汽車覆蓋件模具壓板槽自動(dòng)化數(shù)控編程技術(shù)的開發(fā)

周紅平

摘? 要：本文以覆蓋件模具壓板槽的自動(dòng)化數(shù)控編程技術(shù)的開發(fā)為例，介紹了覆蓋件模具結(jié)構(gòu)數(shù)控編程過程中加工特征的自動(dòng)識(shí)別、加工幾何的自動(dòng)創(chuàng)建、加工參數(shù)的自動(dòng)設(shè)定，提供了覆蓋件模具結(jié)構(gòu)自動(dòng)化數(shù)控編程技術(shù)的開發(fā)思路。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化數(shù)控編程；特征識(shí)別；壓板槽

中圖分類號(hào)：TP20? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2024）02-0052-04

Development of Automatic CNC Programming Technology for Pressing Plate Grooves of Automotive Panel Dies

ZHOU Hong-ping

（DONGFENG Die&Stamping Technology CO.， LTD.， Shiyan 442000， China）

Abstract： This article takes the development of automatic CNC programming technology for the pressing plate groove of automotive panel molds as an examplek， introducing the automatic recognition of machine features，automatic creation of machining geometry， automatic setting of machining parameters， and providing a development idea for structural automation CNC programming technology.

Key Words： Automatic CNC Programming; Machine Feature; Pressing Plate Grooves

1? ? 引言

隨著汽車覆蓋件模具精細(xì)化加工的日益普及，對(duì)模具結(jié)構(gòu)面NC程序的要求越來越高，模具結(jié)構(gòu)面數(shù)控編程已經(jīng)成為模具制造技術(shù)的一個(gè)技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重影響了數(shù)控編程效率。在這種背景下，模具結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化數(shù)控編程技術(shù)成為了模具行業(yè)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。

壓板槽是模具上下底板的重要結(jié)構(gòu)，數(shù)控編程時(shí)需要編程人員手工制作加工幾何、調(diào)用加工模板、設(shè)置加工參數(shù)，完成數(shù)控編程任務(wù)，效率低下且容易出錯(cuò)。同時(shí)由于個(gè)人數(shù)控編程思路不一，NC程序存在差異化的問題。

開發(fā)思路：通過基于NX軟件的二次開發(fā)，輸入實(shí)體，對(duì)3D實(shí)體進(jìn)行掃描，通過特定的算法，將符合壓板槽特征的幾何區(qū)域提取出來，優(yōu)化排序，干涉判斷，自動(dòng)創(chuàng)建加工幾何，根據(jù)幾何尺寸自動(dòng)設(shè)定加工參數(shù)，完成壓板槽的自動(dòng)化數(shù)控編程，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

2? ? 技術(shù)開發(fā)主要內(nèi)容

基于vs2013開發(fā)平臺(tái)建立一個(gè)vb.net工程，模板選用NX12_Open_VB_Wizard，采用dotnet4.6目標(biāo)框架，應(yīng)用程序類型選用類庫(kù)，添加引用NX文件夾下NXBIN/MANAGED/NXOPEN.dll，NXOPEN.UF.DLL，pskernel.net.dll等文件，修改GetUnloadOption函數(shù)返回值為Session.LibraryUnloadOption.Immediately。

2.1? ?壓板槽幾何特征的識(shí)別

掃描3D實(shí)體，以區(qū)域特征識(shí)別為主、面顏色為輔，實(shí)現(xiàn)壓板槽的自動(dòng)化識(shí)別，同時(shí)對(duì)顏色、碎面具有一定的容錯(cuò)性。

工作原理：輸入三維實(shí)體，使用NXOpen.body.getFaces函數(shù)掃描實(shí)體上所有面，以加工顏色的平面為基礎(chǔ)，使用ScRuleFactory.CreateRuleFaceTangent規(guī)則獲取相切面集合，使用ScRuleFactory.CreateRuleFaceSlot規(guī)則獲取溝槽面集合，使用ScRuleFactory.CreateRuleFaceAdjacent規(guī)則獲取相鄰面集合，通過面的屬性、顏色、數(shù)量、幾何尺寸、位置以及面與面之間的相關(guān)性來判斷是否為壓板槽特征。壓板槽開襠尺寸為幾個(gè)固定值時(shí)，也可以作為限定條件之一。由于3D設(shè)計(jì)輸入的實(shí)體不能保證實(shí)體造型水平的標(biāo)準(zhǔn)化，開發(fā)過程中還需要考慮小碎面片的存在，以及顏色漏涂色或錯(cuò)涂色的問題，需要識(shí)別出這些面片并在后續(xù)計(jì)算過程中過濾處理。

2.2? ?壓板槽特征類的創(chuàng)建

開發(fā)計(jì)算模塊，根據(jù)識(shí)別通過的集合面，識(shí)別各個(gè)面的特征：溝槽面（pFace1，connectFace，pFace2），圓角面（cylFace1，cylFace2），外平面（xFace1，xFace2），識(shí)別相關(guān)聯(lián)的壓板臺(tái)面（ybtFace），小倒角面，將這些特征封裝到一個(gè)vb.net的ybc類對(duì)象里。計(jì)算當(dāng)前壓板槽特征中心點(diǎn)（centerPt）、開口方向（xVect），計(jì)算壓板槽寬度、深度等尺寸。

建立一個(gè)ybcList鏈表（LinkedList），加入所有識(shí)別出來的壓板槽特征，根據(jù)中心點(diǎn)坐標(biāo)值及方位按最短加工路徑進(jìn)行排序處理。

