CN104143029A - 一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法 - Google Patents

Abstract

一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，属于可转位刀具参数化设计技术领域。本发明为了解决现有的可转位端面铣刀刀盘设计过程中计算繁琐复杂、易于出错，设计精度低、产品的设计周期长、设计成本高的问题。提出了如下技术方案：基于UG平台的参数化设计；创建具有随动性的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数；开发刀盘参数数据库；基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言编写出可转位端面铣刀刀盘三维实体模型设计程序。本发明适用于可转位刀具的三维建模及企业道具模型的信息管理。

Description

一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法

技术领域

本发明涉及一种铣刀刀盘参数化设计方法，尤其涉及一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，属于可转位刀具参数化设计技术领域。

背景技术

切削加工是现代机械制造业的主要加工方法，是指利用刀具去除多余材料的过程。刀具作为切削加工的执行者，其质量和性能将直接影响切削加工的效率、精度。因此刀具技术的革新成为推动机械制造业进步的主要动力。可转位刀具是在对传统焊接式刀具进行分析的基础上进行的改进，并因其优良的性能成为可与先进机床相匹配的刀具。可转位刀具具有切削效率高，辅助时间短的优点，因此提高了切削加工的效率；由于刀体的具有可重复使用的特点，因此节约了刀具的制造材料及费用。传统的可转位刀具设计，需在了解掌握大量理论知识的基础上，查阅相关技术手册，进行大量的参数计算，设计过程中运用手工计算，计算繁琐复杂、难度大、工作量大且易出现错误。

参数化设计又叫尺寸驱动技术，是指将结构中的参数尺寸调整成可变的参数，将几何参数与拓扑结构内嵌在内部程序当中，当尺寸变动时，实现模型的自动更新。这一思想体现了现代产品设计中对于已有产品的可再使用性。由于三维产品直观的特点，并且当今大部分三维软件例如UG、PRO/E等具有与数控加工的接口，可以直接生成数控加工代码，因此现今参数化设计普遍经历着一个从二维向三维过渡的过程。目前基于三维软件进行参数化设计的三维软件主要有UG、PRO/E、INVENTOR等软件。

UG是美国UGS公司推出的三维设计软件Unigraphics，是一个交互式计算机辅助设计与计算机辅助制造系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。已经成为机械行业三维实体设计、加工工艺流程设计、装配设计的一个主流应用。但UG软件没有提供企业专用系列化可转位刀具设计系统，可转位刀具设计还有很多约束和不便之处。

因此，如何利用UG软件开发企业定制的专用系列化可转位刀具设计系统，使可转位刀具的设计过程简化、提高可操作性、扩大适用性，有利于提高可转位刀具设计的整体水准，成为现代企业提高设计能力、提高自主创新能力从而实现高效率、高品质、低成本生产，提高经济效益亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，以解决现有的可转位端面铣刀刀盘设计过程中计算繁琐复杂、易于出错，设计精度低、产品的设计周期长、设计成本高的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，包括以下步骤：

步骤一、基于UG平台的参数化设计；

步骤二、创建具有随动性的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数；

步骤三、开发刀盘参数数据库；该数据库可以实现对于数据的查询、添加及删除操作，

步骤四、基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言按照实体建模的思路编写出可转位端面铣刀刀盘三维实体模型设计程序，该实体模型设计程序包括刀盘主体设计程序、容屑槽设计程序、安装槽设计程序三部分，通过在程序中读取数据库中的参数或者参数窗口中的参数生成可转位端面铣刀刀盘三维实体模型。

本发明具有以下有益效果：

1.大大减少了可转位端面铣刀刀盘设计和计算的强度，大大缩短了产品的设计周期，降低了设计成本。同一系列可转位端面铣刀刀盘根据尺寸参数不同有很多单品，若采用手工计算绘制可转位端面铣刀刀盘需要大约两周时间左右，采用本发明从计算到生成三维实体模型只需15分钟左右；

2.设计精度高，完全满足生产实际需要，同时可以根据用户的要求输入参数，生成三维实体模型，灵活性好；

3.系统设计采用C/S结构，该结构由数据层和客户层两个层次组成，层次清晰明确，保证系统的稳定性；

4.采用ODBC数据访问接口与SQL语言和C++语言开发了基于ACCESS的关系型刀盘参数数据库，该数据库完成数据表格的建立和对数据进行操作的程序的编写两部分任务。Access数据库是微软公司推出的基于Windows的桌面关系数据库，它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7种用来建立数据库系统的对象，提供了多种向导、生成器、模板把数据存储、数据查询、界面设计、报表生成等操作规范化，方便快捷，使用户不用编代码即可完成大部分数据管理的任务；

