Open Inventor在鈑金CAD/CAM系統中的應用

摘要：介紹了 Open Inventor 在鈑金CAD / CAM軟體系統設計開發中的實現方式，以及軟體系統設計開發的一些關鍵技術，主要解決鈑金的展開設計、最佳化排樣、數控加工模擬等問題。

隨著資訊工業的發展，鈑金零件的設計、製造也發生著變革。但目前鈑金零件設計和製造在很大程度上還要依靠工藝設計人員手工完成。由於手工勞動的多樣性和低效率，很難實現鈑金工藝過程的標準化、高效和最佳化，難以滿足新產品更新換代週期日益縮短的要求。根據自身需求，開發鈑金 CAD / CAM 整合軟體系統已成為一個急需解決的問題。本文主要介紹 Open Inventor 在軟體系統中的實現方式及一些關鍵技術。

 

一、 Open Inventor 簡介

使用者在使用 CAD / 系統時要進行大量的人機對話，而人機對話的介質是圖形，所以選擇一個合適的圖形開發工具至關重要。本文選擇的圖形開發工具是來自 Mercury 的 Open Inventor 。 Open Inventor 是在 Open   GL 的基礎上開發的一個圖形工具庫，具有全面強大的元件用於快速產品開發，從而幫助使用者縮短開發週期，最佳化開發成本與資源，給使用者帶來更大的開發效率。

 

Open Inventor 是一個物件導向的高效的三維圖形制作系統，它還提供了多種檔案格式介面的方法，使用者可以用這些方法讀入或輸出圖形物件。 Open Inventor 把圖形物件的資訊和對圖形物件的操作封裝在一起。這樣，使用者很容易對建立的圖形物件實現改變顏色、大小、紋理、移動位置、變換視角、動畫、滑鼠選取、高亮度顯示等一系列操作。

 

二、系統總體結構設計及關鍵技術

1 ．圖形處理

圖形處理主要工作是將輸入的鈑金圖形展開放樣，為後面的排樣和加工模擬做準備。三維圖形的形成是由一個二維截面在一定的軌跡上運動得到的。根據這樣的原理將複雜的鈑金圖形分割成若干筒單形體，讀取每個分割體的資料，包括截面資料、相應的軌跡資料和分割體之闖的拓撲關係資料，這些資料分別記錄。展開放樣就是求軌跡的實長，實長求得後再根據記錄的截面資料，使用 Open Inventor 中的 SoExtrusion0 生成分割體的展開圖，再依據拓撲關係資料將分割體的展開圖平鋪在同一平面上，形成原有鈑金圖形的展開圖。

 

圖 1 系統總體結構圖

 

2 ．排樣處理

鈑金的排樣下料演算法為割料問題 (Cutting   Stock   Problem ， CSP) ，即怎樣在一個或者多個矩形上不重疊地排放不同形狀的平面圖形使得這些圖形的面積利用率最高，該問題屬於 NP 一完全問題，也是 NP 一難問題，找到最優解非常困難，主要採用近似演算法解決一些問題。

 

目前常見的近似演算法有遺傳演算法、螞蟻演算法、模擬退火演算法、貪心演算法等。這些演算法較複雜，用常規方法編寫效率低，為此可藉助 Matlab 強大的數值計算功能，與 V C ++ 混合程式設計。透過 Maflab 編譯器將其 m 檔案轉換成 C / C++ 程式碼檔案並生成必要的庫後再透過 VC++ 編譯器生成可獨立執行的應用程式，這種方式可直接呼叫其中的庫函式生成併發布不必依賴 Matlab 的可執行檔案。

 

3 ．模擬加工模組

模擬加工主要分為加工過程模擬和 NC 指令輸出。加工過程是去除材料的過程，運用布林運算的減運算，使用 Open Inventor 中的 So   Timer   Sensor () 設定時間函式，在每一個時間週期內完成一次布林減運算，布林運算可使用 So   Bool   Operation() ，每個動作連在一起就形成了整個加工過程。輸出的 NC 程式碼要符合數控機床中數控系統要求才能進行加工，不同的數控系統對 NC 程式碼編寫要求也不同，而刀具軌跡是相同的，為此設定後置處理程式讀取刀具軌跡資料，再根據數控系統要求轉換為相應的 NC 程式碼。

 

三、結束語

在現實應用中，該系統提高了設計效率、最佳化了排樣下料以及增強了產品製造的可預見性，縮短了產品從設計到製造的週期，對於推廣產品的數字化設計和製造及提高產品的市場的競爭力，具有重要的實際意義和使用價值。並且其它軟體平臺 ( 如 Pro / e) 可匯入系統輸出的圖形檔案進行其他分析，系統生成的 NC 程式碼可輸入相應的數控機床進行數控 加工。本文章來自御雲鈑金軟體，更多詳細資訊請點選：