CN103454972B - 基于ug nx api的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UG？NX？API的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，包含以下步骤：建立刀具坐标系；从预置数据库中读取刀具以及砂轮的几何信息；建立刀具的毛坯，以及砂轮的三维模型；建立各个磨削工艺砂轮运动轨迹的数学模型；将砂轮轨迹NURBS样条化，并对样条曲线进行离散化，形成砂轮运动轨迹的坐标样本；基于UGNX？API以及图形显示接口，绘制基于工件坐标系的砂轮运动轨迹；在刀具坐标系中，仿真确认砂轮运动轨迹的正确性；最终形成砂轮轨迹动态链接库；根据机床的运动链结构定制本机床的后置处理程序，结合砂轮运动轨迹最终自动生成数控加工程序。利用上述方法，最终实现了刀具五轴数控磨削加工自动编程。

Description

基于UG NX API的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法

技术领域

本发明涉及编程技术领域，特别是涉及一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法。

背景技术

刀具被誉为“工业的牙齿”，是材料加工过程中的一个重要的环节。随着先进制造技术及高效数控机床的高速发展以及新材料的不断涌现，要求数控刀具具有高效率、高精度、高可靠性和专用化的特点。为了加工得到高精度刀具，就需要使用五轴数控磨床对刀具进行加工；而对于五轴数控磨床如何提高刀具磨削质量和制造效率来说，刀具五轴数控磨削的编程技术是关键。

现有的五轴数控磨床的刀具五轴数控磨削的编程还是采用手工编程方式，即采用手工编程方式对砂轮磨削运动模型进行拟合编程，生成刀具磨削数控程序代码，再借助第三方仿真软件进行仿真加工，之后进行实验磨削。现有技术的这种刀具五轴数控磨削的编程方法的开发周期较长，尤其是对需要大量计算的复杂曲面五轴联动编程，就显得很力不从心了。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，是基于UGNX的CAD/CAMAPI技术开发包含刀具五轴数控磨削加工砂轮运动轨迹程序的动态链接库，利用UGNXAPI技术，采用NURBS样条技术拟合复杂曲线运动，利用软件自动取样生成加工控制点技术，从而实现五轴磨削加工的自动编程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，是基于UGNX的CAD/CAMAPI技术开发包含刀具五轴数控磨削加工砂轮运动轨迹程序的动态链接库；其包括如下步骤：

a．建立刀具坐标系；

b．从预置数据库中读取刀具和砂轮的几何信息；

c．基于UGCAD建立刀具的毛坯，以及砂轮的三维模型；

d．根据预先设定的刀具磨削工艺，建立各个刀具磨削工艺的砂轮运动轨迹的数学模型；

e．基于步骤d的数学模型，将砂轮轨迹NURBS样条化，并对样条曲线进行离散化，形成砂轮运动轨迹的坐标样本；

f．基于UGNXAPI以及图形显示接口，绘制基于刀具坐标系的砂轮运动轨迹；

g．在刀具坐标系中，基于UG仿真判别砂轮运动轨迹的正确性；当判断为正确时，继续下一步骤，当判断为不正确时，返回步骤d；

h．形成砂轮轨迹动态链接库；

i．根据磨削机床的运动链结构定制本机床的后置处理程序，结合砂轮运动轨迹最终自动生成数控加工程序的NC代码。

所述步骤b中的预置数据库包括刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库，且刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库均采用SQLServer2008建立。

所述步骤d中的预先设定的刀具磨削工艺包括开槽、磨削周刃后角（清边）、磨削端齿后角（底刃后角）、磨削刀尖分屑槽（Split）、磨削刀尖间隙（Heel）和磨削刀尖容屑槽（Gash）。

本发明的一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，是利用NX/OpenMenuScript开发刀具磨削软件菜单；利用SQLServer2008建立保存有刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库；利用UGNX/API、C++及C#语言对整体刀具的五轴数控磨削加工各工序的砂轮运动轨迹编程，建立动态链接库文件；基于UGNX后置处理构造器，配置实际磨削机床的后置处理程序；利用开发的砂轮运动轨迹动态链接库文件，对砂轮运动轨迹进行后置处理，自动编程五轴数控磨削加工程序代码。

