（机械制造及其自动化专业论文）增强ug计算机辅助制造模块功能的研究.pdf

摘要 摘要 本文主要在增强u g 计算机辅助制造模块的功能方面做了研究，具体研究内 容包括两个方面： 首先，研究了变轴铣削数控编程后置处理。变轴铣削过程中，刀轴矢量的 方向不断变化，导致后置处理时的坐标变换计算要比固定轴铣削困难得多，这 给数控编程后置处理带来很多问题。利用本实验室现有的后置处理器处理的结 果，同坐标旋转后在机床上实测到的坐标值不完全相符。针对这个问题，利用 v c + + 开发一个通用后置处理器，可以将刀位文件通过格式转换，直接、快速地 转变为刀具定向矢量l n 格式的数控加工程序，并成功地应用到加工实例中。此 后置处理器可供配备能够识别l n 格式程序的c n c 系统的数控机床参考使用。 其次，研究了u g c a m 系统与高性能切肖t j ( h p c ) - i - 艺数据库系统之间的接 口问题。目前，在高性能切削技术方面，特别是高速切削技术，由于工艺参数 不丰富，国内企业的许多高速切削加工设备得不到有效地利用。针对这种情况， 本实验室研究并建立了h p c 工艺数据库系统，从而可以为企业提供迫切需要的 高性能切削工艺参数。但该数据库系统和u g c a m 系统是完全独立的，数控编 程人员在实际应用中无法在c a m 系统中直接调用h p c 工艺数据库中的相关参 数信息。因此，迫切需求在u g c a m 系统与h p c - 1 - 艺数据库系统之间建立必要 的接口程序。 在综合分析常用u g 二次开发工具及u g 软件应用开发模块的基础上，选用 v c + + 与u g o p e n 工具联合开发u g c a m 接口程序。通过对v c + + 中多种常用 应用开发向导的分析和比较，确定选择m f ca p p w i z a r d ( d 1 1 ) 作为u g c a m 接口 程序框架的开发向导，并利用该向导建立起u g c a m 接口程序框架。在此框架 下可以方便地调用m f c 类库中的资源，提高程序编写和执行的效率。 详细分析了u g 软件内部的加工数据库文件和由h p c 工艺数据库系统导出 的工艺参数文件的结构。在此基础上，充分利用m f c 类库资源，实现u g c a m 接口程序的功能。该程序可以将h p c 工艺数据库系统导出的工艺参数文件快速 准确地导入u g 内部的加工数据库文件，从而可以在c a m 操作中方便地调用这 些参数信息。 摘要 【关键词】变轴铣削，后置处理，高性能切削工艺数据库，u g c a m 接口 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rm o s t l yr e s e a r c h e sf u n c t i o ne n h a n c e m e n to fu g c a mm o d u l e ，w h i c h i n c l u d e st w oa s p e c t sa sf o l l o w s f i r s t l y , p o s tp r o c e s s i n gi nv a r i a b l ec o m o u rm i l l i n gi sr e s e a r c h e di nd e t a i l i nt h e p r o c e s so fv a r i a b l ec o n t o u rm i l l i n g ，t h ed i r e c t i o no ft o o l a x i sv e c t o ri sc o n t i n u o u s l y c h a n g e d ，w h i c hl e a d st o t h ed i f f i c u l t yo fc o o r d i n a t et r a n s f o r mi np o s tp r o c e s s i n g c o m p a r e d 、舫t l lf i xc o n t o u rm i l l i n g t h er e s u l t sw h i c ha r eg e n e r a t e db ye x i s t i n gp o s t p r o c e s s o ri nl a b o r a t o r ya r en o tc o m p l e t e l ym a t c h e dw i mt h o s em e a s u r e di np r a c t i c e a c c o r d i n gt ot h i sp r o b l e m ，w eh a v ed e v e l o p e dag e n e r a lp o s tp r o c e s s o rb yu s eo f v c + + t h ep o s tp r o c e s s o rc a l lq u i c k l ya n da c c u r a t e l yt r a n s f o r mt h ec l s ff i l e si n t o l n - f o r m a