基于UG的标准直柄麻花钻三维实体建模.pdf

基于 U G的标准直柄麻花钻三维实体建模 工 具 技 术 黄 志荣 丁仕 燕毛建秋 常州工学院 摘 要 利用麻花钻直线刃圆锥面刃磨法的数学模型 介绍了在 u G环境下 根据标准直柄麻花钻的相关几何 参数和制造参数 探讨和研究了利用此种刃磨法的数学模型 进行麻花钻三维实体建模的详细方法 关键词 U G 麻花钻 三维建模 3 D M 0 d e l i n g 0 f S 切n d a r d S g ht Ha I l d l e T v i s t Dr i l l 0 n UG Hu a n g Z h i mn g Di n g s h i y a J 1 Ma 0 J i a J 1 q i u Ab s t r a c t U s i g t h e n 1 o d e l 0 f s t r a j g h t l i p p e d c o n i c a 1 p 0 i n l l e t l o d 0 f s t a n d a r d s t g h l h a n d l e t w i s t U 山e a r t i c 1 e i mI D 一 j l l c e d t h e呲t h o d 0 f t l e 3 D m 0 d e l 0 f s t a n d a r d s g h l h a n d l e t w i s t u o n u G b a s e d o n g e o e c l m a n u f a c t n g p a r a J n e t e r s o f s t a J 1 d a r d s g h h a n d l e s t 1 1 Ke y w0 n d s U G t s t 幽 l l 3 D m o d e J i n g 1 引言 在机械加工中 麻花钻是应用最为广泛的孔粗 加工刀具 同时也是几何形状最为复杂的切削刀具 之一 尽管人们 已做了大量有价值的研究工作来加 深对其几何形状 切削方式以及制造方法的了解 但 对于钻头的几何参数及切削性 能仍 需作深入的研 究 随着 c A D技术的迅速发展 应用先进的计算机 技术对麻花钻进行三维实体建模 并在此基础上利 用有限元仿真技术模拟其加工情况 避免 了传统试 验方法的缺陷 对于研究钻头刚度和钻削机理 提高 孔加工效率和改进钻头结构设计有重要意义 建立 麻花钻的j维实体模型是其重要的第一步 本文以直径为 4 m 的标准直柄麻花钻为例 利 用 u c软件和麻花钻直线刃圆锥面刃磨法的数学模 型 详细介绍其三维实体建模过程 由于麻花钻几 何形状的复杂性 本文所建模型是种近似求解 更为 合理的 3 D模型有待于进一步研究 2 麻花钻建模原理及三维实体模型创 建方法 标准直柄麻花钻由工作部分 柄部两部分组成 如图 1 所示 其中工作部分是麻花钻的主要部分 又分为切削部分和导向部分 导 向部分 由两个螺旋 形刃瓣组成 形成两条螺旋槽 在切削时用作容屑和 排屑 也是切削液的通道 为保证钻头具有必要 的 强度和刚性 用钻芯将两个刃瓣连为一体 钻芯直径 收稿 日期 2 0 0 8年 9月 一 般为钻头直径的 0 1 2 5 0 1 5倍 并且 向柄部方 向逐渐增大 每 l 0 0 帅长度上增大 1 4 1 8 m m 切 削部分是由导向部分的前端磨出一个钻尖和两个后 刀面形成的 后刀面形状按刃磨方法不 同可分为螺 旋面或圆锥面 主 芯 图 l 标准直柄麻花钻 的结构 一 一 B 一 f 图2 钻头投影图 由此可见 麻花钻的三维实体创建中最主要 的 步骤为直线刃 即主切削刃 的绘制 前刀面螺旋线 的绘制 螺旋槽截面形状及实体创建 后刀面生成 本文采用直线刃圆锥面刃磨法 1 直线刃 即主切削刃 的绘制 根据钻头投影图 见图 2 及几何关 系可确定 2 O o 9年第 4 3 卷 4 主切削刃可以用点 0 一 0 和点 一 一r 一 一 尺 一 r i 协 n j 1 表示 其中 表示钻头半径 r 表示钻芯半径 表示麻花钻顶角的一半 标准麻 花钻 2 声 1 1 8 代入具体数值 利用 u G中的直 线 和圆弧功能 绘制 出如图 3所示 的圆和两直线 其中 圆表示钻芯圆 直线 1 为主切削刃 直线 2为主切削 刃在麻花钻轴线上的投影 图3 直线刃绘制 图4 钻头的螺旋角 2 前刀面螺旋线的绘制 根据麻花钻螺旋线展开 图 见 图 4 可知 一D 其 中 为螺旋角 标准麻花钻为 3 0 l 0为钻 头螺旋沟导程 只要确定主切削刃上任意一点到其 轴线上投影点的距离即可确定螺旋线的半径 再根 据麻花钻工作部分的长度能确定所取对应点螺旋线 的转数 为了方便建模 取转数为 1 利用 u G中的 分割功能 把直线 l和 2分割成 2 0等分 等分越细 以后绘制的螺旋槽截面精确度越高 再使用 u G分 析功能中的测量功能 分别测量出各个对应点之间 的距离 绘制出如图 5 所示的螺旋线 ZC 图5 前刀面螺旋线 图 6 螺旋槽截面及螺旋槽实体 3 螺旋槽截面的绘制及螺旋槽实体生成 根据工作部分的长度 绘制一基准平面 与各条 螺旋线垂直 找到交点 利用 u G功能中的样条线和 圆弧功能 即可绘制出近似的螺旋槽截面 然后利用 扫描功能生成螺旋槽实体 如图 6 所示 6 5 4 直线刃圆锥面刃磨法后刀面的生成 参考康纯德教授所建立的直线刃圆锥面刃磨几 何参数示意图l 2 J 如图 7所示 从建模角度 沿着主 切削刃方 向延伸 