5.采用UG自带的UIStyler和Windows应用程序开发工具MFC创建随动的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数。人机交互界面包括菜单和窗口，菜单编写采用的是UG/Open Menuscript脚本语言，主窗口采用的是UIStyler，与UG环境界面风格相匹配，且其开发形式相对简单，数据库窗口采用的Windows应用程序开发工具MFC，与UIStyler相比它能提供与数据库的接口，方便数据的链接与访问，并易于实现复杂的界面，与UG/Open API相比它易于实现复杂数据结构，与UG/Open相比它能更好的处理长字符串；

6.基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言，按照实体建模的思路编写出可转位端面铣刀刀盘三维实体模型设计程序，该实体模型设计程序包括刀盘主体设计程序、容屑槽设计程序、安装槽设计程序三部分，通过在程序中读取数据库中的参数或者参数窗口中的参数生成可转位端面铣刀刀盘三维实体模型。两种方法实现可转位端面铣刀刀盘三维实体模型建立，方便快捷，给予用户选择，具有灵活性，人机交互更为友好，更人性化；

7.生成的可转位端面铣刀刀盘三维实体模型可以在UG的CAE模块中进行轻度数值模拟分析，较精确的掌握刀盘上各点的受力情况，了解刀盘内部应力、改变温度的分布规律，方便找出危险点，为优化设计方案提供依据，可提高刀盘的使用寿命；

8.生成的可转位端面铣刀刀盘三维实体模型可在UG的CAM模块生成数控G代码，直接指导在数控机床上加工；

9.在生成的可转位端面铣刀刀盘三维实体模型的基础上还可以开发可转位端面铣刀刀盘与刀片的自动虚拟装配仿真软件，简化繁琐冗余的装配过程；

10.在生成的可转位端面铣刀刀盘与刀片的自动虚拟装配生成的可转位端面铣刀三维实体模型基础上，还可以开发可转位端面铣刀切削过程仿真软件，对切削过程进行动态仿真，帮助刀具设计者验证刀具的参数合理与否，减少或者避免试切，直接降低工件的试切、调试费用，缩短试制周期，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的菜单图，点击创建刀具，进入创建刀具的界面。

图2是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的人机交互界面中的刀体总体设计界面，用于输入刀体各个参数，生成刀体总体三维实体模型。

图3是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的人机交互界面中的排屑槽设计界面，用于选择不同类型的排屑槽，在刀体总体三维实体模型上生成排屑槽。

图4是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的人机交互界面中的刀片安装槽设计界面，用于选择不同类型的刀片安装槽，在带有排屑槽的刀体总体三维实体模型上生成刀片安装槽。

图5是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的人机交互界面中的刀体数据库界面，用于进入数据库的所有相关操作。

图6是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的人机交互界面中的刀体数据库相关操作界面，包含查询数据库中的数据、全部显示数据库中的所有数据、入库操作、删除数据库中已有数据等操作。输入查询条件，点击查询可查询符合查询条件的刀具；点击全部显示可显示数据库中所有的刀具数据；选中某一个或多个刀具参数数据点击删除可将该刀具参数数据从数据库中删除；点击入库进入图7对话框。

图7是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统的人机交互界面中的刀体数据库入库操作界面，通过添加相关的参数，点击入库，可增加新的刀体数据。

图8是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在数据库中选取刀盘直径D＝63，齿数为4的数据进行参数化建模结果。

图9是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在数据库中选取刀盘直径D＝63，齿数为6的数据进行参数化建模结果。

图10是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在刀具参数对话框中输入D＝80，d1＝27，d2＝13.5，H＝50，l1＝22，l2＝37，齿数为4的数据进行参数化建模结果。

图11是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在刀具参数对话框中输入D＝80，d1＝27，d2＝13.5，H＝50，l1＝22，l2＝37，齿数为6的数据进行参数化建模结果。

图12是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统VC环境设置中的工程属性设置。

图13是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统VC环境设置中的头文件及库文件的查找目录设置。