tn cp r o g r a m sw h i c ha r ee x p r e s s e db yt o o l - a x i sv e c t o r , a n dt h en c p r o g r a m sh a v e b e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt op r a c t i c e t h i sg e n e r a lp o s tp r o c e s s o rc a n b eu s e di nc e r t a i nm a c h i n et o o l sw i t l ls p e c i a lc n cs y s t e mw h i c hc a ni d e n t i f y l n f o r m a tn cp r o g r a m s s e c o n d l y , t h ei n t e r f a c eb e t w e e nh i 曲p e r f o r m a n c ec u t t i n g ( h p c ) d a t a b a s es y s t e m a n du g c a mi sr e s e a r c h e d a tp r e s e n t ，i nt h ef i e l do fh p c ( e s p e c i a l l yh s c ) ， b e c a u s eo ft h el a c ko fp r o c e s sd a t a , m a n yh s ce q u i p m e n t sc a nn o tb em a d eg o o du s e o s o ，o u rl a b o r a t o r yd e v e l o p e dah p cd a t a b a s es y s y t e m ，w h i c hc a np r o v i d ep r o c e s s d a t af o rt h ec o m p a n i e s b u t ，t h i sd a t a b s es y s t e mi si n d e p e n d e n to fu g c a m ，c a m u s e r sc a nn o td i r e c t l yc a l lt h ed a t af r o mh p cd a t a b a s es y s t e m s o ，d e v e l o p i n g i n t e r f a c eb e t w e e nh p cd a t a b a s es y s t e ma n du g c a mi sv e r yi m p e r a t i v e ，a n di ti s a l s ov e r yi m p o r t a n tt og e n e r a l i z eh p c t e c h n o l o g y v c + + a n du g o p e nt o o l sa r ec h o s et od e v e l o p e du g c a mi n t e r f a c e o nt h e b a s i so fa n a l y z i n gc o m m o n l yu s e du g s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt o o l sa n da p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n tm o d u l ei nu gs o f t w a r e t h r o u g ha n a l y s i sa n dc o m p a r i s o nb e t w e e n s e v e r a lg e n e r a la p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tw i z a r d si nv c + + ，m f ca p p w i z a r d ( d 1 1 ) i s c h o s et od e v e l o pp r o c e d u r a lf r a m e w o r ko ft h eu g c a m i n t e r f a c e u s i n gt h i sw i z a r d ， u g c a mi n t e r f a c ef r a m e w o r ki se s t a b l i s h e d b a s e do nt h ef r a m e w o r k ，t h ep r o g r a m i i i a b s t r a c t c a l le a s i l yc a l lm f cc l a s sl i b r a r yr e s o u r c e s ，w h i c he n h a n c e sp r o g r a m m i