2.3? ?加工幾何的創(chuàng)建

如果使用三維實(shí)體作為加工幾何進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)量會(huì)非常大，導(dǎo)致計(jì)算速度慢。因此本文采用了邊界驅(qū)動(dòng)加工方式（boundary），需要構(gòu)建出加工用的曲線，以曲線作為加工邊界。具體方法：創(chuàng)建一個(gè)高度為中間值的平面，使用Features.CreateSectionCurveBuilder截面函數(shù)，按順銑加工（climb）的方向，依次計(jì)算加工區(qū)域與平面的相交曲線，并按順序生成一個(gè)曲線鏈（LinkedList Of Curve），保證曲線之間首尾相連，作為一個(gè)變量保存在類對(duì)象里。小倒角面的加工也可以使用此曲線鏈。

干涉幾何（check boudary）的創(chuàng)建：在使用曲線驅(qū)動(dòng)加工時(shí)，因?yàn)闆]有使用3D實(shí)體作為加工幾何，刀具有可能會(huì)與3D實(shí)體之間產(chǎn)生干涉碰撞，因此需要判斷刀具切削過程中是否存在干涉，并創(chuàng)建干涉幾何。具體方法：采用UFUN射線法（Modl.TraceARay），從加工區(qū)域邊界處發(fā)射多條射線，返回命中曲面及命中點(diǎn)，以此來查找附近是否存在干涉面，此方法計(jì)算速度較慢，推薦使用parasolid內(nèi)核函數(shù)PK射線法（PK_BODY_pick_topols）。從邊界點(diǎn)發(fā)射光線，返回沿途每個(gè)被擊中面的信息，與面內(nèi)部相切但不穿過面的光線不會(huì)被視為擊中，返回的面按與光線原點(diǎn)的距離進(jìn)行排序，此函數(shù)為非公開的NX二次開發(fā)接口（pskernel.net.dll）。本文采用了PK射線法，由于該函數(shù)使用了不安全的指針，vb.net無(wú)法直接使用，需要另外創(chuàng)建一個(gè)VC#或VC++工程引用此函數(shù)，再由vb.net調(diào)用此工程；或者通過直接調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式。通過此函數(shù)返回的擊中面和擊中點(diǎn)，通過干涉距離來確定干涉面，再根據(jù)干涉面的屬性，構(gòu)建相應(yīng)的干涉曲線（如圖5），并保存于類對(duì)象中。

2.4? ?創(chuàng)建并生成加工NC程序

建立一個(gè)加工幾何為邊界類型的壓板槽加工模板，根據(jù)上平面高度自動(dòng)設(shè)置安全平面，根據(jù)深度自動(dòng)設(shè)置底平面。模板包含一個(gè)自定義（UDOP）的等高開粗程序，一個(gè)粗加工程序和一個(gè)精加工程序，根據(jù)加工需求還可以創(chuàng)建壓板臺(tái)面線驅(qū)動(dòng)加工程序、小倒角線驅(qū)動(dòng)加工程序。通過軟件自動(dòng)調(diào)用模板，按最短加工路徑的順序、刀具順銑切削的方向，依次自動(dòng)選擇加工曲線及干涉曲線作為加工幾何，根據(jù)壓板槽的開口寬度和深度確定加工刀具的直徑、刃長(zhǎng)，從刀具庫(kù)選擇合適的刀具，自動(dòng)設(shè)置安全平面、底平面、加工深度、切深等參數(shù)，自動(dòng)生成加工程序。

開粗程序沒有使用NX本身的模板，而是使用了UDOP的自定義模板，程序生成時(shí)會(huì)根據(jù)設(shè)定的環(huán)境變量調(diào)用二次開發(fā)程序，按照自己的方式來生成輪廓層切開粗程序，生成的程序軌跡更容易控制，效率更高。

2.5? ?交互式界面的開發(fā)：

在實(shí)際應(yīng)用過程中，總會(huì)遇到非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)造成無(wú)法自動(dòng)識(shí)別特征的情況（比如爛面、多碎面、色標(biāo)濫用），開發(fā)過程中已經(jīng)充分考慮了此類情況，但仍然存在這種幾率，因此需要開發(fā)交互式界面，用手工添加、刪除加工區(qū)域的方式來完善。

3? ? 總結(jié)

通過覆蓋件模具底板壓板槽自動(dòng)化數(shù)控編程的開發(fā)，并延展到其他加工區(qū)域自動(dòng)化數(shù)控編程的開發(fā)，將大量繁瑣重復(fù)的工作由計(jì)算機(jī)來自動(dòng)完成，主要關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)有：

·加工區(qū)域的自動(dòng)識(shí)別及分類；

·加工干涉面的自動(dòng)識(shí)別；

·最短刀長(zhǎng)的自動(dòng)計(jì)算

·加工起刀點(diǎn)的自動(dòng)計(jì)算；

·干涉處的自動(dòng)避讓；

·NC程序及參數(shù)的自動(dòng)設(shè)定；

·自動(dòng)識(shí)別+人工干預(yù)的交互式操作方式。

通過本項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)，大幅提高了數(shù)控編程工作效率，降低了工作強(qiáng)度，消除了因員工技能水平不一帶來的NC程序差異化，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Parasolid On-Line Documentation.

[2]parasolid API官方說明文檔.

[3]Unigraphics NX Help Open API Reference Guide

[4]董正衛(wèi)，田立中，付宜利. UG/OPEN API編程基礎(chǔ). 北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[5]夏天，吳立軍. UG二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ). 北京：電子工業(yè)出版社，2005.