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66 基于 solidworks 麻花 二次开发 任务书 毕业论文 程序 全套 机械 资料

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U S E R 燬 0 湘 潭 大 学 兴湘学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 基于 麻花钻的二次开发 姓 名 杨瞻 学号 2006183926 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 机械二班 指导教师 张高峰 职称 副教授 填写时间 2010 年 4 月 22 日 2010 年 4 月 说 明 1根据 湘潭大学 毕业设计 (论文 )工作管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见， 系主任批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计 (论文 )开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字。 5开题报告检查原则上在第 2 4 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 6. 填写说明： (1) 课 题性质 ：可填写 A工程设计； B 论文； C. 工程技术研究； (2) 课题来源： 可填写 A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题； C 校 级基金课题； D自拟课题。 (3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于 10 篇。 (5) 填写内容的字体大小为小四 ，表格所留空不够可增页 。 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 杨瞻 学 号 2006183926 专 业 机械设计制造及其 自动化 指导教师 张高峰 职 称 副教授 所在系 机电系 课题来源 自拟课题 课题性 质 工程技术研究 课题名称 基于 麻花钻的二次开发 一、选题的依据 、 课题的意义 及国内外基本研究情况 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人的研究。 随着 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，建立麻花钻的三维实体模型是其重要的第一步。 麻花钻是通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔的工具。因其容屑槽成螺旋状而形似麻花而得名。螺旋槽有 2 槽、 3 槽或更多槽，但以2 槽最为常见。麻花钻可被夹持在手动、电动的手持式钻孔工具或钻床、铣床、车床乃至加工中心上使用。钻头材料一般为高速工具钢或硬质合金 。 近年来计算机技术的迅速发展，推动了现代设计理论发展。麻花钻的设计、制造、加工越来越依赖于大型的集成三维软件。 二、研究内容、预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 要生产此零件的 基本要求： 1 进行麻花钻参数化设计 标准直柄麻花钻由工作部分、柄部两部分组成。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。 2 进行麻花钻的 3D 建模 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 ) 3 学习 程语言 4 运用 言对麻花钻进行编程 5 建立对话框，得到最后的成果 建立好实体模型后，接下来就是利用 序将模型中的表达式的值与对话框联系起来。程序的功能是针对部件的设计参数，对设计参数进行查询、修改，根据新的参数值更新模型从而实现设计变更。在对模型编写程序时只需要根据模型的参数对程序中所调用模型参数做一些修改，其他在程序的编写思路、程序所用的函数和结构等都可以相同。 要实现程序针对某个模型的设计参数进行查询、修改，主要的程序设计思路是先读取对话框中的参数，然后把对话框中的参数传递给模型中 的表达式，改变表达式中相应参数的值，更新模型。程序运行后，就能实现把设计者输入对话框的参数转化成模型尺寸的变化，实现设计目的。 