n ga n d p r o g r a me x e c u t i o ne f f i c i e n c y s t r u c t u r e so fu gi n t e r n a lm a c h i n i n gd a t a b a s ef i l e sa r ea n a l y z e di nd e t a i l ，a sw e l l a st h es t r u c t u r eo fp r o c e s sp a r a m e t e rf i l e sw h i c ha r eg e n e r a t e db yh p cd a t a b a s e s y s t e m t h e n ，t h r o u g hm a k i n gf u l lu s e o fm f cc l a s sl i b r a r yr e s o u r c e s ，t h ef u n c t i o no f u g c a mi n t e r f a c ei sa c t u a l i z e d t h i sp r o g r a mc a nq u i c k l ya n da c c u r a t e l yp u t s p r o c e s sp a r a m e t e rf i l e si n t ou gi m e m a lm a c h i n i n gd a t a b a s ef i l e s ，a n dt h e nt h e p r o c e s sp a r a m e t e r sc a nb ee a s i l yc a l l e di nc a mo p e r a t i o n s k e yw o r d s ：p o s tp r o c e s s i n g ，v a r i a b l ec o n t o u rm i l l i n g ， l l i g hp e r f o r m a n c ec u t t i n gd a t a b a s e ，u g c a mi n t e r f a c e i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名 游；月乒厮多月 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 虢声柞 埘年3 月 第1 章绪论 1 1 课题来源 第1 章绪论 本课题来源于国家科学技术部、教育部和上海市科学技术委员会中德政府 问国际科技合作项目“中国基于知识的高性能切削技术专家系统的研究开 发 。该项目结合中方企业实际生产中的高性能切削工艺，编制基于知识的高 性能切削技术专家系统，并开发必要的软件工具，利用该系统直接指导数控编 程。 实验室于2 0 0 2 年1 1 月由德国h e r m l e 公司引进了一台c 1 2 0 0 u 型五轴联动 数控高速铣削加工中心，并配置了u g 计算机辅助设计n 造( c a d c a m ) 软件。 五年多来，承担完成了多个纵向和横向科研项目，并为社会服务承接完成加工 任务，以及用于校内外教学工作。随着各项工作的逐步深入，在五轴联动数控 编程后置处理中出现了一些有待探索和解决的问题。 1 2 课题依据及背景 作为高性能切削( h i g hp e r f o r m a n c ec u t t i n g ) 的一种，高速切削技术( h i g h s p e e dc u t t i n g ) 起源于2 0 世纪3 0 年代。当时，德国c a r ls a l o m o n 博士提出：在 切削速度逐渐增大到一定的程度的过程中，切削温度先达到一个最高值，然后 就会开始下降【l 】。这引起了各国工程技术人员对高速切削技术的研究兴趣。但是 真正将h s c 技术应用于实践是在8 0 年代初期，因飞机制造业中为降低加工时间 以及一些小型特殊薄壁零件的加工而提出了快速铣削的要求1 2 ，引。 目前，高性能切削技术，特别是高速切削技术，作为先进制造技术的重要 基础技术，已经开始在航空航天、汽车、及模具工业中广泛应用【4 ，5 j 。随着我国 经济的发展，高性能切削也已经开始在某些国内企业单位中大规模的应用，但 是加工效率上不去，并不能完全发挥高性能切削的优点，造成很大一部分资源 的浪费。造成这些情况的最重要的原因就是由于目前工艺还不是很成熟，没有 一个统一的标准，许多还在探讨和测试中。虽然有的部分企业有了一定的经过 第1 章绪论 优化的成熟的高性能切削参数，但是并不能给其他企业或者自己企业的后来工 艺编制人员以参考，造成了这些成熟工艺的浪费。 高性能切削作为一种新的切削方式，目前常用的c a m 软件( 如u gc a m ) 中都没有提供用于高性能加工切削用量的参考值，也没有完整的加工参数手册 或者加工实例可供选择或参考【6 ，7 1 。数控编程人员往往根据自己的经验或者试切 的方法确定切削参数，这显然不能完全发挥高性能切削加工的优势，同时也阻碍 了高性能切削技术在制造业中的推广和应用。因此，如何选择合理的切削参数， 达到最佳切削效果，是高性能切削应用中的一个首要问题。 