基于NX自動計算沖壓方向旋轉(zhuǎn)角度的二次開發(fā)

劉麗莉，李麗芳，周燕芳

（上汽通用汽車有限公司，上海 201206）

1 引言

確定沖壓零件的沖壓方向是沖壓工藝排布過程中的第一步，沖壓方向的選擇是否合理直接影響了工藝質(zhì)量的好壞，因此是非常重要的一個步驟。目前，沖壓件的沖壓方向一般是在Autoform里確定好后，再將沖壓坐標(biāo)系導(dǎo)出至NX中。沖壓坐標(biāo)系相對于絕對坐標(biāo)系的繞軸旋轉(zhuǎn)順序以及旋轉(zhuǎn)角度僅在Autoform軟件中記錄顯示，導(dǎo)出后在NX中并無信息記錄，信息的傳遞一般為人工記錄。另外，一旦在NX中發(fā)現(xiàn)需要重新調(diào)整沖壓方向時，仍需回到Autoform中對零件進行旋轉(zhuǎn)調(diào)整并再次導(dǎo)出至NX中，反復(fù)操作導(dǎo)致效率相對較低。

因此，非常有必要在NX中開發(fā)一款能自動計算出指定沖壓坐標(biāo)系相對絕對坐標(biāo)系在某一特定旋轉(zhuǎn)順序下的旋轉(zhuǎn)角度值，并且可以支持直接在NX中繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整沖壓方向的插件。本文基于C++對NX進行二次開發(fā)，利用Visual Studio編程工具，開發(fā)了一款能自動計算指定坐標(biāo)系相對于絕對坐標(biāo)系在特定旋轉(zhuǎn)順序下的旋轉(zhuǎn)角度值，同時還在NX中建立交互界面，可以實現(xiàn)對沖壓坐標(biāo)系繞指定坐標(biāo)軸進一步旋轉(zhuǎn)調(diào)整，建立新的沖壓坐標(biāo)系，并實時顯示調(diào)整之后的坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度值，避免了用戶在兩款軟件之間來回切換操作，提高了用戶在NX內(nèi)處理沖壓方向的效率。

2 基本原理

2.1 繞單一軸旋轉(zhuǎn)

假定絕對坐標(biāo)系按照X軸旋轉(zhuǎn)α°，根據(jù)三角函數(shù)計算可得繞X軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣TX，同理得到繞Y軸旋轉(zhuǎn)β°，繞Z軸旋轉(zhuǎn)γ°的旋轉(zhuǎn)矩陣TY和TZ。

2.2 繞多個軸旋轉(zhuǎn)

沖壓坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)過程屬于圍繞當(dāng)下自身坐標(biāo)系某軸轉(zhuǎn)動，即每次旋轉(zhuǎn)都固定被圍繞的某一軸，另兩軸動。同時，由于旋轉(zhuǎn)順序不固定，可以隨意組合，例如可以先繞X軸，再繞Y軸，最后繞Z軸旋轉(zhuǎn)，也可根據(jù)需要調(diào)整為先繞Y軸，再繞Z軸，最后繞X軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)歐拉旋轉(zhuǎn)公式，只需根據(jù)旋轉(zhuǎn)順序，將先旋轉(zhuǎn)的矩陣放前面，即可推算出在不同旋轉(zhuǎn)順序繞多個軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣。以旋轉(zhuǎn)順序為X、Y、Z為例：

2.3 角度計算

根據(jù)以上公式推斷，不難看出，若已知旋轉(zhuǎn)順序及旋轉(zhuǎn)角度，可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣推算出旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)系的矩陣方程，通過NX二次開發(fā)過程中的坐標(biāo)系創(chuàng)建即可以得到我們所希望的坐標(biāo)系。這就為在NX二次開發(fā)中實現(xiàn)通過旋轉(zhuǎn)順序和旋轉(zhuǎn)角度的輸入更新沖壓坐標(biāo)系提供了依據(jù)。

同時，若已知最終坐標(biāo)系的矩陣，根據(jù)不同的旋轉(zhuǎn)順序，亦可推算出每次旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度。還是以旋轉(zhuǎn)順序為X、Y、Z為例，具體計算過程如下。

如 果β=90°，則α=0°，γ=atan2（r21，r22），如 果β=-90°，則α=0°，γ=-atan2（r21，r22）。

在NX二次開發(fā)過程中，通過NXopen數(shù)據(jù)庫的調(diào)用，求出當(dāng)前制件的工作坐標(biāo)系即沖壓坐標(biāo)系的矩陣，再根據(jù)上述公式，即可計算出當(dāng)前沖壓坐標(biāo)系相對于絕對坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度值。