本发明的有益效果是，基于UGNXAPI技术，利用其处理加工复杂曲面问题的能力，自动生成磨削刀具的砂轮轨迹曲线；基于模块化编程思想，分解刀具磨削工艺，因此可实现工艺顺序的任意编排，而不用修改程序，因而提高了数控代码编写的灵活性；利用程序生成的砂轮运动轨迹可以进行仿真，而不需要将整个的数控代码完成后才进行仿真，因此提高了开发效率；开发的砂轮的运动轨迹程序具有通用性，可以适应任何结构五轴磨床。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是根据本发明方法的开槽时砂轮的刀位轨迹示意图。

具体实施方式

实施例，参见图1所示，本实施例是以某一款球头铣刀为例来说明本发明的一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，也可以扩展到磨削其他的整体刀具（例如平头刀，锥形整体铣刀等）。

UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）***，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

UGNX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。

本发明的一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，是基于UGNX的CAD/CAMAPI（计算机辅助设计与计算机辅助制造应用程序编程接口）技术开发包含刀具五轴数控磨削加工砂轮运动轨迹程序的动态链接库；其包括如下步骤：

a．建立刀具坐标系；即确定基于刀具的编程坐标系；刀具坐标系是生成砂轮刀位轨迹数据的基准，对程序编写的简易程度有很重要的影响，本实施例将刀具坐标系建立在球心；

b．从预置数据库中读取刀具和砂轮的几何信息；

所述步骤b中的预置数据库包括刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库，且刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库均采用SQLServer2008（结构化查询语言）建立；刀具的种类和形状是多种多样的，磨削不同种类和形状的刀具，也需要不同几何形状的砂轮；

本发明是应用SQLServer2008建立了刀具类型及参数的数据库，用于存储整体刀具的类型及结构参数，以方便调用及管理，同时建立基于不同的几何形状的砂轮，建立砂轮数据库；这些几何参数作为计算砂轮运动轨迹的重要参数；

为了建立数据库与开发的程序之间的链接关系，本发明利用UGNX/OpenMenuScript（NX菜单脚本）开发了与砂轮运动轨迹动态链接库的接口文件，可以从此接口文件调用磨削相应刀具的几何信息；

c．基于UGCAD（UG计算机辅助设计）建立刀具的毛坯，以及砂轮的三维模型；通过数据接口文件，调用刀具及砂轮几何信息，绘制刀具的毛坯及砂轮的形状，砂轮的刀位轨迹都是在此基础上生成的；

d．根据预先设定的刀具磨削工艺，建立各个刀具磨削工艺的砂轮运动轨迹的数学模型；即分析刀具的结构特点，建立各个磨削工艺砂轮运动轨迹的数学模型；

根据刀具磨削工艺的不同，需要建立不用的工艺数学模型，其工艺主要包含：开槽，磨削周刃后角（清边），磨削端齿后角（底刃后角），磨削刀尖分屑槽（Split），磨削刀尖间隙（Heel），磨削刀尖容屑槽（Gash）；此数学模型作为砂轮运动轨迹的型值点，是生成NURBS样条曲线的型值点；

e．基于步骤d的数学模型，将砂轮轨迹NURBS（非均匀有理B样条曲线）样条化，并对样条曲线进行离散化，形成砂轮运动轨迹的坐标样本；

为了使得刀具刃口曲线光顺，本发明利用NURBS样条曲线技术，将数学模型计算的型值点进行NURBS样条化，最终形成一条光顺的NURBS样条曲线；并对NURBS样条曲线离散化，形成基于工件坐标系的砂轮运动轨迹的坐标样本，砂轮以此坐标点进行磨削刀具运动；

f．基于UGNXAPI（UGNX应用程序编程接口）以及图形显示接口，绘制基于刀具坐标系的砂轮运动轨迹；

本步骤是对砂轮运动轨迹进行可视化处理；利用UG的图像处理接口文件，结合本发明形成的坐标样本数据，将砂轮运动轨迹显示在界面上，可以直观的初步判定砂轮运动轨迹的正确性；

