一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法
【专利摘要】一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，属于可转位刀具自动虚拟装配【技术领域】。本发明为了解决现有的可转位端面铣刀刀体及其组件装配过程中繁琐复杂、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。提出的技术方案如下：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；创建基于ACCESS的关系型刀盘参数数据库，用于刀盘数据的加载；刀盘主体模型的加载、垫片模型的加载、刀盘与垫片的装配、刀片模型的加载、刀盘与刀片的装配。本发明适用于可转位刀具刀体及其组件的自动虚拟装配。
【专利说明】一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铣刀刀体及其组件虚拟装配方法，尤其涉及一种可转位端面铣刀 刀体及其组件自动虚拟装配方法，属于可转位刀具自动虚拟装配【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 传统的可转位刀具设计过程中，刀体与刀片的装配通常使用手动装配，繁琐复杂、 难度大、工作量大且易出现错误，这不仅降低了设计者的工作效率，而且降低了装配质量。 并且由于装配体都是系列化的，大多数装配体的结构和零件的结构都具有相似性，手工装 配的实施，必然会使设计人员把更多的精力放在重复装配上。因此参数化的CAD系统的自 动装配技术始终是软件二次开发的一个重要方向。
[0003] 传统三维软件的装配技术采用的是自顶向下的设计方法，该方法的思路是在产品 设计初期就从整体的角度考虑零件与零件间的约束定位关系，在产品的整体设计完成之 后，再对单个零件进行详细的设计。传统装配方法往往将大部分的时间耗费在零件装配中 的定位方式上，这种方法必然降低零件的设计效率。
[0004] 目前，国内的可转位刀具普遍采用普通机床加工，在加工效率和加工精度上存在 较多问题。国外的可转位刀具与数控机床发展相结合，刀具的设计制造装配普遍采用计算 机辅助设计与计算机辅助制造技术。
[0005] 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刀体及其组件的自动虚拟装配系统，可转位刀具装配还 有很多约束和不便之处。
[0006] 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刀体及其组件的 自动虚拟装配系统，使可转位刀具的装配简化、提高可操作性、扩大适用性，有利于提高刀 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、低成本生广，提1?经济效益亟待解决的关键问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，以解 决现有的可转位端面铣刀刀体及其组件装配过程中繁琐复杂、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。
[0008] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0009] 本发明所述的一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，包括以下步 骤：
[0010] 步骤一、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；
[0011] 步骤二、创建基于ACCESS的关系型刀体参数数据库，用于刀体数据的加载；
[0012] 步骤三、刀体主体模型的加载、垫片模型的加载、刀体与垫片的装配、刀片模型的 加载、刀体与刀片的装配。
[0013] 本发明具有以下有益效果：
[0014] 1.大大降低了可转位端面铣刀刀体及其组件手动装配的强度，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体根据尺寸参数不同有很多单品， 若采用手工装配可转位端面铣刀刀体及其组件需要大约两周时间左右，采用本发明装配只 需15分钟左右；
[0015] 2.装配精度高，完全满足生产实际需要，灵活性好；
[0016] 3.采用ODBC数据访问接口与SQL语言和C++语言开发了基于ACESS的关系型刀 体参数数据库，该数据库完成刀体数据的加载，方便快捷；
[0017] 4.采用UG自带的nStyler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/0pen Menuscript脚本语言，主窗口采用的是UlStyler，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UlStyler 相比它能提供了与数据库的接口，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/0pen相比它能更好的处理长字符串；
[0018] 5.在生成的可转位端面铣刀刀体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。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统的菜单图，点击自 动装配，进入加载与装配下拉菜单，点击加载刀体，进入人机交互界面中的刀体数据库界 面。
[0020] 图2是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统的人机交互界面 中的刀体数据库界面，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；选中某一个刀体参数数据点击确认完成刀体模型加载。