3 界面設(shè)計

界面設(shè)計主要考慮界面簡潔，操作簡單，靈活方便等原則，UI界面如圖1所示。打開dll調(diào)用應(yīng)用程序后，會自動計算出當(dāng)前工作坐標(biāo)系相對于絕對坐標(biāo)系按先X軸，再Y軸，再Z軸的旋轉(zhuǎn)順序的各自旋轉(zhuǎn)的角度，并在下側(cè)信息欄同步顯示。同時用戶也可以通過Tip Order指令選擇旋轉(zhuǎn)先后順序，系統(tǒng)會自動計算出當(dāng)前順序下的各自旋轉(zhuǎn)角度，并在信息窗口欄處更新輸出。

圖1 程序UI界面設(shè)計

如果用戶對當(dāng)前的沖壓坐標(biāo)方向不滿意，仍可繼續(xù)調(diào)整當(dāng)前坐標(biāo)系。可以通過Tip Vector控件對其進行修正，首先在Rotate By中選擇此次調(diào)整的角度值，然后在相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸（X軸/Y軸/Z軸）處選擇所需調(diào)整的“+”或“-”按鈕作相應(yīng)的調(diào)整（“+”表示順時針旋轉(zhuǎn)，“-”表示逆時針旋轉(zhuǎn)），并在信息欄中實時顯示當(dāng)前工作坐標(biāo)系相對于絕對坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。

4 開發(fā)流程

本次二次開發(fā)為了盡可能減少用戶的選擇，打開該程序后，會自動識別出當(dāng)前工作坐標(biāo)系，默認旋轉(zhuǎn)順序為X-Y-Z，通過2.3節(jié)中的角度計算關(guān)系通過當(dāng)前沖壓坐標(biāo)系矩陣計算出旋轉(zhuǎn)角度，并實時顯示在信息欄中，實現(xiàn)信息的自動識別和顯示。

當(dāng)用戶選擇調(diào)整當(dāng)前坐標(biāo)系時，程序讀取當(dāng)前工作坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)順序以及旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)用戶選擇的調(diào)整角度，結(jié)合已有的旋轉(zhuǎn)角度值，計算出新的坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)2.2旋轉(zhuǎn)矩陣計算公式推算出坐標(biāo)系的新的矩陣值，并在NX中更新沖壓坐標(biāo)系，實現(xiàn)對零件沖壓方向的優(yōu)化調(diào)整。

程序核心算法流程圖如圖2所示。

圖2 程序核心算法流程

5 代碼開發(fā)

本案例是針對UI界面的NX二次開發(fā)，首先在NX中設(shè)計出圖1所示的UI界面，在代碼生成模塊語言選擇C++，保存后生成dlx、hpp和cpp文件。

在Visual Studio中創(chuàng)建工程項目文件，選擇NXOpen C++Wizard模板，選擇相應(yīng)的設(shè)置后完成工程項目創(chuàng)建，并將之前生成的hpp和cpp復(fù)制到工程項目中，即可完成項目框架的搭建工作。基本上所有代碼均使用C++程序語言編寫在hpp和cpp中，通過編譯和調(diào)試后生成后綴名為dll的文件，在NX中通過Ctrl+U命令調(diào)用dll文件即可實現(xiàn)二次開發(fā)的功能。NX二次開發(fā)需特別注意NX版本和Visual Studio版本的匹配。

C++相對于C的增強，表現(xiàn)在兩個方面：①在原來基于過程的機制基礎(chǔ)上，對C語言做了不少的擴充；②增加了面向?qū)ο蟮臋C制。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，是針對開發(fā)較大規(guī)模的程序而提出來的，目的是為了提高軟件開發(fā)的效率[1]。其最大特性是增加了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的“類（class）”，通過設(shè)計類的成員及成員函數(shù)，實現(xiàn)功能的封裝與調(diào)用，可以盡可能地提升程序的執(zhí)行效率。

本文整個程序的主要類及函數(shù)功能包括工作坐標(biāo)系角度計算、旋轉(zhuǎn)角度計算、根據(jù)角度設(shè)置坐標(biāo)系等等，部分代碼如下：

void Tip::Calculate_WCS_Angles()

{

tag_t wcs_id;

tag_t matrix_id_new;

double matrix_values[9];

UF_CSYS_ask_wcs(&wcs_id);

UF_CSYS_ask_matrix_of_object(wcs_id,&matrix_id_new);

UF_CSYS_ask_matrix_values(matrix_id_new,matrix_values);

double degree_x;

double degree_y;

double degree_z;

double degree_x_float;

double degree_y_float;

double degree_z_float;

degree_y = atan2(-matrix_values[2],sqrt(matrix_values[0]*matrix_values[0]+matrix_values[1]*matrix_values[1]));

if(degree_y!=PI/2||degree_y!=-PI/2)