三、主要特色及工作进度 主要特色： 2010 35： 学习 程语言 2010 5： 运用 言对麻花钻进行编程 2010 5: 建立对话框，得到最后的成果 2010 6: 编写设计说明书、翻译英文资料 主要特色 ： 本文简要论述了 数化设计的思路与重点。麻花钻零件参数化设计调试结果证明 ,该方法有利于刀具企业结合生产实际 ,建立符合自身需要的 产品参数化元件库 ,对于提高设计效率、缩短开发周期 ,提升产品市场竞争力具有重要的现实意义。运用 件对麻花钻的三维设计进行研究 ,提出了一种麻花钻造型的方法 ,提高了麻花钻设计的效率 . 四、主要参考文献 （按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出） 1 殷国富 ,尹湘云 ,胡晓兵 . 次开发实例解析 :冲压模标准件 3 库北京 :机械工业出版社 ,2006 2 司 . 次开发 . 北京 : 机械工 业出版社 ,2005 3 江洪 ,魏峥 ,王涛威 次开发实例解 析 机械工业出版社 ,2004 4 李福秋 ,张 树 森 次开发在滚刀参数造型中的应用 2003(5) 5 江洪 ,李仲兴 ,刑启恩 003 二次开发基础与实例教程 电子工业出版社 ,2003 第一作者 :王勇 ,硕士研究生 ,四川大学制造科学与工程学院 ,610065 成都市 6 国家测绘局、国家测绘局测绘标准化研究所、中国标准出版社编 ,测绘标准汇编 中国标准出版社 指导教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 系 意见 系 主任签名： 年 月 日 院意见 教学院长签名： 年 月 日 1 基于 麻花钻的二次开发 摘 要 ： 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人的研究。 提出了基于 件、调用 象进行二次开发 ,实现麻花钻三维参数化设计的思路 ,介绍了在 程环境下进行二次开发的具体过程和关键技术。该方法可解决麻花钻前刀面、后刀面、排屑槽、切削刃带等复杂 空间曲面的参数化建模难题 ,提高设计效率 ,并为麻花钻的进一步开发提供参考。 关键词 ： 麻花钻，二次开发，三维建模， 2 on In is of of to of he of D of by PI as a is of is of as as a 3 第 1 章 绪论 1 1 内容及基本要求 主要内容： 1 参数化设计：指定题目为基于 麻花钻的二次开发，需要针对麻花钻的结构特征进行 参数化设计 ，我这次设计的是直柄麻花钻。 2 进行完参数化设计再进行建模，由于对编程不是很熟悉，首先要清楚麻花钻建模的整个过程，我先用画图的方法画出了整个麻花钻，了解了整个流程。 3 接下来我学习了一 门全新的编程语言 次的主要任务就是二次开发，所以在这一块花的时间很多，我学习了这门语言，自己在学习中先练习了很多实例，例如简单螺纹等，在这个基础上对整个编程有了直观的认识，在整个编程的过程中，我遇到了很多串联的问题，知道每一步怎么做，但是连在一起遇到了困难，所以这是我最需要克服的问题，也是我得到的最大的收获！ 基本要求： 1） 进行麻花钻参数化设计 2） 进行麻花钻的 3D 建模 3） 学习 程语言 4） B 语言对麻花钻进行编程 5） 到最后的成果 6） 的论文，对自己的成果进行总结性汇 重点研究的问题 重点研究二次开发，要学会 程语言，很好的运用编程语言对麻花钻进行二次开发，让自己在这次毕业设计中得到很好的学习 主要特色 ： 首先选择一种典型的麻花钻产品 ,按正确的设计关系 (包括几何拓扑关系和 约束关系 )在 境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 , 分析并确定模型参数 ;然后在 程环境中开发程序界面 ,定义变量 ; 再在程序中调用对象 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动 生成模型 ,从而实现麻花钻的参数 化设计。 4 第二章 次开发的研究 次开发的介绍 在机械产品中 ,系列化定型产品占有相当大的比例。同系列的定型产品大多具有相同或相似的外形轮廓特征。在采用传统的建模方法进行产品设计时 ,不可避免地要对模型的几何尺寸及结构形状进行反复修改、调整和优化 ,设计效率较低。为了提高设计效率 ,对于系列化定型产品 ,可以采用参数化设计方法。参数化设计是利用一组参数来约束产品模型的几何尺寸 ,以方便地实现产品模型的可变性、可重用性和快速设计 ,它能够缩短设 计开发周期 ,提高设计效率 ,把设计人员从繁琐的建模工作中解放出来 ,将更多精力投入模型分析、改进等创新性工作中 ,为后续的有限元分析及制订加工工艺做好准备工作。 