基于Auto CAD的蝸桿車削加工仿真

郭良超，賈宏浩

河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000

AutoCAD作為廣為流行的一種通用CAD平臺軟件，不但具有強大的交互式三維繪圖功能，還可以在其基礎上進行二次開發，具有參數化三維實體造型功能。以AutoCAD為基本環境，用其內嵌Visual LISP語言、DCL語言實現蝸桿的參數化建模并實現蝸桿齒形加工的動態仿真，在工程設計中具有重要的意義。

1 蝸桿車削加工仿真和參數化建模原理

1.1 蝸桿軸向直廓齒形截面的確定

阿基米德蝸桿的基本參數如下：蝸桿頭數∶Z，模數∶m，直徑系數q，齒形角α（一般選取20°），根據這些基本參數可以列出蝸桿的計算參數：蝸桿軸向齒距Pa=πm，分度圓直徑：d=mq，齒頂高：ha=m，齒根高：hf=1.2m，齒頂圓直徑：da=d+2ha，齒根圓直徑：df=d-2hf。由于阿基米德蝸桿在軸向主平面與渦輪式直線齒條與漸開線齒輪嚙合，有以上計算參數可以推算出蝸桿軸向直廓齒形的幾何尺寸，并繪制出輪廓截面。

1.2 阿基米德螺旋線的確定

加工時阿基米德蝸桿圓柱坯體圍繞自身軸線，作勻速圓周運動（角速度為ω），同時車刀在作平行于圓柱母線的勻速直線運動（線速度為v），將兩者運動軌跡合成即為阿基米德螺旋線。（車刀前面刀刃中點P的運動軌跡線）。以圓柱體體為參考，車刀前面刀刃中點P的運動軌跡方程為：x=rcosθ，y=rsinθ，z=bθ。（其中θ=ωt，b=v/ω）。根據以上方程和2r=da，可以計算出在相同時間內圓柱坯體旋轉的弧度和車刀水平運動距離之間的關系。

1.3 車削加工蝸桿仿真的基本原理

利用AutoCAD內嵌的Visual LISP語言二維繪圖命令（command）繪制出蝸桿軸向直廓齒形截面，并通過三維拉伸命令（extruded）實現車刀實體建模。利用循環函數（repeat）嵌套三維實體旋轉命令（rotate3D）、移動命令（move）和布爾運算求差集命令（subtract），實現車刀在水平方向上的移動以及圓柱毛坯體繞其軸線的旋轉，使車刀前面刀刃中點P沿阿基米德螺旋線軌跡運動。布爾運算在每一次循環后求出車刀與圓柱毛坯體的差集。經過若干次連續循環后及形成蝸桿車削加工的仿真。

1.4 參數化建模的原理

利用了AutoCAD中的DCL語言編寫對話框，將蝸桿加工時的幾個必要參數輸入到對話框中，然后在再用Visual Lisp語言驅動DCL對話框，將輸入到對話框中的參數值讀取并傳遞到Visual Lisp中用于繪制二維輪廓以及三維實體。經過上述循環后，就能得到符合參數輸入要求的蝸桿三維實體。

2 程序的簡要介紹

1）定義函數并驅動DLC對話框語句為：

2）從對話框中取值語句為：

3）初始化AtuoCAD三維環境語句為：

4）車削蝸桿工藝系統（機床、工件、刀具、夾具）建模：

運用“polar”命令確定草圖各個定點位置，用command命令中的“line”參數將各點連接畫線用“entlast”命令生成面域，用command命令中的“extrude” 、"cylinder"、"union"、"array"等參數進行實體建模。

整個工藝系統建模如下圖所示：

圖1

圖2

5）車削加工運動仿真語句為：

其中“repeat”為循環命令“copy”為復制命令“subtract”為布爾減運算。

6）經過連續運動后自動生成的蝸桿三維實體造型（如圖2）

7）DLC語言編寫對話框：

利用DLC語言中的“dialog”“text”“edit_text”“ok_cancel”等控件命令，

8）程序的加載運行

在AutoCAD Visual Lisp編輯其中加載程序，在AutoCAD命令窗口輸入程序定義的函數名“cam”，上圖4對話框會自動彈出，在對話框中輸入蝸桿的基本參數，點擊“確定”按鈕，整個加工仿真過程就會在AutoCAD模型窗口中自動演示，最后通過Visual Lisp語言中擦除命令“eraser”將其它三維實體擦除，只保留蝸桿三維造型（如圖2）。

3 結論

加工仿真技術是上世紀90年代興起的一種新的制造技術。該技術借助三維動態的仿真模型模擬產品設計及其相關的過程，以實現在實際的物理生產活動之前完成產品的可行性分析。在機械產品設計中，利用計算機來實現仿真加工已成為一種必然趨勢。機械加工仿真技術在我國尚處于起步階段，這方面還有很多工作需要做進一步的研究和探索。

[1]胡仁喜，胡星，史青錄.Auto LISP機械設計高級應用實例[M].機械工業出版社.

[2]吳永進，林美櫻.AutoLISP&DCL基礎篇[M].中國鐵道出版社.