在UGⅡ系统中建立用户自定义刀具库

    近年来我国的机械制造行业发展迅猛，各企业不断加大投入进行技改。特别是数控设备及其加工技术，计算机辅助设计及制造技术（CAD/CAM）的不断深入应用，使机械制造企业在技术方面有了质的突破。然而，在众多加工企业中，能够有效利用技术创新，并形成规模化、集约化的制造企业还是为数不多。关键原因在于，对于中国机械制造企业，在这方面还有很多基础工作需要去做，去完善，这样才可能充分利用先进的技术，以有限的资源提高涉及到生产、管理等方面的系统的效率，从而创造最大的经济效益。

    东方电机股份有限公司在20世纪90年代中期就引进了原EDS公司PLM事业部的UG系统，经过多年的应用，技术人员已经逐步把很多工作转移到该软件平台。UGⅡ系统作为一个多功能集成的工程应用系统，特别是随着近年的发展和不断完善，已能适应公司的各项技术开发及生产制造任务。然而在使用其 CAM模块进行数控加工程序编制时，有太多的参数需要设置，有时难免疏忽，也比较烦琐，直接影响了编制加工程序的效率。虽然，EDS公司在开发UGⅡ系统时，提供了很多模板，但工程技术人员还需面对企业本身的设计制造的实际情况，收集一些基础的技术参数，构建适合本企业的数据库。这里将根据在UG 系统的CAM模块中刀具参数的设置过程，从以下几个方面，详细介绍如何建立用户自定义的刀具数据库。

    一、创建刀具几何结构参数数据库

    在实际加工应用中，需要对一个工件或多个工件编制加工工艺及程序时，都有可能用到多种规格、不同类型的加工刀具。如果我们在编制程序时，每次都要重新创建并设置这些刀具参数，包括刀具的几何结构、材料等，效率必将大大下降，而且所完成的也只是些简单的重复劳动。

    在UG系统的 CAM模块中，我们可以通过在Create Tool对话框中选择 Retrieve Tool按钮，直接调用UG刀具库中定义的30多种不同类型的刀具，如图1和图2所示。但UG库中的刀具多数并不是我们需要的规格尺寸的刀具，因此我们希望可以一次性地定义好需要的刀具几何结构参数，在以后的操作中能够像调用UG库中刀具一样，直接使用。

    图1 Create Tool对话框

    图2 Retrieve Tool子菜单

    在UGⅡ系统中，刀具几何结构参数库主要存放在 ${UGⅡ_BASE_DIR}\Mach\resource\ library\tool\ 目录下，主要由以下几个文件构成：ASCⅡ子目录下Dbc_tool_ ascⅡ.def、Dbc_tool_ascⅡ.tcl和English或Metric 子目录下的Dool_ database.dat。 文件Dbc_tool_ascⅡ.def 定义了刀具库必要的刀具几何结构参数变量及库的类型层次结构；文件Dbc_tool_ascⅡ.tcl则包含了各个刀具库操作事件处理器，它们主要用于UG与刀具库的连接。在文件Tool_database.dat中存放的就是我们最关心的东西，所有的刀具几何结构参数和材料信息都在其中。

    用户定义新的刀具，可以直接修改Tool_database.dat文件中的刀具记录。另外，也可以在UG中先定义好刀具的几何结构参数，然后通过执行Shop Documentation，选择最后一个输出模板Export Tool Library to ASCⅡ datafile，把刀具参数输出到一个文件。接下来，需要做的工作就是把输出到这个文件中的刀具记录添加到Tool_database.dat文件中。

    至此，应该说，基本可以达到最初的目的了。但在实际使用中，随着自定义的刀具不断增多，用户自己也不清楚到底定义了多少、定义了哪些种类的刀具，从库里调用刀具时，更需要搞清楚要调用的刀具究竟属于UG刀具库中哪个类型的刀具，如图2所示。通过深入研究，发现在Dbc_tool_ascⅡ.def文件中对刀具库的类型层次结构定义时，UGⅡ系统用CLASS MILLING、CLASS DRILLING和CLASS TURNING定义了刀具库的三个主类，在这三个主类下又定义了30多个子类。在Tool_database.dat文件中的每条刀具记录，都以DATA开头，都包含有T和ST数据，实际上它们就是此条记录定义的刀具主类TYPE和子类SubType信息。

    在文件Dbc_tool_ascⅡ.def中加入以下代码，重新启动UG后，执行从库中调用刀具，可以得到如图3所示的效果，这就是我们希望得到的，条理明晰、符合自己使用的刀具类型层次结构。

    图3 刀具选择界面

    CLASS User_defined_milling
    {
    TYPE QRY
    QUERY  " [DB(Type)] = = [04]"
    DIALOG libref Diameter
    RSET   libref Descr Diameter MaterialDes
    UI_NAME "用户自定义_铣刀"
    …
    }
    CLASS User_defined_drilling
    {
    TYPE QRY
    QUERY  "[DB(Type)] = = [05]"
    DIALOG libref Diameter
    RSET   libref Descr Diameter MaterialDes
    UI_NAME "用户自定义_钻头"
    …
    }

    在向文件Dbc_tool_ascⅡ.def中加入主类代码时，注意前后“{}”的位置，并跟系统定义的CLASS MILLING、CLASS DRILLING和CLASS TURNING主类结构保持平行，嵌入在CALSS TOOL的定义中。其中定义的主类类型值不能重复。在每个主类下，可以根据主类自行定义相关的子类，即用SubType 代替 QUERY  "[DB(Type)] = = [01]"中的 Type，并且类型代码值也可以重新排序。

