基于AutoCAD的螺紋加工三維仿真

發(fā)布日期:2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽:2537

    機械傳動中,螺紋的應(yīng)用十分廣泛,尤其是在數(shù)控設(shè)備上更是大量使用滾珠絲杠。對這些螺紋零件,采用CAD/CAM技術(shù)進行設(shè)計與制造是離不開仿真技術(shù)的,本文主要介紹的是基于AutoCAD平臺,利用VLISP編程,根據(jù)螺紋加工原理、三維實體造型和對象布爾運算等實現(xiàn)螺紋加工三維動態(tài)仿真技術(shù)。

一、基圓柱體造型

    根據(jù)國標(GB196—81)規(guī)定,三角螺紋的基本尺寸有外徑D、中徑D2、內(nèi)徑D1、螺距P、基本三角形高度H和牙形角60°。按有關(guān)規(guī)定,滾珠絲杠公稱直徑為D,長度為L,滾珠直徑為db。將基圓柱體的直徑取為D,長度取設(shè)計值L,則程序代碼如下:

(setq d (getreal"\n請輸入螺紋外徑:")

l (getreal"\n請輸入螺紋長度:")

)

(command "cylinder" (list 0 0 -1) "d" d (* -1 l ) );畫圓柱體

二、切削刀具造型

    螺紋加工常用車削、銑削等加工方法,下面僅以車削三角螺紋和銑削滾珠絲杠為例來說明。

1. 三角螺紋車刀簡化模型

    零前角螺紋車刀的創(chuàng)建,如圖1所示其代碼如下:

圖1 車刀多邊形

(setq p1 (list 0 0 0));設(shè)當前坐標原點為P1

(setq p2 (polar p1 0 (/ p 4)))

(setq p3 (polar p2 (/ pi 3 -1) (* 5 h)))

(setq p4 (polar p3 (/ pi 2 -1) 10))

(setq p5 (polar p4 pi (+ (/ p 4)(* 5 h))))

(setq p6 (polar p5 (/ pi 2) 10))

;定義車刀多邊形p1 p2 p3 p4 p5 p6點的相對坐標

(command "pline" p1 p2 p3 p4 p5 p6 "c" "") ;用多段線形成封閉多邊形

(command "extrude" "l" "" -5 "");拉伸形成車刀模型

(setq e1 (entlast));返回圖元名

(command "move" e1 "" "0,0,0" (list (/ p 2 -1) (/ d1 2 -1) 2.5));移動到起刀點

2. 滾珠絲杠圓盤銑刀簡化模型

    圓盤銑刀是根據(jù)絲杠螺紋槽的法剖面廓形而創(chuàng)建的成形銑刀,為簡化計算可用軸向剖面廓形代替,主要代碼如下:

(setq db (getreal"\n請輸入滾珠直徑:"));定義銑刀截面多邊形各節(jié)點P11、P12、P13、P14,如圖2所:

圖2 銑刀截面多邊形

(setq p11 (polar (list 0 0 0) (/ pi 2) 23.5))

(setq p12 (polar p11 0 db))

(setq p13 (polar p12 (/ pi 2 -1) 13.5))

(setq p14 (polar p13 (* pi -1) db))

;定義銑刀截面多邊形各節(jié)點P11、P12、P13、P14

(command "pline" p12 p13 p14 p11 "a" "cl" "") ;用多段線繪制銑刀截面多邊形

(command "revolve" "l" "" "x" "" );旋轉(zhuǎn)生成銑刀體

(setq o1 (entlast));返回圖元名

(command "ucs" "y" "" "" "color" 1);坐標系繞Y軸轉(zhuǎn)90°,并指定顏色為紅色

(setq p20 (list 0 0 0));設(shè)當前坐標原點為P20

(setq p21 (polar p20 0 3.3))

(setq p22 (polar p21 (/ pi 2 ) 5.2))

(setq p23 (polar p22 (/ (* 105 pi )180) 1.3))

(setq p24 (polar p20 (/ pi 2 ) 6))

(setq p25 (polar p20 (/ pi 2 ) 5))

;定義銑刀槽截面多邊形各節(jié)點P20、P21、P22、P23、P24及基點P25,如圖3所示:

圖3 銑刀槽多邊形

(command "pline" p20 p21 p22 p23 "a" p24 "l" "c" "");用多段線生成銑刀截面多邊形

(command "extrude" "l" "" (* 2 db) "");拉伸形成刀槽體

(setq o2 (entlast));返回該圖元名

(command "move" o2 "" p25 (list 0 -25 -1));以基點P25移動刀槽體到指定點

(command "array" o2 "" "p" p21 20 "" "" );將刀槽體環(huán)形矩陣20個

(setq ss (ssget "x" '((62 . 1))));以紅色為過濾器創(chuàng)建選擇集ss

(command "subtract" o1 "" ss "");將銑刀體與刀槽體進行布爾差運算生成銑刀簡化模型

(setq o3 (entlast));返回該圖元名

(command "rotate" o3 "" p21 5);銑刀旋轉(zhuǎn)5°

(command "move" o3 ""

(list 0 0 0) (list 0 (* -1 (+ 25 (/ (- d db) 2))) 0));將銑刀移動到切削位置

三、螺紋加工三維仿真

1.車削螺紋仿真原理

    螺旋線的數(shù)學(xué)模型是:其中,p為螺距,θ為瞬時角,r為基圓半徑。基圓柱體每旋轉(zhuǎn)一個步距角△θ,車刀平行于圓柱體軸線進給一個量△Z,將車刀復(fù)制件與圓柱體布爾差運算,再進行下一個循環(huán)。

主要代碼如下:

(command "ucs" "y" "" "" "color" 3);坐標系繞Y軸轉(zhuǎn)動90°,指定顏色為藍色

(setq k (* (/ (+ l 2) p )2 pi));設(shè)定循環(huán)次數(shù)

(while (<= i k);循環(huán)條件

(setq pt1 (list 0 0 (* v i -1)));設(shè)移動起點坐標

(command "rotate" a "" "0,0,0" (/ (* 0.1 180) pi));圓柱體繞原點轉(zhuǎn)一個步距角

(setq i (+ i 0.1));給循環(huán)變量一個增量角

(setq pt2 (list 0 0 (* v i -1)));設(shè)移動目標點坐標

(command "move" e1 "" pt1 pt2);使車刀移動一個進給量

(command "copy" e1 "" "0,0,5" "0,0,5");在原位復(fù)制車刀

(setq e2 (entlast));返回復(fù)制車刀圖元名

(command "subtract" a "" e2 "");將圓柱體與車刀復(fù)制件布爾差運算

);循環(huán)體

2.銑削滾珠絲杠仿真原理

    基圓柱體每旋轉(zhuǎn)一個步距角,將沿其軸線進給一個量。銑刀位置不動,將其復(fù)制件與基柱體進行布爾差運算,再進行下一個循環(huán)。

其主要代碼與螺紋車削相近,核心代碼如下:

(while (<= i k)

(setq pt1 (list 0 0 (* v i )));設(shè)移動起點坐標

(command "rotate" a "" "0,0,0" (/ (* 0.1 180) pi));圓柱體繞原點轉(zhuǎn)一個步距角

(setq i (+ i 0.1));給循環(huán)變量一個增量角

(setq pt2 (list 0 0 (* v i )));設(shè)移動目標點坐標

(command "move" a "" pt1 pt2);圓柱體移動一個進給量

(command "copy" o3 "" "0,0,5" "0,0,5");在原位復(fù)制銑刀

(setq o4 (entlast));返回復(fù)制銑刀圖元名

(command "subtract" a "" o4 "");將圓柱體與銑刀復(fù)制件布爾差運算

)

3.仿真程序流程

我們采用主控程序調(diào)用仿真車削子程序,或調(diào)用仿真銑削子程序的方法實現(xiàn)加工動態(tài)仿真。仿真效果渲染如圖4和圖5所示。

圖4 車削螺紋仿真

圖5 銑削絲杠仿真

四、結(jié)束語

     三維動態(tài)仿真技術(shù),是現(xiàn)代制造業(yè)不可缺少的技術(shù)之一。螺紋加工仿真原理可直接演示零件表面的成形過程,檢驗零件表面的加工質(zhì)量,也可用于其他零件加工仿真。基于AutoCAD,利用VLISP編程實現(xiàn)加工仿真,設(shè)計結(jié)果模擬運行等,是有效的途徑之一,對于從事CAD/CAM技術(shù)人員有一定的參考意義

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