{

degree_z = atan2(matrix_values[1]/cos(degree_y),matrix_values[0]/cos(degree_y));

degree_x = atan2(matrix_values[5]/cos(degree_y),matrix_values[8]/cos(degree_y));

}

else if(degree_y==PI/2)

{

degree_z=0;

degree_x=atan2(matrix_values[3],matrix_values[4]);

}

else if(degree_y==-PI/2)

{

degree_z=0;

degree_x=-atan2(matrix_values[3],matrix_values[4]);

}

degree_x_float=degree_x/PI*180;

degree_y_float=degree_y/PI*180;

degree_z_float=degree_z/PI*180;

double03->SetValue(degree_x_float);

double04->SetValue(degree_y_float);

double05->SetValue(degree_z_float);

}

void View_CSYS_set(int n,tag_t csys_tag)

{

tag_t object_id;

tag_t matrix_id_new;

double matrix_values[9];

UF_CSYS_ask_matrix_of_object(csys_tag,&matrix_id_new);

UF_CSYS_ask_matrix_values(matrix_id_new,matrix_values);

double axes[6];

if(n==1)

{

axes[0]=matrix_values[3];

axes[1]=matrix_values[4];

axes[2]=matrix_values[5];

axes[3]=matrix_values[6];

axes[4]=matrix_values[7];

axes[5]=matrix_values[8];

}

if(n==2)

{

axes[0]=matrix_values[0];

axes[1]=matrix_values[1];

axes[2]=matrix_values[2];

axes[3]=matrix_values[6];

axes[4]=matrix_values[7];

axes[5]=matrix_values[8];

}

if(n==3)

{

axes[0]=matrix_values[0];

axes[1]=matrix_values[1];

axes[2]=matrix_values[2];

axes[3]=matrix_values[3];

axes[4]=matrix_values[4];

axes[5]=matrix_values[5];

}

UF_VIEW_set_rotation(NULL_TAG,axes);

NXOpen::Session*theSession=NXOpen::Session::GetSession();

NXOpen::Part*workPart(theSession->Parts()->Work());

NXOpen::Part*displayPart(theSession->Parts()->Display());

workPart->ModelingViews()->WorkView()->Fit();

}

6 實現(xiàn)案例

在NX中打開某車型翼子板的零件數(shù)模，調(diào)用此應(yīng)用程序，系統(tǒng)自動計算出在默認的先繞X軸、再Y軸、再Z軸的旋轉(zhuǎn)順序下的旋轉(zhuǎn)角度并顯示在信息區(qū)域，如圖3所示。當(dāng)用戶在Tip Order控件中選擇旋轉(zhuǎn)順序先Y軸、再Z軸、再X軸后，系統(tǒng)再次計算出新的旋轉(zhuǎn)順序下的旋轉(zhuǎn)角度并顯示在信息區(qū)域，如圖4所示。當(dāng)用戶使用Tip Vector控件對工作坐標(biāo)系進行調(diào)整時，調(diào)整后的繞各坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度會在信息區(qū)域?qū)崟r更新，同時程序也會自動執(zhí)行將NX中的工作坐標(biāo)系調(diào)整至相應(yīng)位置的操作。最后，程序?qū)X界面的視圖調(diào)整至當(dāng)前工作坐標(biāo)系下主視圖。對比前后兩個工作坐標(biāo)系下的零件，可見零件的沖壓方向已發(fā)生變化，如圖5所示。

圖3 首次調(diào)用程序

圖4 調(diào)整旋轉(zhuǎn)順序后

圖5 調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度前后對比

7 結(jié)語

本文通過Visual Studio2019搭建了NX二次開發(fā)環(huán)境，基于C++開發(fā)了自動識別當(dāng)前工作坐標(biāo)系相對于絕對坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度，并通過UI界面的設(shè)計，實現(xiàn)了在UI界面內(nèi)對當(dāng)前坐標(biāo)系進行旋轉(zhuǎn)調(diào)整并能計算最新的旋轉(zhuǎn)角度，同時更新沖壓坐標(biāo)系，并且可以讓用戶自定義選擇旋轉(zhuǎn)順序，增加了該程序的使用柔性。通過此程序，在制件沖壓方向設(shè)定過程中可以減少從NX到Autoform的轉(zhuǎn)換，同時若前后工序的沖壓方向存在偏差或希望繼續(xù)優(yōu)化沖壓方向，也可以在NX中進行靈活的調(diào)整，大大提高了工作效率，拓展了NX應(yīng)用范圍。