针对这个问题，目前比较可行的办法就是收集已经被实践证明了的优化的 高性能切削参数，建立高性能切削工艺数据库【8 】。实验室已经建立了高性能切削 ( h p c ) - v 艺数据库系统，并且正在逐步发展为专家系统。但此系统和u g c a m 系统是完全独立的，数控编程人员在实际应用中无法直接在c a m 系统中调用数 据库中的相关数据信息。因此，迫切需求在u g c a m 系统与h p c 工艺数据库系 统之间建立必要的连接模块。 对于固定轴铣削数控加工，刀具相对于工件仅仅沿机床的x y - z 坐标轴发 生平移进给运动，刀具轴线的矢量方向不发生变化，后置处理时涉及坐标变换 的计算比较简单，利用u gn x p o s tp r o c e s s 后置处理生成的数控加工程序可以正 确完成铣削加工任务。而对于变轴铣削数控加工，例如四轴或五轴联动数控铣 削，机床主轴或工作台除了平移外，还要绕1 根或2 根坐标轴作旋转或摆动进 给运动，使刀轴矢量在空间的方向不断变化，从而使后置处理时的坐标变换计 算要比固定轴铣削加工困难得多，这给数控编程后置处理带来很多问题。 实验室现有德国h e r m l e ( 哈默) 公司造c 1 2 0 0 u 型五轴联动数控高速铣削 加工中心，该机床的工作台绕x 轴摆动的a 轴与绕z 轴旋转的c 轴不相交，坐 标轴旋转后的坐标变换计算十分复杂【9 j 。经过试验，利用常规的u gn x p o s t p r o c e s s 方法得到的计算结果，同坐标旋转后在机床上实测到的坐标值不完全相 符。 1 3 课题研究的内容和意义 本课题研究的主要内容为：一方面，针对变轴铣削加工中数控编程后置处 理遇到的坐标变换问题，利用v c + + 开发通用后置处理器，将刀位文件通过格式 2 第1 章绪论 转换，直接、快速地转换为刀具定向矢量l n 格式数控加工程序，并在加工实例， 即空间曲面试件变外径螺柱的后置处理中验证程序的快速和准确性。另一方面 是为了能够利用h p c 工艺数据库直接指导数控编程，在u g c a m 中开发必要的 软件接口。编程人员根据实际加工情况由数据库获得合适的切削工艺参数后， 能够利用该接口直接把它们导入u g c a m 系统，用于指导数控编程并优化实际 切削加工过程，然后利用油井钻头的加工验证u g c a m 接口程序的正确性和稳 定性。 变轴铣削数控加工中的数控编程后置处理，在国际国内都是一个难题，不 仅机床的使用单位感觉很困难，一般都把任务委托给c a d c a m 软件供应商去 完成，而且不少软件开发和供应商自己都没有彻底解决这个问题。在这种情况 下，通过开展本课题研究努力解决这个难题，对于应用推广c a d c a m 数控编 程和变轴铣削加工先进技术，具有重要的推动作用。所获得的研究结果，不仅 可供配备能够识别l n 格式程序的c n c 系统的数控机床参考使用，而且可以间 接提供给c a d c a m 软件开发和供应商作为参考。 u g c a m 接口程序的开发一方面有利用h p c 工艺数据库的推广使用，另一 方面可以在数控编程中非常方便地获取工艺数据库推荐的切削工艺参数，这对 于充分发挥高性能切削技术的优势具有非常重要的意义。 3 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 2 1 后置处理的定义与分类 后置处理是数控编程中的一个重要组成部分。c a m 软件经过刀具轨迹计算 产生的不是数控加工程序，而是刀位文件。机床数控系统无法识别这类文件， 主要原因是不同的机床有不同的配置和要求，不同的数控系统有不同的规则和 功能。因此，需要将刀位文件转换成能够被指定的机床和数控系统执行的数控 加工程序。这个转换过程就称为后置处理t 1 0 , 1 1 j 。 后置处理过程原则上是解释执行，即每读出刀位文件中的一个完整的记录 行，便分析该记录行的类型，根据记录行类型确定是进行运算还是进行文件代 码转换，然后根据所选数控机床的特性进行转换，生成一行完整的数控加工程 序，并写到数控程序文件中，直到刀位文件结束【l 引。具体过程如图2 1 所示。 图2 1 后置处理流程图 4 仟 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 后置处理器分为专用和通用两种i l 引。专用后置处理器附属于专用数控编程 系统，是针对特定的机床开发的。它的后置处理过程已固化在各模块中，各模 块功能与数控系统的功能一一对应。它能在专用数控编程系统生成刀位轨迹的 同时直接读取刀位文件中的刀位数据并自动进行后置处理，根据特定的数控指 令集及代码格式将刀位数据转换成数控加工程序输出。这类后置处理器对刀位 文件格式没有特殊要求，也不要求建立机床特性数据文件，而是将机床特性数 据直接写入后置处理程序之中，因此实现起来比较容易，但不具备普遍适应性。 通用后置处理器附属于通用数控编程系统，能够针对不同类型的数控系统 和机床，把刀位文件转换成n c 加工程序1 3 训。它要求刀位文件格式必须符合i g e s ( i n i t i a lg r a p h i ce x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 标准，并要求建立机床特性数据文件。 