图14是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统UG系统环境变量设置图。

图15是本发明可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统工程文件夹的组织形式图。

图16是系统开发流程图。

图17参数化设计总体结构图。

具体实施方式

本发明可通过两种方法生成三维实体模型，一种方法是输入可转位端面铣刀刀盘的各种三维参数，直接生成三维实体模型；另一种方法是添加可转位端面铣刀刀盘的各种三维参数到数据库中，从数据库中读取该数据生成三维实体模型。

具体实施方式一：本实施方式所述的一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，包括以下步骤：步骤一、基于UG平台的参数化设计；步骤二、创建具有随动性的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数；步骤三、开发刀盘参数数据库；该数据库可以实现对于数据的查询、添加及删除操作，步骤四、基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言按照实体建模的思路编写出可转位端面铣刀刀盘三维实体模型设计程序，该实体模型设计程序包括刀盘主体设计程序、容屑槽设计程序、安装槽设计程序三部分，通过在程序中读取数据库中的参数或者参数窗口中的参数生成可转位端面铣刀刀盘三维实体模型。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：于步骤一的具体过程如下：步骤一一、采用C/S结构，该结构由数据层和客户层两个层次组成，其中客户层是完成对刀盘数据的查询，刀盘结构数据的入库，刀盘结构数据的删除及刀盘的参数化设计，数据层完成刀盘数据信息的存储。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二的具体过程如下：使用UG自带的UIStyler和Windows应用程序开发工具MFC创建随动性的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述的人机交互界面包括菜单和窗口，菜单编写采用的是UG/Open Menuscript脚本语言，主窗口采用的是UIStyler，数据库窗口采用的Windows应用程序开发工具MFC。其它步骤与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三的具体过程如下：采用ODBC数据访问接口与SQL语言和C++语言开发基于ACCESS的关系型刀盘参数数据库，该数据库完成数据表格的建立和对数据进行操作的程序的编写两部分任务。选择基于ODBC的Access关系型数据库原因：要实现数据层和客户层的访问，就要建立适当的数据访问接口，目前常用的数据库访问接口通常有三类，即ActiveX数据对象(ADO)、数据访问对象(DAO)、开放型数据互联(ODBC)。在这三类中，ODBC因其强大的功能而受到广泛的应用。因此本发明采用的是基于ODBC的Access关系型数据库，该数据库主要由两部分组成，一部分是物理设计，该部分主要完成相应的数据表格的建立。另一部分是逻辑设计部分，该部分完成的是对于数据进行操作的程序的编写。其它步骤与具体实施方式一至四之一相同。

本发明的实施例如下：

本发明可通过两种方法生成三维实体模型，一种方法是输入可转位端面铣刀刀盘的各种三维参数，直接生成三维实体模型；另一种方法是添加可转位端面铣刀刀盘的各种三维参数到数据库中，从数据库中读取该数据生成三维实体模型。

可转位端面铣刀刀盘三维实体模型直接生成过程：进入UG软件→在菜单栏选择可转位数控刀盘CAD系统→在下拉菜单中选择刀盘设计→点击创建刀具(如图1所示)→系统跳出可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)→输入建模参数→点击应用按钮→生成刀盘主体模型→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击排屑槽设计按钮→出现排屑槽设计特征模块(如图3所示)→输入齿数→选择排屑槽类型→点击应用按钮→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击刀片安装槽设计按钮→出现刀片安装槽设计特征模块(如图4所示)→选择刀片安装槽类型→点击应用按钮→生成三维实体模型完毕。

可转位端面铣刀刀盘三维实体模型由数据库数据生成过程：进入UG软件→在菜单栏选择可转位数控刀盘CAD系统→在下拉菜单中选择刀盘设计→点击创建刀具(如图1所示)→系统跳出可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击数据库按钮→出现数据库模块(如图5所示)→点击M660系列数据库按钮→出现数据库对话框(如图6所示)→选择数据库中的某一刀具→点击确定按钮→生成三维实体模型完毕。

数据库刀具查询操作过程：可转位端面铣刀刀盘三维实体模型由数据库数据生成过程：进入UG软件→在菜单栏选择可转位数控刀盘CAD系统→在下拉菜单中选择刀盘设计→点击创建刀具(如图1所示)→系统跳出可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击数据库按钮→出现数据库模块(如图5所示)→点击M660系列数据库按钮→出现数据库对话框(如图6所示)→在查询条件中输入信息→点击查询按钮→出现符合查询条件的刀具。

