利用VLISP编程,实现螺纹加工三维动态仿真

    在机械传动中,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:
 

利用VLISP编程,实现螺纹加工三维动态仿真

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所示
 

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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
 

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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