摘要：可加工特征自动识别AFR技术是现在计算机辅助制造技术发展的主要趋势。本文通过CAMWorks软件的应用功能，对AFR在CAM软件的应用技术和应用特点进行了较为深入地讨论。 CAPP与CAM的集成 计算机辅助工艺设计CAPP在制造业已经得到广泛地应用，但大多数的应用与研究是解决工艺文本的辅助设计，应用方面的集成主要是CAPP与CAD的集成。即CAD所设计的零件图形与零件的属性可以直接作为CAPP的输入信息，与CAM的直接集成做的较少。对于CAD与CAM的集成，传统的理解是指CAD产生的零件图形，直接作为CAM进行数控加工编程的零件模型，CAD/CAM的操作人员通过交互的方式进行数控加工轨迹的生成。操作人员必须根据被加工零件的几何形状和零件的设计要求，确定加工的顺序，包括粗加工、半精加工和精加工，以及必要加工参数的设置。这类集成只是解决了零件几何和拓扑信息的直接传递，而加工工艺和方法则由程序操作者自行解决，加工工艺的方法与操作者的经验密切相关，加工的质量由此因人而异。随着数控加工设备在现代制造企业中的普及应用，CAD通过CAPP与CAM直接集成的重要性愈来愈明显。 显然，CAD与CAM的集成的关键除了需要解决零件数据模型的直接导入外，更重要的是如何将加工工艺知识嵌入在CAM的应用过程中。 AFR技术 自动可加工特征识别AFR（Automatic machinable feature recognition）技术在国际上最早被美TekSoft公司成功应用到其CAM软件——CAMWorks中。 特征在CAD技术中通常是指那些在零部件几何形状上经常出现的一些局部几何形状，如孔、沉孔、轴肩、凸台、倒角等，如图1所示的模具板上即存在孔、沉孔、开口槽、规则凹腔等多个特征形状。这些特征通常在制造中具有一系列成熟的加工工艺，AFR技术正是利用了这一特点，在CAD所设计的零件数据模型传递给CAM的同时，依靠具有丰富工艺知识的工艺数据库支持，对这些特征进行加工方法的识别和工艺的分析，并在CAM中将其确定为可加工特征。 二十世纪末，CAD领域中以SolidWorks为代表的混合建模技术盛行。其中在应用界面上比较有意义的创新是特征结构树或装配结构树的出现。特征结构树不仅直观的反映了设计人员应用系统功能进行建模设计的历程，而且允许设计人员直接操作特征结构树对零部件图形进行设计和改进。CAM直接秉承了CAD的这一应用优点，所不同的是在CAM中生成的是可加工特征树以及加工方法操作历程。图2是在CAMWorks中生成的可加工特征树，从加工特征树上可以直接了解到加工的内容，如孔加工、非规则凹腔等。数控编程人员不用再去寻找一个个需要加工的图素，如交互拾取加工边界、孔、曲面等，无需为如何安排一个零件的粗加工到精加工的工艺顺序而烦恼。在具有AFR技术的CAM中，这些被传统技术认为需要丰富经验支持的操作过程只是通过点击一两个界面快捷按钮而轻易取代。 基于AFR技术的CAM，可以根据零件的加工特征安排加工的工艺过程，并形成加工的工艺树，如图3所示。传统方式下，通常确定零件的加工工艺需要操作人员有丰富的加工经验，这包括粗加工以及精加工的方法。例如在图3中，对于较大直径的孔，首先采用中心钻，再选择钻削。对于一些凹腔，考虑刀具的进刀安全性，安排了预钻孔。加工工艺路线确定后，刀具的选择以及加工参数的确定通常也是操作人员较为头痛的事情。对一些加工刀具来说，不正确的切削用量不仅不能使得加工达到要求的精度和表面粗糙度，而且刀具的使用寿命将会大大缩短。对于不同的刀具、不同供应商提供的刀具，切削参数均可能存在差异，这些大量的数据和参数在CAM中是依靠一个具有丰富切削工艺参数数据库来支持的，在CAM系统中将刀具规格、刀具材料以及工件材料关联，刀具的变换将意味着切削参数的变化，从而保证整个加工过程中所应用的参数合理和优化。由此可见，从产品设计、工艺设计到零部件的制造，AFR技术可以说是达到无图纸制造工程中最为重要的技术之一，并且在采用了AFR技术的CAM中，CAPP真正达到了CAD和CAM的最佳集成。 CAM中利用AFR技术存在的一个局限是可加工特征的识别受到CAD建模所定义特征类型的限制。解决的途径是在AFR技术的应用同时，采用了一个称之为交互可加工特征识别IFR（Interactive Machinable Feature Recognition）的技术。IFR通过交互设计，可以将一些复杂的曲面、型腔、不规则加工对象定义为当前零件的加工特征，并将这些加工特征挂在可加工特征树上，形成加工的工艺路线。例如图4所示的型腔零件，可以直接采用IFR进行特征的交互识别。由此可见，IFR和AFR的结合，使得CAM系统 的可加工特征问题域得到充分扩展。 结束语 AFR技术在CAM中的应用，使得CAM的操作得到简化，并且将CAPP技术直接体现在CAD到CAM的集成应用过程中。国际上在这个领域的大多数CAD/CAM软件开发商已看到这种技术存在的巨大潜在应用市场，这一技术将成为CAD/CAM应用技术不断走向自动化和智能化的重要途径。 AFR技术的应用对制造企业带来的利好可以归纳为下述几点： 1）简化了CAM的应用操作，提高了软件学习的效率； 2）使得缺乏工艺经验的人员也可以得到优化的加工工艺和数控程序，隐性降低了企业在人力方面的投入和运行成本； 3）规范企业刀具的使用参数，从而提高生产效率，延长刀具寿命，并降低制造的成本； 4）利用工艺技术参数库可以不断规范企业内部技术参数使用，逐步形成标准化。 总而言之，AFR技术使得CAM的应用增添了智能化、自动化、标准化的特点。传统企业在选择CAM软件的过程中过分注重软件的功能复杂性，从而在人工成本、加工成本、制造效率和反复出错的过程中支付了成倍于软件购置的大量资金和精力，而这些问题并不能因此而解决，往往因为人员的波动、经验的差异和种种原因，使得问题不断出现、反复循环，希望本文的内容能够给企业带来新的思考。
作者： 许超 东南大学 中国南京210018