数据库刀具全部显示操作过程：可转位端面铣刀刀盘三维实体模型由数据库数据生成过程：进入UG软件→在菜单栏选择可转位数控刀盘CAD系统→在下拉菜单中选择刀盘设计→点击创建刀具(如图1所示)→系统跳出可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击数据库按钮→出现数据库模块(如图5所示)→点击M660系列数据库按钮→出现数据库对话框(如图6所示)→点击全部显示按钮→显示数据库中所有的刀具。

数据库刀具删除操作过程：可转位端面铣刀刀盘三维实体模型由数据库数据生成过程：进入UG软件→在菜单栏选择可转位数控刀盘CAD系统→在下拉菜单中选择刀盘设计→点击创建刀具(如图1所示)→系统跳出可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击数据库按钮→出现数据库模块(如图5所示)→点击M660系列数据库按钮→出现数据库对话框(如图6所示)→在刀具中选中要删除的刀具→点击删除按钮→删除该选中刀具。

数据库刀具入库操作过程：可转位端面铣刀刀盘三维实体模型由数据库数据生成过程：进入UG软件→在菜单栏选择可转位数控刀盘CAD系统→在下拉菜单中选择刀盘设计→点击创建刀具(如图1所示)→系统跳出可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)→在可转位数控刀盘总体设计对话框(如图2所示)中点击数据库按钮→出现数据库模块(如图5所示)→点击M660系列数据库按钮→出现数据库对话框(如图6所示)→点击入库按钮→出现入库操作对话框(如图7所示)→输入相应参数→点击确认按钮→新的刀具数据添加到数据库对话框。

可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在数据库中选取刀盘直径D＝63，齿数为4的数据进行参数化建模结果(如图8所示)。

可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在数据库中选取刀盘直径D＝63，齿数为6的数据进行参数化建模结果(如图9所示)。

可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在刀具参数对话框中输入D＝80，d1＝27，d2＝13.5，H＝50，l1＝22，l2＝37，齿数为4的数据进行参数化建模结果(如图10所示)。

可转位端面铣刀刀盘参数化设计系统在刀具参数对话框中输入D＝80，d1＝27，d2＝13.5，H＝50，l1＝22，l2＝37，齿数为6的数据进行参数化建模结果(如图11所示)。

可转位端面铣刀刀盘的参数化设计系统的运行平台为UGNX6.0，相应的操作系统为Microsoft Windows XP或者更高的版本，在进行二次开发的过程中设置以下环境：

①系统的开发环境为VC++，在进行软件开发的过程中设置工程属性。添加链接库，libugopenint.lib libvmathpp.lib libufun.lib库是调用UG二次开发函数UF函数的代码在链接时必须的。单击【PROJECT】→【Setting】→【Link】，在Output file name文本框中填入最终编译链接成的DLL文件名，在Object/Library/modules文本框中，加入需要的库名。对于NXOpen程序，添加的库名为libugopenint.lib libvmathpp.lib libufun.lib，(如图12所示)；设置头文件及库文件的查找目录，在菜单上单击【Tools】→【Options】→【Directories】，在【Options】对话框中分别为包含文件(Include files)和库文件(Library files)设置查找目录，本系统中的查找目录如图13。

②数据库的开发是基于ODBC的数据访问接口进行的，在进行数据库的创建前，应首先进行数据源的连接。在系统中选择【控制面板】→【性能和维护】→【管理工具】→【数据源】，本系统中数据源的注册采用的是Access数据库。

③系统编译完成后应当对UG软件的环境变量进行设置，以使程序在软件启动时能够自动进行加载。设置系统环境变量在本系统中软件的工作目录为F:\WIDIA_F\sourcefile，右键单击“我的电脑”，单击【属性】→【高级】→【环境变量】，新建一个名为“UGII_USER_DIR”的环境变量，并将路径设为“F:\WIDIA_F\sourcefile”，并单击【确定】，创建成功。本系统的环境变量设置如图14所示。