2 2 刀具定向矢量程序格式的提出 变轴铣削数控加工的关键技术之一是控制刀具定向矢量在空间的变化，而 刀具定向矢量的变化是通过摆动工作台或旋转主轴来实现的【1 3 1 。对于固定轴铣 削，刀具定向矢量是不变化的；而变轴铣削加工的关键是能够通过控制刀具定 向矢量在空间位置的不断变化，使刀具轴与工件实现所需的相对位置，进而完 成加工。 2 2 1 实际j n t 中遇到的问题及其产生的原因 目前，在u gn x c a m 中进行后置处理，可以采用下列两种方法【1 4 j ： 1 ) 将事件处理文件( 木t c l ) 和定义文件( d e f ) 导入t e m p l a t e _ _ p o s t d a t 文件，然 后利用p o s tp r o c e s s 进行后置处理； 2 ) 将事件处理文件( 幸t c l ) 和定义文件( 宰d e f ) 导入t e m p l a t ec l s f d a t 文件，然后 利用o u t p u tc l s f ( c l s ff o r m a t s ) 进行后置处理。 对于固定轴铣削加工，即刀具相对于工件仅仅沿机床的x y - z 坐标轴发生 平移进给运动，刀具轴线的矢量方向不发生变化，后置处理时涉及坐标变换的 计算比较简单，利用u g n x p o s tp r o c e s s 后置处理生成的数控加工程序可以正确 完成铣削加工任务。 而对于变轴铣削加工，例如四轴或五轴联动数控铣削，机床主轴或工作台 第2 章变轴铣削数控编样的迸h 后置处理 除了平移外，还要绕1 报或2 根坐标轴作旋转或摆动进给运动，使刀轴矢量在 空间的方向不断变化i l “；此时后置处理时的坐标变换计算要比固定轴铣削加 工时来得困难。例如实验室现有德国h e r m l e ( 哈默) 公司造c 1 2 0 0 u 型五轴联 动数控高速铣削加工中心i 台其工作台绕x 轴摆动的a 轴与绕z 轴旋转的c 轴不相交【9 】，如图22 所示，坐标轴旋转后的坐标变换计算变得十分复杂。经过 试验，上述两种后置处理方法的计算结果，同坐标旋转后在机床上实测到的唑 标值不完全相符。 幽2 2c 1 2 0 0 u 积转台数控铣削加工中心机床坐标系 因此为了满足生产实践中数控铣削3 维自由曲线和曲面的需求，需要针 对该机床另外开发一种用于变轴铣削刀位文件后置处理的通用后置处理器。 2 22 解决方案的提出 c 1 2 0 0 u 机床的c n c 系统采用德国h e l d e n h a i n ( 海登海凶) 公司开发的 i t n c5 3 0 型号系统。通过对该控制系统的研究。发现它除了可以_ i _ 别旋转轴坐 标l 程序格式外，还可以识别另一种程序格式刀具定向矢量l n 程序格式 9 1 。 图23 所示为刀位文件语句格式及其对应的数控加工程序指夸。 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 0 0 0 8 露x + 3 0 。9 9 8y - 4 3 0 5 3z 。2 8 0 4 7a - 7 4 ，9 8 7c 1 0 ，5 1 5 9f 2 0 0 0m 1 3 0 0 0 8 嚼x + 3 1 7 3 7y - 2 1 9 5 4z + 3 3 1 6 5t x 0 。0 0 7 8 9 2 2t y + 0 8 7 6 4 3 3 9t z + 0 2 5 9 0 3 1 9 g ”o t o 7 + 3 1 7 3 7 ，2 1 。9 5 4 ，+ 3 3 1 6 5 ，0 1 0 0 7 8 9 2 2 ，+ 0 8 7 6 4 3 3 9 ，+ 0 。2 5 9 0 3 1 9 图2 3 数控加工程序指令与刀位文件语句格式的对比 图2 3 中，第一行是以字符l 开头的一条数控加工程序指令。其中，字符x 、 y 、z 后面的数字指示运动终点刀具位置的3 个直角坐标，字符a 、c 后面的数 字指示刀具轴线分别沿两根旋转轴转过的角度，字符f 后面的数字表示进给运 动的速度( m m m i n ) ，字符m 和后面两位数字表示辅助功能，例如m 1 3 表示主 轴顺时针转动和冷却液开。通过u gn x c a m 进行的后置处理，就生成这种l 格式数控加工程序。 图2 3 第二行以字符l n 开头的一条数控加工程序指令中，前6 组数字与图 中第三行以字符g o t o 开头的刀位文件语句的对应数字完全相同，区别在于第 二行中多了字符说明，其中t x 、t y 、t z 表示刀具定向矢量的3 个分量。 图2 4 刀具定向矢量示意图 刀具定向矢量是表明刀具轴线空间位置的方向矢量，数值规定为1 。把它分 别向x 、y 、z 坐标轴投影就得到3 个分量【1 5 】，如图2 4 所示，可以用它们唯一 地确定加工过程中刀具轴线的方向。刀具定向矢量和刀位文件中的刀位都参照 7 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 工件坐标系，即工件固定不动，刀具随着加工位置的变换作空间运动【1 6 j 。