆銑還是順銑、刀具路徑的步距角度等；另一個是與模型相關的幾何參數，如型腔深度、形狀位置等。在參數輸入的過程中，與模型相關的幾何參數在默認的情況下，來源于實體模型的特征參數，并可以自動加載。因此在編程過程中，只需要關注控制刀具路徑樣式的參數即可。不僅減少了編程中的數據輸入，而且生成的刀具路徑可以根據特征的更改自動更新。這為實現智能編程提供了一個解決問題的思路。

3 快捷的特征加工

    前面我們對特征加工進行了一些闡述，在針對特征作加工的過程中，可以實現更多的自動化。下面我們來看看如何快捷地完成一個特征加工過程。首先，我們先來了解一下EdgeCAM提供的一個定制自動化加工策略的工具-“策略管理器”。然后，通過應用加工策略的過程，更加深入地了解特征加工的優勢。

    策略管理器是一個用來定制加工策略的工具，通過策略管理器定制的加工策略類似于一個加工方法，可以直接應用在查找出來的實體模型的特征上，一個完整的加工策略可以使加工過程完全自動化。加工策略的定制過程就是把典型的特征加工過程復制出來，作為一個流程的節點。在策略管理器中，將這些節點連接起來，組成一個完整的加工流程，并保存下來，在需要的時候，可以直接應用。

    首先，來了解一下在策略管理工具中，定制的加工策略的格式。加工策略實質上是一個流程圖，這個流程圖在開始節點(Star節點)和終止節點(End節點)之間、由一些判斷節點、數據節點和組節點構成。還可以將多個節點定義成一個組節點，通過組節點，可以將些已經訂制好的策略或流程嵌套在主流程或其他策略下。嵌套的次數不受限制。

    每個節點的內容，可以通過將EdgeCAM環境下制定的加工過程復制出來，其內容可以是一個完整的工序內容，也可以是其中的一個步驟，如圖2所示。

圖2 加工策略示意

    例如，這里將鉆孔的步驟輸出為一個節點的內容，如圖3所示。 

 
圖3“鉆孔”組節點的內容

    輸出后，粘貼在策略管理器中，構成一個進程。這些進程可以拖拽到流程圖中，成為一個數據節點。例如這里將前面的鉆孔過程復制到策略管理器中后，命名為“鉆孔”進程。如圖4、圖5所示。

 
圖4 策略輸出對話框

圖5 輸出結果

    在這里可以看到，進程中使用的與孔相關的幾何參數值，如加工深度、基準平面等都是等采用了特征參數。如果特征參數被修改，這里的值也相應地發生變化。進給速度、主軸轉數等，使用的是固定值(也可以自定義成參數，使用專家系統提供數值)。

    該進程被拖拽到流程圖中，就是在圖5中我們看到的“鉆孔”數據節點。如果被加工的對象中有孔特征，并且需要進行鉆孔操作，那么鉆孔的加工過程，就將按照進程中設定的參數來完成。圖6是一個已經訂制好的關于孔加工的一個完整策略。應用策略的過程非常簡單，只要針對需要加工的特征、應用策略即可。  

圖6 完整的孔加工策略

    從圖6可以看到，制定的加工策略中有對特征進行判斷的功能，因此這里可以選中所有的特征來應用這個加工策略。對于非孔類特征(如這里的型腔和外形特征)，不適合處理，直接轉到終止節點(End)結束流程；如果是孔特征，則按照圖2流程中設定的過程進行處理。流程運行結束即可得到刀具路徑。

    一個策略的應用不受零件類型和形狀的限制，只要有此類特征需要加工的零件，都可以應用已經定制好的加工策略。在這里我們看到的是孔加工中的一個樣例，實際上，我們還可以針對型腔、外形、曲面等多類特征，定義完整的加工策略。這樣，傳統的編程過程將被簡化為應用加工策略的過程，加工的工藝參數可以在流程中設定，模型的幾何參數取決于特征參數。這樣就可以徹底實現編程過程的自動化了。

4 特征加工的未來

    針對特征加工可以實現很多的自動加工選項，甚至是自動編程，但是實現這些功能有一個前提，就是模型數據的完整性。只有在保證數據完整的前提下，通過對實體模型特征的自動識別，才能實現真正的特征加工。在EdgeCAM中，我們已經感受到了一些趨勢和方向。本文提到的特征加工是實現智能編程的一種手段，是當前智能編程的一個發展方向。