基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的麻花鉆參數(shù)化設(shè)計

荊浩旗， 白海清， 楊 柳， 代雪峰

(陜西理工學院機械工程學院，陜西 漢中 723003)

在現(xiàn)代機械加工中，孔加工是最重要的加工工種之一。麻花鉆誕生至今已有百余年的歷史，但它仍然是應用最廣泛的孔加工刀具，尤其在以汽車與航空等孔加工占重要比重的制造業(yè)中，麻花鉆占相當重要的地位。由于麻花鉆結(jié)構(gòu)比較復雜，加上不同的加工工藝對麻花鉆的要求不同，其設(shè)計也是一個復雜繁瑣的過程。所以，實現(xiàn)麻花鉆的參數(shù)化設(shè)計，開發(fā)獨立的麻花鉆設(shè)計系統(tǒng)非常必要。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

Unigraphics(簡稱UG)是當前最先進和緊密集成、面向制造業(yè)CAID/CAD/CAE/CAM的高端軟件［1］平臺之一，UG系統(tǒng)提供了強大的二次開發(fā)工具集UG/Open與特征擴展功能。參數(shù)化設(shè)計是在模型構(gòu)建過程中用參數(shù)變量來控制模型的幾何尺寸和約束關(guān)系，以達到驅(qū)動幾何圖形的目的。本文采用編程方法［1］實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，即在現(xiàn)有UG系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)接口、高級開發(fā)語言和數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)，來實現(xiàn)產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計，是一種高級的參數(shù)化設(shè)計方法。

本文采用UG/Open API和GRIP進行參數(shù)化設(shè)計，充分利用了各開發(fā)語言的特點，用UG/Open UIStyler和MenuScript制作與UG系統(tǒng)無縫集成的用戶界面，采用UG/Open API控制用戶界面，采用GRIP簡單、方便的編程，并接收通過用戶界面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù)實現(xiàn)參數(shù)化建模。系統(tǒng)還采用API與MFC實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的開發(fā)，建立麻花鉆參數(shù)化數(shù)據(jù)庫，完成麻花鉆設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，成功應用于相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)。

2 基于GRIP和API的麻花鉆參數(shù)化設(shè)計

2.1 基于GRIP模型的建立

GRIP是UG/Open中的一個重要模塊，它是UG的內(nèi)嵌語言，是一種圖形交互式、解釋性的編程語言［2］，能夠?qū)崿F(xiàn)UG的絕大多數(shù)交互操作，如幾何體模型建立、裝配創(chuàng)建和工程圖繪制等功能。本文采用GRIP語言編程來實現(xiàn)麻花鉆模型的建立。

麻花鉆制造過程主要包括磨削螺旋槽和刃磨后刀面。根據(jù)制造過程中主要參數(shù)，結(jié)合UG軟件，對相關(guān)參數(shù)進行轉(zhuǎn)化。根據(jù)近些年人們對麻花鉆建模過程的研究［3-5］，采用GRIP語言進行編程，主要分為以下幾個步驟。

2.1.1 螺旋槽的繪制

麻花鉆螺旋槽的設(shè)計關(guān)系到加工過程中的排屑、散熱、冷卻等直接影響加工質(zhì)量的問題。螺旋槽的繪制首先是繪制麻花鉆螺旋槽橫向截形，包括鉆刃曲線［6］、刃帶部分曲線等繪制;再繪制螺旋線、刀具軸線等;最后以螺旋槽橫向截形為掃掠曲線，分別以刀具軸線與螺旋線為導引線，自動掃掠生成刀具螺旋槽。建模參數(shù)包括鉆頭半徑、半錐角、螺旋角、鉆芯半徑。

用GRIP語言編寫程序，調(diào)用相關(guān)GRIP內(nèi)部函數(shù)完成以上操作過程，實現(xiàn)螺旋槽實體的繪制，如圖1所示，部分代碼如下:

2.1.2 后刀面的繪制

在鉆削加工過程中，后刀面磨損較為嚴重，也是麻花鉆設(shè)計的重點。本文麻花鉆后刀面的刃磨采用常用的錐面刃磨法?？紤]到后刀面的翹尾現(xiàn)象［6］，讓鉆頭附加一個繞圓錐母線逆時針的旋轉(zhuǎn)角度［7］。在建模過程中，對刃磨參數(shù)進行轉(zhuǎn)化，最終后刀面的刃磨參數(shù)主要包括錐頂距，錐頂半角和附加旋轉(zhuǎn)角度。

