基于UG 二次开发的叶片加工路径的规划-数控机床市场网

基于UG 二次开发的叶片加工路径的规划

2014-5-17 来源：江南大学机械工程学院，无锡职业技术作者：俞经虎刘金平，严勇

摘要: 广泛应用于汽轮机、发动机制造的叶片其表面属于高次自由曲面，如何提高其表面加工的精度和加工效率一直是叶片型面加工制造的难点。利用等残高法对不同类型叶片曲面的加工轨迹进行规划，并通过UG 平台的二次开发模块和VC ++ 强大的编程功能，成功实现了叶片模型表面的法矢、曲率等关键信息的提取，并根据等残高法实现了曲面加工轨迹的规划。结果表明: 通过基于UG 平台开发的叶片曲面加工轨迹规划系统，可以实现叶片加工轨迹的基于不同加工参数的智能规划，并保证了曲面的加工精度。

叶片广泛应用于汽轮机、发动机制造，是典型的自由形状复杂曲面［1］。因为复杂曲面曲率分布不规则，且加工轨迹的规划受到曲率的影响，所以在刀具路径的规划过程中必须提取CAD 模型的相关信息，包括刀具与曲面接触点的位置信息、与曲面接触点的曲率半径信息等［2］。20 世纪80 年代以来，已有许多研究人员对复杂曲面加工过程中的刀具干涉问题进行了大量研究。但他们多数将干涉检查和路径规划安排同时进行，增加了干涉检查和刀具路径生成的难度，也使整个加工规划缓慢而不易操作，且仅限于局部干涉的检查，而对全干涉的研究甚少。采用的干涉检查方法使检测过程简单快捷，并应用在3 种常用的刀具体中，在干涉检查结果的基础上生成无干涉的刀具路径。

随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展，三维设计软件尤其是Unigraphics 在机械零件和产品设计中的日益普及，曲面加工的路径规划在三维软件特别是在UG 中的绘制变得越来越重要［4 － 5］。作者利用UG 的二次开发技术，为复杂曲面的加工路径进行可行的规划，通过对曲面曲率、曲率半径的分析，加工行距的判断和加工过程中干涉问题的解决，利用所得出的有关参数、进行加工路径规划，以保证加工质量，达到预期的效果。

1 、基于曲面加工等残留高度的刀具轨迹规划

1. 1 残留高度的计算

加工的曲面对象不同，残高计算的结果也不同。以下介绍不考虑球头刀具铣削平面和斜平面的情况，重点针对自由曲面的球头刀具的铣削加工。为了简化计算结果，忽略进给量的影响及机床最小步长的限制。自由曲面分成凸曲面和凹曲面，在曲面加工路径规划时，首先有UG 读取叶片曲面的曲率及曲面法向的数据，根据曲面的数据判断曲面的类型。

在叶片凹凸曲面的加工轨迹规划时，根据不同叶片曲面处的曲率半径及曲面法矢向量，判断曲面的凹凸，根据凹凸曲面加工残高的计算公式计算其加工时的残高。加工轨迹规划时设定一残高阈值，在进行轨迹规划时，根据刀具半径和曲率半径的数据，通过控制步距，实现残高的控制，达到控制曲面表面加工质量的要求。

1. 2 轨迹规划

轨迹规划需要考虑刀具路径生成方法的选择、加工步长的确定、加工步距的确定和走刀方式的选择。

1. 2. 1 刀具路径生成方法的选择

等残留高度路径规划法是通过控制相邻刀具接触点距离使刀具轨迹间的残留高度恒定，从而在已知前一条加工轨迹的前提下，依据刀具半径和曲面的相关信息以及恒定的残留高度，计算出下一条刀具轨迹。

1. 2. 2 加工步长的确定

1. 2. 3 加工步距的确定

加工步距是指相邻两刀具路径间的间隔。较大的加工步距虽然可以加快加工效率，但会留下较高的切屑残留，影响加工曲面的表面粗糙度。球头刀加工步距的近似公式为:

1. 2. 4 走刀方式的选择

目前曲面加工最常用的走刀方式有3 种: 往复式走刀、单方向走刀和沿外轮廓走刀。对于叶片形状的高次曲面，粗铣时采用往复式走刀方式，该方式在横向进给时，刀具在往与复两路径之间不提刀，可加快加工过程，但加工精度不高。精铣时采用单方向走刀方式，该方式用于生成一系列线性平行的单方向切削路径，保证每次刀具切削都是以相同的方向切削，提高了加工的精度。

2 、程序设计及运行结果

2. 1 基于UG 平台的菜单及对话框设计

UG 软件为用户提供了大量的用于应用程序二次开发的工具包，这些工具包可以方便用户在UG 软件的基础上增加功能，为特定用户特定产品的开发定制专用的应用程序［6］。UG 的二次开发程序包包括MenuScript、User Tools、UI Styler、GＲIP 程序和API 程序。其中，Menu Script 用于开发应用程序的菜单，UserTools 用于开发应用程序对话框，UI Styler 用于用户自定义UG 风格的对话框。Menu Script 所开发的菜单可以调用User Tools、UI Styler 开发的对话框; MenuScript、User Tools 和UI Styler 开发的对话框均可以调用GＲIP 程序和API 程序。GＲIP 程序和API 程序之间也可以相互调用。

2. 2 VC 程序的工程设置

首先，启动VC ++ 6. 0，选择下拉菜单“文件”—“新建”，系统弹出新建对话框。在对话框中选择“工程”选项卡，在项目类别中选择“Unipraphics NX AppWizsrd V1”; 这样建立的VC 工程就与UG 应用程序进行了连接。其次，在后续模式选择中，选择“internalapplication”内部模式，生成DLL 文件; 最后，进行创建VC 工程的加载与卸载选项的设置，该程序的加载使用ufsta 函数作为入口函数，可以在UG 启动后自动加载应用程序，卸载方式采用UG 进程结束时自动卸载。

2. 3 创建用户菜单

曲面路径规划的相关主要功能由曲面路径规划对话框完成，因此在UG 主菜单下只需建立一个子菜单即可。在用户自定义程序的开发路径下( E: \ user\ startup) 建立文件mycustom. men，代码如下:

2. 4 UG 风格的对话框设计

UG 的UI Styler 模块可以进行UG 风格的对话框设计。UI Styler 模块配有用户界面编辑器，在用户界面编辑器中可以往用户自定义对话框中添加文本框、按钮、列表框、树状控件、位图和线串按钮等控件，创建的对话框如图3 所示。

同时，可以在对话框中设定按钮控件的回调函数。当用户触发对话框控件时，系统响应该消息并执行对应的回调函数。保存创建的对话框系统生成3 个文件，分别为GS. DLG，GS. h，GS. c 3 个文件，把qumianlujing.DLG 文件放在project 文件夹下的Application文件夹里面，通过GrinSim. men 文件中的代码ACTIONS qumianlujing. dlg，就可以通过点击“曲面路径规划” “导出对话框”打开以上所制作的对话框。

2. 5 曲面信息读取及路径规划

( 1) 首先读取对话当中的信息，如路径规划刀具半径信息的读取。data. item_id = GS_ＲEAL_TOOLＲ; /* 获得曲面路径规划对话框中刀具半径控件的ID * /UF_STYLEＲ_ask_value( dialog_id，＆data) ; /* 读取刀具半径控件对应的值* /利用同样的函数，读取对应不同ID 的控件的数据值，这些数据作为曲面路径规划的参数。

( 2) 创建CycleAll ( ) 函数，遍历UG 图形中的对象，获取叶片模型对象tObjBlade;

( 3) 创建主函数