磨削砂輪參數化設計的軟件實現及加工仿真

摘 要成形磨削是現代加工生產過程中的一種先進的加工方法，而磨削砂輪的精度直接影響被加工零件的加工精度。本文依據砂輪母線的類型根據加工要求進行參數化設計，并基于參數化設計開發了成型砂輪參數化設計軟件。根據實際需求該軟件分為自動加工模塊與手動加工模塊，同時可自動生成可被常規數控系統所識別的NC代碼，用于在數控軟件中模擬刀具運動情況。

【關鍵詞】砂輪參數化設計 編程 仿真

1 系統軟件流程

砂輪分為四大類：直線型母線砂輪、曲線型母線砂輪、樣條曲線型母線砂輪和國標專用砂輪。在軟件中需要實現這四大類砂輪的參數化加工過程，如圖1所示。

軟件包括參數化加工程序、手動調整程序以及數據庫加工程序。在參數化加工程序中，可以對上述四大類砂輪的參數化設計與加工。每種加工的參數設置完畢后點擊“開始加工”按鈕，修形機自動根據所設置的參數進行加工。在手動調整模塊中，可以手動對電機和主軸進行單獨進給，主要是用于對砂輪修形機的調整或對測量系統進行標定。在數據庫加工模塊中，通過鏈接數據庫，對常用砂輪的參數可以直接調入，通過設定加工參數直接完成砂輪的加工。

2 軟件編制

主界面可以實現人機交互，也是程序的入口。在VC++6.0中，利用其自帶的向導（Appwizard）功能自動生成砂輪修形的單文檔（SDI）應用程序框架，它包括四個類：應用程序類（cwinApp）主要負責數控修形系統的啟動和初始化；主框架類（CFramewnd）主要負責管理主框架窗口；文檔類（CDocument）主要負責保存應用程序的數據；視圖類（CView）主要負責用戶數據的輸入和數據的輸出顯示。

在創建好菜單界面后，根據面對對象的程序設計方法，通過設計出所需的MFC擴展來實現軟件的功能。

創建完各類后，利用消息響應來實現每個模態對話框的調用，在執行一個對話框時無法對其他對話框進行編輯避免了操作的混亂。另外在主程序View類的CPP文件中添加相應的頭文件，#include“類名.h，，完成對基于零件特征加工對話框的調用。

在軟件界面中，將每種類型的砂輪分為兩步：

首先第一步中包括砂輪參數設計程序、圖形示意程序以及NC代碼生成部分。在砂輪參數化設計程序中，用戶可依據需要加工砂輪的參數及特點，輸入不同的參數用。在圖形示意模塊以靜態位圖作示意，反映設計砂輪的形狀特征。NC代碼生成模塊由只讀的靜態編輯框和按鈕組成。在設計中NC代碼自動生成的實現是通過在固定的NC程序中添加坐標變量來實現的。

第二步中包括砂輪的NC代碼編輯模塊、刀具路徑模擬模塊、加工進度模塊。其中NC代碼編輯模塊利用中間變量將第一步中NC代碼繼承到編輯框中，并且改變編輯框的屬性。刀具路徑模擬模塊繼承了第一步中的參數輸入，使用戶可以通過數據和刀具路徑的模擬來確認NC程序的正確性。

3 操作流程

本文通過展示直線母線型砂輪修形加工過程來介紹軟件操作流程。

（1）打開本文參數化設計加工軟件，顯示主界面。

（2）在主界面的“參數化加工”菜單中，選擇下拉菜單中的“直線母線型砂輪”，點擊進入，并在界面中輸入所需的加工參數。

（3）點擊界面中的“生成代碼”按鈕，生成對應的NC代碼。如圖2所示。

（4）點擊“下一步”按鈕，進入參數加工的第二步，此時NC代碼、砂輪參數都通過函數繼承到第二步中，NC代碼可以進行更改，但砂輪參數為只讀只具有與道具路徑對照的作用。如圖3所示。

（5）點擊“刀具路徑仿真”按鈕，系統自動生成刀具路徑軌跡，生成軌跡后可以與NC代碼和砂輪參數進行對照。確認NC代碼正確后點擊“開始加工”按鈕進行加工。若刀具軌跡不正確，可以在左邊的編輯框中對NC代碼進行修改，或者點擊“上一步”按鈕，返回第一步從新設計砂輪參數。

4 數控加工仿真

4.1 刀具路徑模擬

在每一類的第二步對話框中，都有刀具路徑模擬模塊。每一類的模塊上都有路徑顯示和參數顯示功能，用于對比驗證參數的正確性。為了防止參數的重復設置，參數編輯框是被鎖定的。點擊“刀具路徑仿真”按鈕，左邊的圖形框中會自動生成刀具路徑。如圖4所示。

上述程序通過運用MoveTo（）函數將繪圖點移動到刀具的起始點，然后通過LineTo（）函數將刀具起點和終點連接起來。坐標值從軟件第一步中的“砂輪參數設計”模塊中讀取。只要對“砂輪參數設計”模塊中的參數進行修改就可以繪制出相應的刀具軌跡。

4.2 刀具路徑實體仿真

在系統自動生成NC代碼后，為了更直觀的驗證其正確性，將NC代碼導出放入數控仿真程序中進行模擬。圖5所示為砂輪修形軟件模擬的數控三維仿真圖。

5 軟件與砂輪修形機的通信及實體加工

在完成上述工作后，將砂輪修形軟件與砂輪修形機進行了通信，在砂輪修形機上運行修形軟件，如圖6所示。

實體加工在數控車床上進行，由于砂輪修形機的金剛石刀具是特殊定做，可以加工曲率半徑較小的圓弧，而車刀加工曲率半徑較小的砂輪時可能會出現撞刀的情況。這里只進行了直線母線型砂輪的加工，如圖7所示。

6 小結

本文以VC++為媒介，編制了適合現代成型磨削加工的磨削砂輪的參數化加工程序，通過人機交互界面選擇需要加工的砂輪類型，通過智能程序自動生成數控加工的NC代碼，可用于驗證或加工砂輪，使數控加工更加便捷，減輕了工人的加工編程工作，可普遍應用于砂輪加工中。

參考文獻

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作者單位

李妍姝（1987-），女，山西省人。工學碩士研究生。現為山西大同大學機電工程學院助教。研究方向為機械設計及理論。

作者單位

山西大同大學機電工程學院 山西省大同市 037000