用GRIP語言編寫程序，實現(xiàn)圓錐面軸線與母線的繪制，再調(diào)用相關(guān)函數(shù)實現(xiàn)母線繞軸線旋轉(zhuǎn)生成圓錐面的操作，旋轉(zhuǎn)復制得到對側(cè)圓錐面，再調(diào)用實心體分割函數(shù)，以圓錐面為邊界分別切割螺旋槽實體，得到圓錐后刀面，如圖2所示。

圖1 螺旋槽實體的繪制

圖2 圓錐后刀面的繪制

根據(jù)文獻［8］的相關(guān)優(yōu)化參數(shù)，在GRIP程序中設(shè)置初值，并調(diào)用函數(shù)實現(xiàn)接收從用戶界面?zhèn)鬟f過來的參數(shù)，主要代碼如下:

2.2 系統(tǒng)菜單欄與對話框的設(shè)計

采用二次開發(fā)工具UG/Open UIStyler和MenuScript設(shè)計與UG系統(tǒng)風格一致的菜單欄與對話框，可以方便的調(diào)用相關(guān)模塊，與UG系統(tǒng)無縫集成。

2.2.1 開發(fā)路徑的設(shè)置

首先自定義目錄，如D:UGOPEN，在目錄下創(chuàng)建startup、application、grip、database四個文件夾，用于存放相關(guān)的系統(tǒng)開發(fā)文件，供系統(tǒng)查找調(diào)用。在計算機屬性中設(shè)置【環(huán)境變量】，新建“UGII_USER_DIR=D:UGOPEN”，完成開發(fā)環(huán)境的設(shè)置。

2.2.2 菜單欄與工具欄的設(shè)計

編寫菜單文件，在UG界面菜單添加新的菜單欄“麻花鉆參數(shù)化設(shè)計”，菜單下含兩個下拉子菜單“錐柄麻花鉆”和“直柄麻花鉆”。在菜單的基礎(chǔ)上，制作工具欄，可以點擊工具欄來快速、直接響應，實現(xiàn)和菜單欄一樣的效果，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)菜單欄與工具欄

2.2.3 系統(tǒng)對話框的設(shè)計

UIStyler是用戶開發(fā)對話框的可視化工具，創(chuàng)建與UG風格一樣的對話框。進入UIStyler模塊，選擇對話框所需的控件，設(shè)置對話框的屬性及回調(diào)函數(shù)，根據(jù)麻花鉆的主要設(shè)計參數(shù)以及麻花鉆參數(shù)庫的設(shè)計要求，創(chuàng)建如圖4所示的系統(tǒng)對話框。

以直柄麻花鉆設(shè)計為例，保存創(chuàng)建的直柄麻花鉆對話框，如圖4(a)所示，命名為“drill_spur”，系統(tǒng)將生成編程代碼頭文件、模板文件和對話框文件，將對話框文件復制到application目錄下，由用戶應用程序調(diào)用。

2.3 API調(diào)用GRIP程序的實現(xiàn)

在VC++環(huán)境下，用API語言編程調(diào)用GRIP程序，把通過人機交互界面輸入的參數(shù)傳遞到GRIP程序中，實現(xiàn)麻花鉆的參數(shù)化設(shè)計。復制工程向?qū)募絍C++目錄下，建立UG與VC++的連接，啟動VC++，在項目類別中選擇“Unigraphics NX App Wizard V1”作為應用程序向?qū)?，?chuàng)建工程“drill_spur”。將 UIStyler模塊生成的編程源代碼文件“drill_spur.h”和“drill_spur.cpp”加載到工程中。程序的編寫主要是修改兩個編程源代碼文件，該程序主要包括:入口函數(shù)程序，調(diào)取GRIP程序，傳遞對話框中數(shù)值程序等。

部分源代碼如下:

圖4 系統(tǒng)對話框

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立

3.1 建立數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是應用程序存儲數(shù)據(jù)的倉庫［1］，本系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)的開發(fā)模式，即客戶層和數(shù)據(jù)層的結(jié)構(gòu)模式?？蛻魧又饕瓿陕榛ㄣ@信息的查詢、添加入庫、刪除以及麻花鉆參數(shù)化建模;數(shù)據(jù)層主要用來存儲麻花鉆的數(shù)據(jù)信息，為客戶層提供數(shù)據(jù)支持。本系統(tǒng)采用Access管理系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，設(shè)定“鉆頭半徑”為主鍵。