g．在刀具坐标系中，基于UG仿真判别砂轮运动轨迹的正确性；当判断为正确时，继续下一步骤，当判断为不正确时，返回步骤d；

通过轨迹仿真功能，确认砂轮运动轨迹的正确性，如果轨迹不是预期的结果，可以从修改数学模型或者微调几何结构参数来加以更正（即返回步骤d），直到砂轮运动轨迹是正确无误，如图2所示，为开槽的砂轮轨迹，最终生成砂轮运动轨迹的动态链接库；

h．形成砂轮轨迹动态链接库；

i．根据磨削机床的运动链结构定制本机床的后置处理程序，结合砂轮运动轨迹最终自动生成数控加工程序的NC（数字控制）代码；

本步骤是利用PostBuilder（后置处理器）定制五轴磨床的后置处理程序；此后置处理程序主要是结合机床的数控***特点以及实际机床的运动链，使得后置处理的程序完全能够被数控***读取，以便驱动机床磨削刀具；利用UGNX的后置处理器，根据实际磨床结构以及数控***，编写后置处理程序，用于对刀位轨迹文件的后置处理；

最终利用数据接口文件，各工序的动态链接库程序，后置处理程序生成可以实际磨削加工整体刀具的数控代码；

本发明以动态链接库作为核心的组成部分，利用配置的后置处理程序，最终实现自动生成磨削刀具的五轴数控程序。

本发明的一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，是利用NX/OpenMenuScript（NX菜单脚本）开发刀具磨削软件菜单；利用SQLServer2008建立保存有刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库；利用UGNX/API、C++及C#语言对整体刀具的五轴数控磨削加工各工序的砂轮运动轨迹编程，建立动态链接库文件；基于UGNX后置处理构造器，配置实际磨削机床的后置处理程序；利用开发的砂轮运动轨迹动态链接库文件，对砂轮运动轨迹进行后置处理，自动编程五轴数控磨削加工程序代码。

本发明的方法是一种基于UGNXAPI技术，利用其处理加工复杂曲面问题的能力，自动生成磨削刀具的砂轮轨迹曲线；基于模块化编程思想，分解刀具磨削工艺，因此可实现工艺顺序的任意编排，而不用修改程序，因而提高了数控代码编写的灵活性；利用程序生成的砂轮运动轨迹可以进行仿真，而不需要将整个的数控代码完成后才进行仿真，因此提高了开发效率；开发的砂轮的运动轨迹程序具有通用性，可以适应任何结构的五轴磨床。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，其特征在于：是基于UGNX的CAD/CAMAPI技术开发包含刀具五轴数控磨削加工砂轮运动轨迹程序的动态链接库；其包括如下步骤：

a．建立刀具坐标系；

b．从预置数据库中读取刀具和砂轮的几何信息；

c．基于UGCAD建立刀具的毛坯，以及砂轮的三维模型；

d．根据预先设定的刀具磨削工艺，建立各个刀具磨削工艺的砂轮运动轨迹的数学模型；

e．基于步骤d的数学模型，将砂轮轨迹NURBS样条化，并对样条曲线进行离散化，形成砂轮运动轨迹的坐标样本；

f．基于UGNXAPI以及图形显示接口，绘制基于刀具坐标系的砂轮运动轨迹；

g．在刀具坐标系中，基于UG仿真判别砂轮运动轨迹的正确性；当判断为正确时，继续下一步骤，当判断为不正确时，返回步骤d；

h．形成砂轮轨迹动态链接库；

i．根据磨削机床的运动链结构定制本机床的后置处理程序，结合砂轮运动轨迹最终自动生成数控加工程序的NC代码。

2.根据权利要求1所述的基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，其特征在于：所述步骤b中的预置数据库包括刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库，且刀具几何参数数据库和砂轮几何参数数据库均采用SQLServer2008建立。

3.根据权利要求1所述的基于UGNXAPI的刀具五轴数控磨削加工自动编程的方法，其特征在于：所述步骤d中的预先设定的刀具磨削工艺包括开槽、磨削周刃后角、磨削端齿后角、磨削刀尖分屑槽、磨削刀尖间隙和磨削刀尖容屑槽。