通过 i t n c5 3 0 型c n c 系统的自动转换处理和插补计算，在c 1 2 0 0 u 机床实际加工中， 刀具和工作台分别执行在x z 平面内和沿y 轴的平移运动，到达l n 程序行中 前3 组数字指定的目标点；此外，工作台可同时执行a 轴和c 轴的摆动和旋转 运动，使工件曲面法线同刀具轴线的空间夹角符合刀具定向矢量分量规定的数 值，即l n 程序行中第4 至第6 组数字。在这个过程中，完全不需要u gn x c a m 后置处理中的坐标变换。 鉴于刀位文件与l n 格式程序之间这两方面本质的一致，本章打算另外开发 的通用后置处理器，旨在实现从刀位文件直接向l n 格式数控加工程序的转换。 具体地说，需要完成以下任务： 1 ) 把刀位文件语句开头的字符串g o t o 转换为字符串l n ； 2 ) 在文件6 组数字前顺序分别加上字符串x 、y 、z 和t x 、t y 、t z ； 3 ) 把刀位文件中少数的“c i r c l e ”语句转换为“m o 、，a r c 语句等； 4 ) 给每一条数控加工程序指令加上顺序号。 2 3 通用后置处理器的开发 2 3 1 程序的功能、开发工具与结构优化 通用后置处理器的用户操作界面如图2 5 所示。其操作过程为： 1 ) 点击“打开文件”按钮激活“打开 对话框，在“查找范围”栏中选择目 标路径位置，然后在文件列表中点击要处理的刀位文件名称，并点击“打开 按钮，该文件的内容将被显示在“处理前”窗口内； 2 ) 在“起始序号”和“序号间隔”栏中分别键入阿拉伯数字，设定数控加工程 序中语句指令的起始序号和序号间隔； 3 ) 点击“开始处理”按钮进行后置处理，生成的数控加工程序内容将被显示 在“处理后”窗口内： 4 ) 点击“保存”按钮激活“另存为 对话框，在“文件名 栏中键入数 控加工程序文件名，并在“保存在”栏中选定文件保存的路径位置，点击“保 存 按钮即可生成该程序文件。点击“退出”按钮则退出后置处理操作。 8 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 圈2 5 后置处理器界面 经过尝试选择，程序的语言开发工具采用v c + 卜，因为编译过的执行程序运 行速度大大高于例如v b 语言程序。通过充分利用v c + + 中c s t r i n g 类成员两数 的特点【t 7 , 1 8 1 并尽可能删除冗余的循环，进一步优化了程序结构。最终效果是： 转换处理一个含有2 万条语句指令的庞大刀位文件，大约只需要2 0 秒钟。 2 3 2 程序的实现 图2 6 所示的通用后嚣处理程序流程中，每一步骤的实现方法如下： 1 选择并打开刀位文件 分别用c f i l e d i a l o g 类的成员函数d o m o d a l 0 和g e t p a t h n a m e 0 打开刀位文件 选择对话框和获得刀位文件的路径。 用函数c s t d i o f i l e ：o p e n o 根据获取到的文件路径打开刀位文件，准备读取文 件内窨。 2 指定数控程序指令的初始序号和序号间隔 用函数g e t d l g l t e m 0 和g e t w i n d o w t e x t 0 ，将对话框中指定的初始序号和序 号蚓隔分别读入到对象mk 和mk p 中【l q 。 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 图2 6 通用后置处理程序流程图 下 _ 行 3 读取信息 用函数c s t d i o f i l e ：r e a d s t r i n 9 0 读取刀位文件的一行信息即一条语句，并保 存到c s t r i n g 类的对象r u 里。 l o 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 4 判断与转换 用条件语句判断my 里的信息，可区分为直线进给、曲线进给以及无用信 息等若干种情况。具体办法是：用函数c s t r i n g ：l e f l 0 获取m _ y 的前4 位字符信 息，判断其是否为g o t o 字符串。如果是，就开始修改my 里的信息表达格式， 否则，再用c s t r i n g ：l e f t 0 获取m y 的前6 位字符信息，判断其是否为c i r c l e 字符串。是则开始修改信息表达格式，否则继续获取前若干位字符信息。如果 1 1 1y 里的前若干位字符信息不符合以上任何一种情况，说明其中是对数控加工 无用的信息，后置处理将直接跳过该刀位文件语句，在生成的数控加工程序中 剔除其包含的信息。 根据前若干位字符信息的不同情况，将分别修改对象my 里的信息表达格 式，转换成为机床及其c n c 系统能够识别的数控加工程序格式。例如刀位语句 “g o t o 7 6 0 3 0 3 ，6 3 3 5 1 2 ，1 4 3 0 0 0 0 ”，其格式判断与转换过程如下： 1 ) c s t r i n g ：l e f t 0 获取m _ y 的前4 位字符信息后，判断其正是g o t o 字符 串，且2 7 my 的字符总数 3 5 ，就表示要求作 曲线进给，在完成上面第6 ) 小步以后需要继续重复第3 ) 至第5 ) 小步，把后 面3 个逗号字符逐次改为字符t x 、t y 和t z 。 