3.2 注冊數(shù)據(jù)庫

選擇數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫后，需要在用戶計算機上注冊數(shù)據(jù)源。選擇【控制面板】→【管理工具】→【數(shù)據(jù)源ODBC】，進入數(shù)據(jù)源注冊界面，用ODBC數(shù)據(jù)源管理器注冊添加“drill_spur.mdb”數(shù)據(jù)源。

3.3 聯(lián)合UG/Open API和MFC實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)庫的訪問

在UG二次開發(fā)的系統(tǒng)中，為實現(xiàn)對外部數(shù)據(jù)源的訪問，需要利用MFC中封裝的ODBC功能的類［1］，通過類與ODBC的接口，解決了API應用程序不能直接支持MFC的問題，使用戶避免處理繁雜的ODBC API步驟，就可以進行數(shù)據(jù)庫的操作。

在VC++環(huán)境下，創(chuàng)建應用程序框架，建立 MFC AppWizard(dll)工程，命名為“drill_spur_data”。在應用程序中的全局對象類theAPP的下面添加 UG/Open API函數(shù)入口，添加相關(guān)的程序代碼［9］。連接數(shù)據(jù)庫，生成對話框類的實例，如圖5所示。建立與數(shù)據(jù)庫的連接，通過類的方法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的后臺訪問。一個好的數(shù)據(jù)庫應允許用戶添加入庫和刪除數(shù)據(jù)，對話框中各個控件的屬性值［10］要與Access建立的數(shù)據(jù)庫的字段名稱及順序一致，且主鍵不能有重復，添加(insert)和刪除(delete)都是通過SQL語句來編輯的。

對MFC工程進行編譯鏈接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問，將生成的drill_spur_data.lib復制到工程文件夾下，將生成的drill_spur_data.dll文件復制到上述startup目錄中。

圖5 MFC類對話框

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

在VC++環(huán)境下對工程drill_spur的對話框源文件進行修改，主要是對相關(guān)回調(diào)函數(shù)進行代碼修改添加，以及對相關(guān)頭文件的添加，實現(xiàn)調(diào)用GRIP程序和對數(shù)據(jù)庫文件訪問的響應。

將UG 庫文件“l(fā)ibugopenint.lib”、“l(fā)ibufun.lib”和“drill_spur_data.lib”添加到所建立工程的【Project】→【Setting】的【Link】選項中，在【Tools】→【Options】的【Directaries】選項中添加 API庫函數(shù)所在的路徑。對工程進行編譯鏈接，生成對應的drill_spur.dll，將它復制到startup目錄下供系統(tǒng)調(diào)用。

啟動UG，點擊相應的菜單欄或工具欄，彈出對話框，輸入相關(guān)的參數(shù)，也可以通過麻花鉆參數(shù)庫選擇優(yōu)化的參數(shù)，即單擊【直柄麻花鉆參數(shù)庫】，彈出由MFC設(shè)計的對話框，進行數(shù)據(jù)的選擇、添加入庫或刪除等操作，單擊確定或應用，自動生成所需的直柄麻花鉆實體模型，如圖6(a)所示。

以上是標準直柄麻花鉆的設(shè)計過程，錐柄麻花鉆的設(shè)計過程與其類似，主要是柄部參數(shù)有所不同，在此不再詳細敘述，自動生成的新的標準錐柄麻花鉆如圖6(b)所示。

圖6 自動生成麻花鉆實體模型

5 結(jié)語

系統(tǒng)采用UG二次開發(fā)工具集UG/Open，結(jié)合API和GRIP開發(fā)語言，實現(xiàn)了麻花鉆的參數(shù)化設(shè)計計算;采用API與MFC建立了麻花鉆參數(shù)化數(shù)據(jù)庫，解決API應用程序不能直接支持MFC的問題，實現(xiàn)對外部數(shù)據(jù)源的訪問;采用編程技術(shù)實現(xiàn)麻花鉆的快速造型，提高了麻花鉆的設(shè)計效率與準確性，并為麻花鉆設(shè)計改進、數(shù)控加工、切削仿真及性能分析等工作奠定了基礎(chǔ)。

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