基于AutoCAD的螺纹加工三维仿真0刀头

基于AutoCAD的螺纹加工三维仿真

基于AutoCAD的螺纹加工三维仿真 2011年12月04日 来源： 机械传动中，螺纹的应用十分广泛，尤其是在数控设备上更是大量使用滚珠丝杠。对这些螺纹零件，采用CAD/CAM技术进行设计与制造是离不开仿真技术的，本文主要介绍的是基于AutoCAD平台，利用VLISP编程，根据螺纹加工原理、三维实体造型和对象布尔运算等实现螺纹加工三维动态仿真技术。一、基圆柱体造型根据国标（GB196—81）规定，三角螺纹的基本尺寸有外径D、中径D2、内径D1、螺距P、基本三角形高度H和牙形角60°。按有关规定，滚珠丝杠公称直径为D，长度为L，滚珠直径为db。将基圆柱体的直径取为D，长度取设计值L，则程序代码如下：(setq d (getreal"\n请输入螺纹外径:")l (getreal"\n请输入螺纹长度:"))(command "cylinder" (list 0 0 -1) "d" d (* -1 l ) )；画圆柱体二、切削刀具造型螺纹加工常用车削、铣削等加工方法，下面仅以车削三角螺纹和铣削滚珠丝杠为例来说明。1. 三角螺纹车刀简化模型零前角螺纹车刀的创建，如图1所示其代码如下：

图1 车刀多边形

(setq p1 (list 0 0 0));设当前坐标原点为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)) ;定义车刀多边形p1 p2 p3 p4 p5 p6点的相对坐标(command "pline" p1 p2 p3 p4 p5 p6 "c" "") ；用多段线形成封闭多边形(command "extrude" "l" "" -5 "")；拉伸形成车刀模型(setq e1 (entlast))；返回图元名(command "move" e1 "" "0,0,0" (list (/ p 2 -1) (/ d1 2 -1) 2.5))；移动到起刀点2. 滚珠丝杠圆盘铣刀简化模型圆盘铣刀是根据丝杠螺纹槽的法剖面廓形而创建的成形铣刀，为简化计算可用轴向剖面廓形代替，主要代码如下：(setq db (getreal"\n请输入滚珠直径:"))；定义铣刀截面多边形各节点P11、P12、P13、P14，如图2所：

图2 铣刀截面多边形

(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));定义铣刀截面多边形各节点P11、P12、P13、P14(command "pline" p12 p13 p14 p11 "a" "cl" "") ；用多段线绘制铣刀截面多边形(command "revolve" "l" "" "x" "" )；旋转生成铣刀体(setq o1 (entlast))；返回图元名(command "ucs" "y" "" "" "color" 1)；坐标系绕Y轴转90°，并指定颜色为红色(setq p20 (list 0 0 0))；设当前坐标原点为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))；定义铣刀槽截面多边形各节点P20、P21、P22、P23、P24及基点P25，如图3所示：

图3 铣刀槽多边形

(command "pline" p20 p21 p22 p23 "a" p24 "l" "c" "")；用多段线生成铣刀截面多边形(command "extrude" "l" "" (* 2 db) "")；拉伸形成刀槽体(setq o2 (entlast))；返回该图元名(command "move" o2 "" p25 (list 0 -25 -1))；以基点P25移动刀槽体到指定点(command "array" o2 "" "p" p21 20 "" "" )；将刀槽体环形矩阵20个(setq ss (ssget "x" '((62 . 1))))；以红色为过滤器创建选择集ss(command "subtract" o1 "" ss "")；将铣刀体与刀槽体进行布尔差运算生成铣刀简化模型(setq o3 (entlast))；返回该图元名(command "rotate" o3 "" p21 5)；铣刀旋转5°(command "move" o3 ""(list 0 0 0) (list 0 (* -1 (+ 25 (/ (- d db) 2))) 0))；将铣刀移动到切削位置三、螺纹加工三维仿真1.车削螺纹仿真原理 螺旋线的数学模型是：其中，p为螺距，θ为瞬时角，r为基圆半径。基圆柱体每旋转一个步距角△θ，车刀平行于圆柱体轴线进给一个量△Z，将车刀复制件与圆柱体布尔差运算，再进行下一个循环。主要代码如下：(command "ucs" "y" "" "" "color" 3)；坐标系绕Y轴转动90°，指定颜色为蓝色(setq k (* (/ (+ l 2) p )2 pi))；设定循环次数(while (<= i k)；循环条件(setq pt1 (list 0 0 (* v i -1)))；设移动起点坐标(command "rotate" a "" "0,0,0" (/ (* 0.1 180) pi))；圆柱体绕原点转一个步距角(setq i (+ i 0.1))；给循环变量一个增量角(setq pt2 (list 0 0 (* v i -1)))；设移动目标点坐标(command "move" e1 "" pt1 pt2)；使车刀移动一个进给量(command "copy" e1 "" "0,0,5" "0,0,5")；在原位复制车刀(setq e2 (entlast))；返回复制车刀图元名(command "subtract" a "" e2 "")；将圆柱体与车刀复制件布尔差运算)；循环体2.铣削滚珠丝杠仿真原理基圆柱体每旋转一个步距角，将沿其轴线进给一个量。铣刀位置不动，将其复制件与基柱体进行布尔差运算，再进行下一个循环。其主要代码与螺纹车削相近，核心代码如下：(while (<= i k)(setq pt1 (list 0 0 (* v i )))；设移动起点坐标(command "rotate" a "" "0,0,0" (/ (* 0.1 180) pi))；圆柱体绕原点转一个步距角(setq i (+ i 0.1))；给循环变量一个增量角(setq pt2 (list 0 0 (* v i )))；设移动目标点坐标(command "move" a "" pt1 pt2)；圆柱体移动一个进给量(command "copy" o3 "" "0,0,5" "0,0,5")；在原位复制铣刀(setq o4 (entlast))；返回复制铣刀图元名(command "subtract" a "" o4 "")；将圆柱体与铣刀复制件布尔差运算)3.仿真程序流程我们采用主控程序调用仿真车削子程序，或调用仿真铣削子程序的方法实现加工动态仿真。仿真效果渲染如图4和图5所示。

图4 车削螺纹仿真

图5 铣削丝杠仿真

四、结束语三维动态仿真技术，是现代制造业不可缺少的技术之一。螺纹加工仿真原理可直接演示零件表面的成形过程，检验零件表面的加工质量，也可用于其他零件加工仿真。基于AutoCAD，利用VLISP编程实现加工仿真，设计结果模拟运行等，是有效的途径之一，对于从事CAD/CAM技术人员有一定的参考意义。(end)

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