5 保存信息 用c s t r i n g 类的对象mh 不换行地顺序保存该数控程序指令。 6 继续读取、转换和保存信息 重复步骤3 至步骤5 ，直至完成刀位文件全部语句的格式转换即 r e a d s t r i n 9 0 = n u l l 后，将其关闭。 第2 章变轴铣削数控编程的通州后置处理 7 保存数控加工程序 1 ) 用c f i l e d i a l o g 类的成员函数d o m o d a o 打开“保存”按钮激活“另存为”对 话框： 2 ) 用函数c s t d i o f l l e ：o p e n ( ) 和g e t p a t h n a m e 0 分别获得用户键入的文件名称 和选抨确定的文件保存路径位霄： 3 ) 用函数c s t d l o f i l c ：o p e n ( ) 创建一个新的文本文件； 4 ) 用函数c s t d i o f i l e ：w r i t e s t r i n 9 0 把对象mh 中的信息写入该文本文件， 此时每当遇到换行村 k r h a ”就自动换行，以保证每行信息对应一条程序指令。晶 后保存并关闭泼文件。 根据实际情况的变化发展，目前正在考虑进一步扩展以上通用后置处理器 的功能，使得今后能够在c a m 下作位置上通过人机交互方式，完成数控加工程 序中的f 和m 等其它指令信息的添加，而小必蒙现在要放到机床的c n c 系统 上去添加。 24 应用实例 卜海某公司需要加工变外径螺柱工件其c a d 造型如图27 所示。工件的 螺旋线是自由曲线，螺旋面是自 j 曲面。 酗27 变外释螺杜u g 造裂 如图28 所示，工件螺旋轴向截面成横卧的u 型，宽约7 m m ，底部为一段 半径25 m m 的圆弧，u 型槽分成上下两对称部分，采用直径5 r a m 的球头铣刀， 分两道工序加上。加工中轴向进给为o0 8 r a m 。释向进给为05 m m ，u 型槽底部 的曲面由球头铣刀直接成型。 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 图2 8 轴向截而示意图 第一道工序是切削u 型槽的上半部分，由于主轴只能在x z 平面内平动， 在切削前，旋转轴a 轴需要转动到- 9 0 。位置，使刀轴平行于u 型槽的巾心线， 切削时，刀具首先在螺旋线的开始端进行径向进给，然后通过三个直线运动轴 和旋转轴c 轴的联动，沿着螺旋线一直切削到末端；接着进行轴向和径向的联 动进给，其中径向进给为主进给，再沿着螺旋线切削，直至返回开始端：继续 进行联动进给，并按照前面所述路径进行切削，直至该道工序完成。 第二道工序是切削u 型槽的下半部分，加工工艺和第一道工序相似。通过 这两道工序完成整个螺旋嘶的加工。 按照以l - i 序完成该工件的u g c a m 并牛成刀何文件后，需要将川位文件 转换成n c 程序，即后置处理。最初采用u g p o s tp r o c e s s 进行后置处理但是 运动轴坐标变换时产生计算错误，工件初始切削位置与刀具相距近1 0 0 m m ，根 本无法进行变轴铣削加工。后来利用自丰，f 发的通用后置处理器，生成l n 格 式的n c 程序，完成了变外径螺柱工件的加工。 圈2 9 所示为在c 1 2 0 0 u 机床l ，利用四轴联动铣削加工该工件的现场。目 前，该产品已经通过委托单位验收。为避免立式主轴同旋转工作台发生碰撞， 利用一个采用高约2 0 0 m m 、半径5 0 m m 的圆筒形央具将工件固定在工作台上。 幽2 9 变外往螺柱的加l 与成晶 第2 章变轴铣削数控编程的通用后置处理 2 5 本章小结 本章针对变轴铣削加工中数控编程后置处理遇到的坐标变换计算问题，利 用v c + + 编程语言开发了通用后置处理器，将刀位文件通过格式转换，直接、快 速地转换为刀具定向矢量l n 格式数控加工程序，并成功地应用到加工实例中。 此通用后置处理器可供配备能够识别l n 格式程序的c n c 系统的数控机床参考 使用。 1 4 第3 章u g 二次开发基础 第3 章u g 二次开发基础 随着c a d c a m 应用领域的不断扩大和应用水平的不断提高，用户需求与 c a d c a m 系统规模之间的矛盾日益增加，没有一个c a d c a m 系统能够完全 满足用户的各种需求。作为商品化的c a d c a m 软件产品，是否拥有一个开放 的体系结构，是衡量该软件的优劣性、适用性和生命力的重要标志【2 ，而是否 拥有一个开发简便、运行高效的二次开发平台又是开放式体系结构的核心和关 键。目前，主流的c a d c a m 软件都具有用户定制功能并提供二次开发工具， u g 软件也不例外。 u g 二次开发( 又称u g 应用开发) 是指在u g 软件平台上，结合具体的应 用需求，总结行业的设计知识和经验，开发面向行业和设计流程的c a d c a m 系统【2 l 】。