知道圆锥角度 磨 削锥相对于钻 头轴线 z的倾斜角 以及参数 即应用几何关系 o 0 1 c o s 可以确定圆锥顶点 D 从而结 合主切削刃长度可 以确定所需 圆锥 的轴线和母线 查询 中国标准麻花钻所需刃磨工艺参数表得 声 4 m m 的钻头 圆锥角度 为 1 2 5 6 2 0 为 4 6 6 o 9 0 为 6 4 0 0 8 舢 利用 u G中的曲线功能 绘制出相应 的轴线和圆锥母 线 经过旋 转操作 即可生 产磨削 锥 同理可生成另一个磨削锥 如图 8 所示 利用 u G中的布尔运算操作 与前面的螺旋槽实体做减法 运算 即可生产所需 的后刀面 如图 9所示 图7 直线刃圆锥面刃磨几何参数示意图 图 8 磨削锥 图9 麻花钻后刀面 至此 麻花钻三维实体建模最为重要的步骤已 介绍完毕 再根据麻 花钻其它相应参数 即可生成 钻头刃带和柄部部分 篇幅所限在此不再详细介绍 最终 4 n 标准直柄麻花钻 三维实体 图如 图 l 0所 示 图 1 0 标 准直柄麻 花钻 3 D模型 穗 l 一 一 攀 擗 0 眷 一 工 具 技 术 箱体零件的柔性制造技术及其在拖拉机制造中的应用 王建军 华侨大学 武汉理工大学 摘要 介绍国内外箱体零件柔性柔性制造技术的状况和在企业的发展 在满足多品种 大批量 低成本的前 提下 提出新的箱体零件的工艺模式 并对这种模式在拖拉机制造中的应用的实例进行详细的分析 关键词 制造技术 柔性化生产 箱体加工 ne b l e M锄u f la c t I l l g T e o f QIb i n e t a n d I t s A p p l i c a t i 0 n i I l Tr l l a n l l f a c t I l r e Wa J 1 g J i a n J u n A b s c t I n t m I u c e e x i b l e m a J 1 u f a c n g h n 0 1 o g 0 f c a b i n e t i n o v e I s e a s a n d a p p l i c a I i 0 n i n a c t 0 r m 肌山 c t u r e Me e t j n g d e m a J 1 d 0 f mo r e 1 r e e d a n d l a r g e b a t c h a s w e a s l 0 W c o s t a n e w t e c h n 0 l 0 珊 d e 0 f c a b i r ma l i n g b e e n p u l l e d f n r w a r d T w 0 c a s e 0 f 印p l i c a t i o n t I l e t e c I u 1 0 J o g y m 0 d e b e e n a ml y s e d d e t a i l e d 脚o r d s m a n a c t n g t e c h n 0 l o e x i h l e p m d u c t i 0 n c a b i n e t 眦m l 如c t n g l 引言 世界机械工业 由于激烈的市场竞争 促使产品 更新换代的速度明显加快 产品市场寿命进一步缩 短 与此 同时 产品变型品种 日益增多 显然 传统 的加工单一品种的刚性 自动线难于满足形势发展的 需要 组合机床制造业 面临多 品种生产的挑 战l 概括来说有以下几个方面 1 满足当时市场 已知 的需求 同时还能快速 适应将来市场 未知 的需求 2 满足 中品种 大批量 低成本 的生产方式 3 符合 精益生产 的原则 彻底消除浪费 用 最小投资 为企业谋取最大经济效益 2 国外箱体零件的柔性制造技术 2 1 柔性自动线 收稿 日期 2 o o 8 年 8 月 为适应多品种生产 在上世纪 8 0年代初 开发 出了柔性 自动线 F r L 见图 1 这类 自动线是 由 多个数控 自动化加工工位通过 自动化的按一定方 向 的工件流联接而成的 在数控加工工位上视具体加 工任务可选用不同类型的数控加工模块 这些加工 模块按其数控轴数 有单轴 双轴和三轴控制 按其 主轴数 有单主轴和多主轴加工模块 由于这些模 块是数控的 因此 当自动线由加工此种品种的工件 转换为另一种品种的工件时 可通过改变数控程序 来实现 自动换刀 自动更换多主轴箱和 自动改变加 工行程 工作循环 切削参数以及加工位置等 以适 应变型品种的加工 2 J 对于加工汽车缸体 缸盖和变速箱体等箱体类 零件的柔性 自动线 c N C三轴加工模块和转塔式多 轴加工模块是最常用 的模块 这两种加工模块 不 仅可用于实现不同品种工件的加工 而且 当自动线 节拍时间足够长时 这类加工模块还可以在同一个 3 结语 本文根据标准直柄麻花钻的相关几何参数 结 合麻花钻直线刃圆锥面刃磨法数学模型 利用 u G 的 C A D功能 尽可能地模拟麻花钻制造过程创建 了 标准直柄麻花钻的 3 D模 型 最大 限度减少 了模拟 误差 提高了建模可靠性 为以后进行麻花钻切削 过程的有限元分析提供 了模型基础 并为优化麻花 钻结构设计提供 了帮助 也为进一步研究麻花钻奠 定了基础 参考文献 1 阙银昌 李珊 王 磊等 基于 U G的麻花钻三维建模 研究 机械设计制造 2 0 o 7 6 1 7 6 1 7 8 2 康纯德 E J A A舢 e 鼬 麻花钻直线刃圆锥面刃磨的数 学建模 大连理工大学学报 1 9 9 8 3 8 3