刀盘参数化设计系统开发流程图如图16，利用UGNX6.0中的Menuscript设计菜单文件，生成*.men文件；利用UGNX6.0中的UIStyler设计用户界面，生成*.dlg、*.h、*template.c文件；利用VC++6.0中的MFCAppWizard编写UIStyler对话框接口函数，链接*.h、*template.c生成*.dll文件，编写数据库读取函数，生成*.dll文件，设计程序算法，创建ACCESS数据库，生成*.mdb文件；*.dlg文件放入application文件夹，*.dll文件放入startup文件夹，*.mdb文件放入database文件夹。刀盘参数化设计的实体建模系统的所有工程文件的组织形式如图15，application文件夹用于存放由UG二次开发工具UIStyler生成的*.dlg对话框文件，startup文件夹用于存放程序编译生成的*.dll文件及*.men文件。其中*.dll文件是程序编译生成的动态链接库，是进行一系列动作的基础，而*.men文件主要用于生成菜单文件。Database文件夹用于存放数据库表格*.mdb，该文件是数据库建立的物理部分。

刀盘参数化设计的实体建模系统的所有工程文件的组织形式如图15，首先创建总体工程文件夹WIDIA，在该总体工程文件夹下依次创建以下三个固定名称的文件夹application、database及startup。在进行相应的环境变量的设置以后系统每次启动时都会加载相应文件夹中的内容。其中application文件夹用于存放由UG二次开发工具UIStyler生成的*.dlg对话框文件，startup文件夹用于存放程序编译生成的*.dll文件及*.men文件。其中*.dll文件是程序编译生成的动态链接库，是进行一系列动作的基础，而*.men文件主要用于生成菜单文件。Database文件夹用于存放数据库表格*.mdb，该文件是数据库建立的物理部分。

选择MFC的原因：在UG中对话框的制作方式主要有两种，一种是利用NX/Open二次开发工具包所提供的UIStyler模块制作UGNX风格的对话框，另一种是利用windows应用程序开发工具中的MFC制作对话框。尽管UG所提供的二次开发工具具有强大的功能，但与windows应用程序开发工具相比，其资源是有限的，主要表现在以下几个方面：(1)关于复杂数据结构的实现在UG/OpenAPI中关于链表、映射等类是实现方式相关内容较少，但在基于C++的MFC中实现却相对容易。

(2)关于长字符串的处理由于UG/Open中采用的是标准C的字符串函数，当开发过程需要使用大量的字符串时，就会增加其开发周期，而在MFC中提供了基于C++类的CString类，避免了字符串处理过程中对于成员函数与变量的声明和定义。

(3)关于复杂界面的实现UG二次开发工具UISTYLER能提供与UG风格相同的控件，但这些控件所能实现的功能有限，同windows应用程序开发工具相比有很大的差距。(4)关于数据库的访问在数据库的建立过程中，UIStyler只提供了对于同种形式的UIStyler图形交互界面的接口，而对于同数据的链接方面并没有相应的访问接口形式，而windows应用程序开发工具中提供了多种数据访问机制，可以方便的实现数据的链接与访问。

Claims (5)

1.一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、基于UG平台的参数化设计；

步骤二、创建具有随动性的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数；

步骤三、开发刀盘参数数据库；

步骤四、基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言编写出可转位端面铣刀刀盘三维实体模型设计程序，该实体模型设计程序包括刀盘主体设计程序、容屑槽设计程序、安装槽设计程序三部分，通过在程序中读取数据库中的参数或者参数窗口中的参数生成可转位端面铣刀刀盘三维实体模型。

2.根据权利要求1所述的一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，其特征在于步骤一的具体过程如下：

步骤一一、采用C/S结构，该结构由数据层和客户层两个层次组成，其中客户层是完成对刀盘数据的查询，刀盘结构数据的入库，刀盘结构数据的删除及刀盘的参数化设计，数据层完成刀盘数据信息的存储。

3.根据权利要求2所述的一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，其特征在于步骤二的具体过程如下：使用UG自带的UIStyler和Windows应用程序开发工具MFC创建随动性的人机交互界面，开发不同窗口界面间的调用函数。

4.根据权利要求3所述的一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，其特征在于步骤二所述的人机交互界面包括菜单和窗口，菜单编写采用的是UG/Open Menuscript脚本语言，主窗口采用的是UIStyler，数据库窗口采用的Windows应用程序开发工具MFC。

5.根据权利要求4所述的一种可转位端面铣刀刀盘参数化设计方法，其特征在于步骤三的具体过程如下：采用ODBC数据访问接口与SQL语言和C++语言开发基于ACCESS的关系型刀盘参数数据库，该数据库完成数据表格的建立和对数据进行操作的程序的编写两部分任务。