[0021] 图3是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统在数据库中选取 齿数为4的数据进行自动虚拟装配结果。
[0022] 图4是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统在数据库中选取 齿数为6的数据进行自动虚拟装配结果。
[0023] 图5是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统在数据库中选取 齿数为4的数据进行自动虚拟装配仰视图。
[0024] 图6是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统VC环境设置中的 工程属性设置。
[0025] 图7是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统VC环境设置中的 头文件及库文件的查找目录设置。
[0026] 图8是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统UG系统环境变量 设置图。
[0027] 图9是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统工程文件夹的组 织形式图。
[0028] 图10是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统刀体与刀片装 配示意图，其中（a)是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统刀体示意 图，（b)是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统刀体装配刀片处放大 图，A1、A2为刀体面，（c)是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统刀片示 意图，B1、B2为刀片面。
[0029] 图11是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统遍历特征的方式 装配流程图。
[0030] 图12是本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统遍历特征的方式 装配坐标系图，X、y分别为绝对坐标系的坐标轴，工作坐标系1为刀体所在空间坐标系，工 作坐标系2为刀片所在空间坐标系，xl、yl分别为工作坐标系1的坐标轴，x2、y2分别为工 作坐标系2的坐标轴，其中，目标面1为刀体面，目标面2为刀片面。
[0031] 图13本发明可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统搜索已命名基准面 的方式装配流程图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0032] 一：本实施方式所述的一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟 装配方法，包括以下步骤：
[0033] 步骤一、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；
[0034] 步骤二、创建基于ACCESS的关系型刀体参数数据库，用于刀体数据的加载；
[0035] 步骤三、刀体主体模型的加载、垫片模型的加载、刀体与垫片的装配、刀片模型的 加载、刀体与刀片的装配。
【具体实施方式】 [0036] 二：本实施方式与一不同的是：步骤一的具体过程 为：使用UG自带的nstyler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。其它步骤与一相同。
【具体实施方式】 [0037] 三：本实施方式与一或二不同的是：步骤一所述的人 机交互界面包括菜单和窗口，菜单编写采用的是UG/0pen Menuscript脚本语言，主窗口采 用的是UlStyler，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 施方式一或二相同。
【具体实施方式】 [0038] 四：本实施方式与一至三之一不同的是：步骤二所述 的创建过程为：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。其它步骤与一至三之一相同。
【具体实施方式】 [0039] 五：本实施方式与一至四之一不同的是：步骤三的具 体过程为：基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言完成刀盘主体模型的加载、垫片模 型的加载、刀盘与垫片的装配、刀片模型的加载、刀盘与刀片的装配。其它步骤与具体实施 方式一至四之一相同。
[0040] 本发明的实施例如下：
[0041] 本发明构建基于UG平台的自动虚拟装配系统，创建具有随动性的人机交互界面， 开发了不同窗口界面间的调用函数，完成刀体主体模型的加载、垫片模型的加载、刀体与垫 片的装配、刀片模型的加载、整体装配等过程。
[0042] 实施例一：
[0043] 可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配过程：进入UG软件一在菜单栏选择 可转位数控刀体CAD系统一在下拉菜单中选择自动装配（如图1所示）一点击加载刀体一 系统跳出刀体数据库对话框（如图2所示）一选择数据库中的某一刀具一点击确定按钮一 加载刀体三维实体模型完毕一在菜单栏选择可转位数控刀体CAD系统一在下拉菜单中选 择自动装配（如图1所示）一点击加载垫片一系统自动加载垫片一在菜单栏选择可转位数 控刀体CAD系统一在下拉菜单中选择自动装配（如图1所示）一点击第一个装配按钮一完 成刀体与垫片的自动装配一在菜单栏选择可转位数控刀体CAD系统一在下拉菜单中选择 自动装配（如图1所示）一点击加载刀片一系统自动加载与该刀体相配合的刀片一在菜单 栏选择可转位数控刀体CAD系统一在下拉菜单中选择自动装配（如图1所示）一点击第二 个装配按钮一完成刀体、垫片与刀片的整体装配。
