汽車覆蓋件模具壓板槽自動化數控編程技術的開發

周紅平

摘? 要：本文以覆蓋件模具壓板槽的自動化數控編程技術的開發為例，介紹了覆蓋件模具結構數控編程過程中加工特征的自動識別、加工幾何的自動創建、加工參數的自動設定，提供了覆蓋件模具結構自動化數控編程技術的開發思路。

關鍵詞：自動化數控編程；特征識別；壓板槽

中圖分類號：TP20? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：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化加工的日益普及，對模具結構面NC程序的要求越來越高，模具結構面數控編程已經成為模具制造技術的一個技術瓶頸，嚴重影響了數控編程效率。在這種背景下，模具結構的自動化數控編程技術成為了模具行業急需解決的關鍵技術。

壓板槽是模具上下底板的重要結構，數控編程時需要編程人員手工制作加工幾何、調用加工模板、設置加工參數，完成數控編程任務，效率低下且容易出錯。同時由于個人數控編程思路不一，NC程序存在差異化的問題。

開發思路：通過基于NX軟件的二次開發，輸入實體，對3D實體進行掃描，通過特定的算法，將符合壓板槽特征的幾何區域提取出來，優化排序，干涉判斷，自動創建加工幾何，根據幾何尺寸自動設定加工參數，完成壓板槽的自動化數控編程，實現標準化作業。

2? ? 技術開發主要內容

基于vs2013開發平臺建立一個vb.net工程，模板選用NX12_Open_VB_Wizard，采用dotnet4.6目標框架，應用程序類型選用類庫，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函數返回值為Session.LibraryUnloadOption.Immediately。

2.1? ?壓板槽幾何特征的識別

掃描3D實體，以區域特征識別為主、面顏色為輔，實現壓板槽的自動化識別，同時對顏色、碎面具有一定的容錯性。

工作原理：輸入三維實體，使用NXOpen.body.getFaces函數掃描實體上所有面，以加工顏色的平面為基礎，使用ScRuleFactory.CreateRuleFaceTangent規則獲取相切面集合，使用ScRuleFactory.CreateRuleFaceSlot規則獲取溝槽面集合，使用ScRuleFactory.CreateRuleFaceAdjacent規則獲取相鄰面集合，通過面的屬性、顏色、數量、幾何尺寸、位置以及面與面之間的相關性來判斷是否為壓板槽特征。壓板槽開襠尺寸為幾個固定值時，也可以作為限定條件之一。由于3D設計輸入的實體不能保證實體造型水平的標準化，開發過程中還需要考慮小碎面片的存在，以及顏色漏涂色或錯涂色的問題，需要識別出這些面片并在后續計算過程中過濾處理。

2.2? ?壓板槽特征類的創建

開發計算模塊，根據識別通過的集合面，識別各個面的特征：溝槽面（pFace1，connectFace，pFace2），圓角面（cylFace1，cylFace2），外平面（xFace1，xFace2），識別相關聯的壓板臺面（ybtFace），小倒角面，將這些特征封裝到一個vb.net的ybc類對象里。計算當前壓板槽特征中心點（centerPt）、開口方向（xVect），計算壓板槽寬度、深度等尺寸。

建立一個ybcList鏈表（LinkedList），加入所有識別出來的壓板槽特征，根據中心點坐標值及方位按最短加工路徑進行排序處理。

2.3? ?加工幾何的創建

如果使用三維實體作為加工幾何進行計算，數據量會非常大，導致計算速度慢。因此本文采用了邊界驅動加工方式（boundary），需要構建出加工用的曲線，以曲線作為加工邊界。具體方法：創建一個高度為中間值的平面，使用Features.CreateSectionCurveBuilder截面函數，按順銑加工（climb）的方向，依次計算加工區域與平面的相交曲線，并按順序生成一個曲線鏈（LinkedList Of Curve），保證曲線之間首尾相連，作為一個變量保存在類對象里。小倒角面的加工也可以使用此曲線鏈。

干涉幾何（check boudary）的創建：在使用曲線驅動加工時，因為沒有使用3D實體作為加工幾何，刀具有可能會與3D實體之間產生干涉碰撞，因此需要判斷刀具切削過程中是否存在干涉，并創建干涉幾何。具體方法：采用UFUN射線法（Modl.TraceARay），從加工區域邊界處發射多條射線，返回命中曲面及命中點，以此來查找附近是否存在干涉面，此方法計算速度較慢，推薦使用parasolid內核函數PK射線法（PK_BODY_pick_topols）。從邊界點發射光線，返回沿途每個被擊中面的信息，與面內部相切但不穿過面的光線不會被視為擊中，返回的面按與光線原點的距離進行排序，此函數為非公開的NX二次開發接口（pskernel.net.dll）。本文采用了PK射線法，由于該函數使用了不安全的指針，vb.net無法直接使用，需要另外創建一個VC#或VC++工程引用此函數，再由vb.net調用此工程；或者通過直接調用動態鏈接庫的方式。通過此函數返回的擊中面和擊中點，通過干涉距離來確定干涉面，再根據干涉面的屬性，構建相應的干涉曲線（如圖5），并保存于類對象中。

2.4? ?創建并生成加工NC程序

建立一個加工幾何為邊界類型的壓板槽加工模板，根據上平面高度自動設置安全平面，根據深度自動設置底平面。模板包含一個自定義（UDOP）的等高開粗程序，一個粗加工程序和一個精加工程序，根據加工需求還可以創建壓板臺面線驅動加工程序、小倒角線驅動加工程序。通過軟件自動調用模板，按最短加工路徑的順序、刀具順銑切削的方向，依次自動選擇加工曲線及干涉曲線作為加工幾何，根據壓板槽的開口寬度和深度確定加工刀具的直徑、刃長，從刀具庫選擇合適的刀具，自動設置安全平面、底平面、加工深度、切深等參數，自動生成加工程序。

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，程序生成時會根據設定的環境變量調用二次開發程序，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：

在實際應用過程中，總會遇到非標準化設計造成無法自動識別特征的情況（比如爛面、多碎面、色標濫用），開發過程中已經充分考慮了此類情況，但仍然存在這種幾率，因此需要開發交互式界面，用手工添加、刪除加工區域的方式來完善。

3? ? 總結

通過覆蓋件模具底板壓板槽自動化數控編程的開發，并延展到其他加工區域自動化數控編程的開發，將大量繁瑣重復的工作由計算機來自動完成，主要關鍵技術點有：

·加工區域的自動識別及分類；

·加工干涉面的自動識別；

·最短刀長的自動計算

·加工起刀點的自動計算；

·干涉處的自動避讓；

·NC程序及參數的自動設定；

·自動識別+人工干預的交互式操作方式。

通過本項技術的開發，大幅提高了數控編程工作效率，降低了工作強度，消除了因員工技能水平不一帶來的NC程序差異化，實現了標準化作業。

參考文獻：

[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，田立中，付宜利. UG/OPEN API編程基礎. 北京：清華大學出版社，2002.

[5]夏天，吳立軍. UG二次開發技術基礎. 北京：電子工業出版社，2005.