通过二次开发工具可以把商品化、通用化的u gc a d c a m 系统用户化、 本地化，即以c a d c a m 系统为基础平台，在软件开发商所提供的开发环境与 编程接口基础之上，根据自身的技术需要研制开发符合相关标准和适合企业实 际应用的用户化、专业化、知识化、集成化软件，以进一步提高产品研发和软 件应用的效率。 3 1u g 二次开发平台的基本结构 二次开发中把用户的设计思想转化为特定的新功能需要以下四个基本要 素，这些基本要素构成了u g 软件二次开发平台的基本结构【2 2 j ： ( 1 ) 通用u g 软件管理层。通用u g 软件是整个开发的基础，是二次 开发应用程序的宿主。它应具有比较完备的基本功能，即使没有二次开发应用 程序，它也能满足基本的使用需求。在二次开发平台结构中，通用u g 软件属于 管理层，它所负责的工作主要包括用户界面定制、图形显示、文档数据管理、 交互流程控制、消息分发和应用程序的管理等。 ( 2 ) 编程开发环境开发层。开发者采用某种计算机高级语言( 如c c h 等) 在特定的开发环境中进行应用程序的开发。由于通用的集成开发环境( 如 v c 抖、v b 和d e l p h i 等) 具有功能强大、使用简单、可靠性强和生成代码效率 第3 章u g 二次开发基础 高等优点，目前一般都在通用的集成开发环境中进行二次开发。在二次开发平 台结构中，编程开发环境属于开发层，它主要包括应用程序源代码的编辑、编 译、链接、调试和代码优化等。 ( 3 ) 应用程序编程接口( a p i ) 支持层。编程开发环境仅提供了一般 性的语言支持，在二次开发过程中，还需要提供相应的a p l 支持。通过这些a p i 接口，二次开发应用程序可以建立与原软件应用程序的链接，使新开发的功能 和原有的功能无缝集成。在二次开发平台结构中，应用程序编程接口属于支持 层，它是用户开发的应用程序与u g 软件之间进行链接、通信和互操作的通道。 ( 4 ) 开发者的设计思想知识层。一般来说，u g 软件通过以上3 个层 的引入就为用户提供了二次开发的工具和方法。此外，二次开发应用系统还需 要融入开发者的设计思想。开发者将其设计思想通过二次开发工具和方法，并 结合原有的u g 系统功能，才能构成具有实用价值的应用程序。在二次开发平台 结构中，用户设计思想属于知识层，它是开发者知识和能力的体现，是二次开 发技术的应用和实践。 3 2u g 二次开发工具 u g 软件应用开发模块提供了较为完整的二次开发工具集，利用该工具集可 对u g 系统进行用户化定义和开发，用以满足实际的应用需求。u g o p e n 是一 系列u g 开发工具的总称，是u g 软件为用户或第三方开发人员提供的最主要的 开发工具【2 3 1 。它主要由u g o p e na p i 、u g o p e ng r i p 、u g o p e nm e n u s c r i p t 和 u g o p e nu i s t y l e r4 个部分组成( 如图3 1 所示) 。 u o o p e n u g o p e ng r i phu g 图形交互编程语言 u o o p e na p ih 应用编程接口 u g o p e nm e n u s e r i p th 用户菜单定制语言 u g o p e nu i s t y l e rh 用户对话框制作工具 图3 1u g o p e n 二次开发工具 1 6 第3 章u g 二次开发基础 ( 1 ) u g o p e na p i ( 又称u s e rf u n c t i o n ) 是一个允许程序访问并改变u g 对象模型的程序集。u g o p e na p i 封装了近2 0 0 0 个u g 操作的函数，可以方便 地对u g 的图形终端、文件管理系统和数据库进行操作，绝大多数的u g 操作都 可以用u g o p e n a p i 函数实现【2 4 】。u g o p e n a p i 是最常用的u g 应用开发工具。 ( 2 ) 在u g o p e na p i 工具发布之前，u g 的应用开发工具是u g o p e ng r i p ( g r a p h i c si n t e r a c t i v ep r o g r a m m i n g ) 。g r i p 是一种专用的图形交互编程语言，它 与u g 系统集成，可以实现u g 环境中的大部分应用操作。g r i p 语言与一般的 通用语言一样，有其自身的语法结构、程序结构、内部函数以及与其他通用语 言程序相互调用的接口。虽然g r i p 的功能远不如u g o p e na p i 强大，但由于其 某些独特的优点，仍然有大量用户在使用。 ( 3 ) u g o p e nm e n u s c r i p t 是创建用户化菜单的工具。m e n u s c f i p t 支持u g 主菜单和快速弹出式菜单的设计和修改，通过它可以改变u g 菜单的布局，添加 新的菜单项以执行用户应用开发程序、u s e r t o o l s 文件和操作系统命令等。 ( 4 ) u g o p e nu i s t y l e r 是开发u g 对话框的可视化工具，其生成的对话框 与u g 集成，用户可以方便、高效地与u g 进行交互操作。该工具的使用避免了 复杂的图形用户接口g u