[0044] 可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统在数据库中选取齿数为4的数 据进行自动虚拟装配结果（如图3、5所示）。
[0045] 可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配系统在数据库中选取齿数为6的数 据进行自动虚拟装配结果（如图4所示）。
[0046] 可转位端面铣刀刀体的参数化设计系统的运行平台为UG NX6. 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：
[0047] ①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】一【Setting】一【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 NX Open 程序，添加的库名为 libugopenint. lib libvmathpp. lib libufun. lib,(如图6所示）；设置头文件及库文件的查找目录，在菜单上单击【Tools】一【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7。
[0048] ②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\s〇urCefile，右键单击"我的电脑"，单击【属性】一【高级】一【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8所示。刀体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9, application文件夹用于存放由UG二次开发工具UlStyler生成的 dig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。
[0049] 实施例二：
[0050] 自动虚拟装配技术的难点在于定位基准的自动识别过程上。运用基于实体拓扑结 构的特征识别技术，分析了自动虚拟装配的实现过程，提出了系列化的产品设计过程中的 基于特征遍历的方式进行装配和搜索已命名基准面的方式进行装配，并将该方法应用于刀 体及其组件的装配。
[0051] 由于参数化设计中所进行装配的模型都是系列化的，不仅其拓扑结构具有相似 性，同时，其在装配体中的位置也具有相似性。以图10中刀体及其组件的装配为例说明系 列化刀体及组件的装配特性相似性。在系列化的刀体系统设计中，当刀体尺寸发生变化时， 与之装配的刀片尺寸也会做出相应的变化，但是装配关系始终是刀体面A1与刀片面B1对 齐，刀体面A2与刀片面B2对齐。因此在参数化CAD系统的开发中可以利用这一确定的对 应关系，建立刀体与刀片的自动装配。针对以上思路将应用两种方式对自动装配的过程进 行研究，一种是遍历特征面的方式，另一种是搜索已命名基准的方式。图11表示了特征遍 历的方式进行刀体及其组件进行装配时的流程图。
[0052] 根据对模型的分析，确定装配中的主动件与被动件上用于定位的点、线、面，由于 系列化的产品设计中，用于装配约束的基准始终是固定的，因此可以在装配前就先将用于 定位的点、线、面的属性确定出来，在模型加载后对各个面的特征属性进行遍历，查找到符 合要求的面进行装配约束体UF_ASSEM_constraint_s的添加，然后进行约束的求解与应 用。
[0053] 以刀体与刀片装配为例，在刀体与刀片加载到装配环境时，需要预先设定刀体及 刀片在空间中的姿态，UG中采用齐次坐标来完成工件的旋转、镜像、阵列的操作，在UG中坐 标表示采用的是齐次坐标，M'为变换后的工件坐标，Μ为变换前的工件坐标，M' = T · Μ, T 表示的是坐标变换矩阵，其定义形式如下：
[0054]
【权利要求】
1. 一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，其特征在于所述方法包括以 下步骤： 步骤一、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； 步骤二、创建基于ACCESS的关系型刀盘参数数据库，用于刀盘数据的加载； 步骤三、刀盘主体模型的加载、垫片模型的加载、刀盘与垫片的装配、刀片模型的加载、 刀盘与刀片的装配。
2. 根据权利要求1所述的一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，其特 征在于步骤一的具体过程为：使用UG自带的UlStyler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。
3. 根据权利要求2所述的一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法， 其特征在于步骤一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UlStyler,数据库窗口采用的Windows应用程序开 发工具MFC。
4. 根据权利要求3所述的一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，其特 征在于步骤二所述的创建过程为：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。
5. 根据权利要求4所述的一种可转位端面铣刀刀体及其组件自动虚拟装配方法，其特 征在于步骤三的具体过程为：基于UG提供的二次开发工具包，利用C++语言完成刀盘主体 模型的加载、垫片模型的加载、刀盘与垫片的装配、刀片模型的加载、刀盘与刀片的装配。
【文档编号】G06F17/50GK104217071SQ201410424672
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】杨清香, 董强, 王晓雪 申请人:哈尔滨工业大学