    完成了刀具库自定义类型层次结构的定义，需要从库中检索刀具，还得修改刀具几何结构参数数据库（Tool_database.dat）中的刀具记录，即修改记录中的T和ST对应的值，则该条记录进入相应的主类和子类检索，得到如图4所示检索结果。要建立一个完整的刀具几何结构参数库，类型层次结构定义是基础，后续要做的就是不断地把相应的刀具记录添加到数据库文件Tool_database.dat中，形成用户自定义的刀具库。

    图4 检索结果

    二、创建自定义刀具材料库、零件材料库以及刀具切削参数库

    通过以上工作所建立的刀具库，笔者称为刀具几何结构参数库，它主要由刀具的几何结构数据组成。对于编程人员来说，创建一个Operation，生成可以使用的刀位程序，还需要设置刀具的相关切削用量参数，包括主轴转速、切削深度、进给速度等。在UG系统的CAM模块中，执行Feeds and Speeds对话框中的Reset from Table，系统可以根据切削深度、刀具材料、零件材料及切削方法，自动从库中调用并计算出相应的切削用量值，如图5所示。

    图5 Feeds and Speeds对话框

    除切削深度需要手动设定外，用户从相应的库中可以直接调用不同的切削方法、零件材料和刀具材料。其中刀具材料，我们也可以在创建刀具时从刀具几何结构参数库中直接得到，关键是在建立刀具几何结构参数库时，刀具记录中包含了正确刀具材料信息MATREF，即引用刀具材料库的某一材料参考信息。在UG系统中，切削方法、零件材料、刀具材料都以库参考值存在，分别对应于CUT_METHODS. DAT、PART_MATERIALS.DAT、TOOL_MATERIALS.DAT文件中的LIBRF值。系统执行Reset from Table，根据各库参考值和切削深度，在切削参数库FEEDS_SPEEDS.DAT文件中进行检索，引用被检索出记录的数据，如Surface Speed、Feed_per_Tooth等的值，进而计算出相应的主轴转速、进给速度等。

    因此，在建立刀具材料库、零件材料库时，应系统规划，统一标准，避免混乱，而建库本身就比较简单了，可以参照UGⅡ系统相应的库，增加或修改以DATA开头的记录。建立刀具切削参数库的工作就要烦琐得多。一般来说，在实际加工中，要根据不同刀具材料、零件材料，以及不同的切深和切宽，选择不同的刀具切削用量。一个成熟的工艺技术人员，可根据长期积累的经验，并参照刀具商提供的参数，结合加工实际状况，选择合适的切削用量，也可以反过来根据实际加工情况，修正经验值，完成经验的不断积累。创建自定义刀具切削参数库，就是把用户的经验积累起来，并予以数值化提供给其他技术人员。

    三、创建刀具几何图形库
 
    谈到建立刀具库，不能不涉及到刀具几何图形库的使用。创建刀具几何图形库，主要目的就是在最新的Unigraphics NX2.0 系统中进行刀位机床仿真时，可以调用用户构建的刀具计算机三维几何模型，如图6所示。没有用户自定义的刀具几何图形库，或者调用UG系统自带的刀具模型，显然达不到机床仿真的目的。

    图6 刀具模型

    系统刀具几何图形库，由${UGⅡ_BASE_DIR}\Mach\resource\ library\tool\graphics 目录下一系列刀具的实体模型文件构成，包含用于显示刀具装配的信息。构建用户自定义的刀具装配模型，推荐在非主模型文件中，将用户自定义刀具、刀柄及相关部件进行装配。对于钻削或铣削的刀具，在模型装配时，刀具轴应与X轴正方向一致，坐标系零点在刀柄夹持点（Tool Tracking Point）。另外，构建的刀具非主模型文件名应与刀具几何结构参数库tool_database.dat文件中DATA记录的LIBRF值相同。这样，按照以上原则，系统进行刀位机床仿真或需要显示刀具时，才能够按照刀具的库参考值，调出刀具装配模型，并以系统缺省方向和位置显示出用户自定义的刀具模型。

    四、在创建自定义刀具库过程中需要注意的几个问题

    (1)建立刀具库时，在dbc_tool_ascⅡ.def文件中定义刀具主类或子类时，UI_NAME 后面可以采用中文字串。另外，库中所有记录的刀具描述、材料描述都可以采用中文字串。但目前不建议刀具库记录中的LIBRF值采用中文。
    (2)建立刀具几何结构参数库、刀具材料库、零件材料库及切削参数库过程中，应保持每个库中的LIBRF值的唯一性，原因在于它是作为系统其他库引用和系统内部识别的标识。
    (3)调用刀具库创建刀具时，为增加检索查询项目，可以在dbc_tool_ascⅡ.def文件内，相应刀具主类或子类定义的“DIALOG libref Diameter”行中，加入需要增加的刀具查询参数。

    当然，要提高CAD/CAM系统效率，以及工艺制造技术人员的快速反应能力，本文所涉及到的仅仅是系统里很小的一个环节。更多的工作还需要技术人员不懈的努力，脚踏实地地收集和积累制造系统中的各个基础数据，结合现代新技术不断完善和健全，从而提高系统整体的协作水平和工作效率。