在钻削加工中使用最为普遍的麻花钻也属于系列化定型产品 ,同类型的麻花钻具有基本相似的结构特征 ,只是在尺寸参数等方面有所不同。本文基于 计软件 ,调用 象进行二次开发 ,实现了麻花钻前刀面、后刀面、出屑槽以及切削刃带等复杂空间曲面的参数化建模设计。 2 2 象模型简介 件的 象链接与嵌入 )应用程序开发接口。,其根为 象。为了得到一个特定的对象 ,必须首先从 象开始对其子孙进行遍历。 象是 的最高层对象 ,是程序调用其它对象的入口 ,可以直接和间接访问 的其它对象。为了便于用户进行二次开发 ,供了大量 象 ,这些对象涵盖了全部 过调用 的 ,可以完成零件的建模、修改以及零件特征信息的提取 ,可在用户开发的应用程序中实现与在 图 1为 对象层次体系 ,可以看出 ,对象分为若干层 ,每一层又包括若干对象 ,每个对象都有相应的属性、事件和方法。通过对象调用 ,可实现程序的基本操作和设置 中 ,最常用的是 ,该对象属于模型层 ,是 子对象。利用 象 ,可以实现视图设置、轮廓线修改、参数控制、对象选择、打开和保存文档、生成编辑特征参量、生成框架等与实体模型相关的各种操作。 5 第三章 麻花钻的设计 过程 3 1 设计流程 设计流程如图 2 所示。首先选择一种典型的麻花钻产品 ,按正确的设计关系 (包括几何拓扑关系和约束关系 )在 境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 ,分析并确定模型参数 ;然后在 程环境中开发程序界面 ,定义变量 ;再在程序中调用 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动生成模型 ,从而实现麻花钻的参数化设计。设计过程如下。 (1)分析模型 ,确定设计参数设计软件的主程序界面图 3所示。为了分析麻花钻模型 ,确定需要驱动的参数。钻头直径 c 和螺旋角 f 是最重要的参数 ,其次是钻杆长度 a、钻头刃带长度 b 和刃背直径 h ,然后是顶角 g ,最后是刀柄长度 d 和刀柄厚度 e。根据模型参数之间的函数关系 ,计算关键点的坐标值 ,并用参数表示。参数之间的几何关系为 式中 , p 为螺距 ;为出屑槽初始位置 与 y 坐标轴的夹角 ;为螺旋槽旋转的圈数。 (2)录制宏 ,在 境中编程宏是一系列命令的集合 (相当于 的批处理文件 ) ,宏所包含的调用相当于使用用户界面执行操作时 ,对 助于宏录制 ,可以获得程序头文件 ,方便、快捷地掌握程序语法及命令 ,然后在 带的 境中 ,用程序头文件中定义的变量 ,替换宏程序参数。 (3)导出文件 由于 ,程序不能独立运行 ,操作很麻烦。为便于操作 ,需要导出程序文件。具体操作步 骤为 :在 右键单击窗体 ,选择导出文件 ,在默认文件夹路径下生成 3 . 式文件 ;然后用 开该 6 文件 ,修改程序头文件 ,把程序转换到 发环境中 ;在工具栏中点击“文件”菜单 ,选择生成可执行文件。由于可执行文件移植性好 ,提高了程序安全性。 3 2 麻花钻设计的关键技术 (1)钻尖建模 麻花钻横刃较短 ,钻尖处尺寸值小 ,受屏幕分辨率限制 ,尺寸太小时程序无法进行精确绘图。 解决方法 : 放大模型比例。缺点是模型整体放大后 ,比例不易控制 ,会给计算带来 麻烦 ,因此有一定局限性 ; 局部放大视区 ,对微小尺寸区域进行放大 ,等于提高了屏幕分辨率。程序表示为 : (2)前、后刀面及刃带建模 前刀面是切屑流过的表面 ,由两个出屑槽部分形成。在建模过程中 ,钻杆直径 c 和螺旋升角 f 为变量 ,根据计算公式 ,决定了刃带长度 b 值也是可变的。根据计算公式 ,由于是变化的 ,因此前刀面和后刀面在空间的相对位置也是变化的。因此在建模过程中 ,需要画出空间辅助直线 ,建立空间辅助平面 ,在空间辅助平面上绘制前、后刀面草图。 解决方法 :采用跟踪法 ,即选择螺旋切 除的起始点 A ,通过计算得到旋转圈数 ,跟踪计算点 A 的空间位置 ,过原点 O 和起始点 A 画一条空间 3D 线段 得到垂直于 空间辅助平面。由于前、后刀面的空间位置是变化的 ,因此在空间辅助平面上绘制草图时 ,必须控制草图的矢量方向。空间分为四个区间 ,绘制草图直线时 ,将各线段端点坐标值乘以系数 ,经计算 ,随着在 (0 360 )范围内变化 ,由 + 1 到 - 1 交替变化。以此改变草图的矢量方向。程序表示为 : 7 通过计算出屑槽的空间位置 ,绘制辅助 3D 直线和辅助平 面 ,并通过判断语句 ,控制草图的方向 , 拉伸切除出横刃以及前、后刀面。 (3)出屑槽和刃背空间曲面建模 随着钻头直径 c 的变化 ,出屑槽和刃背的草图必须随着直径 c 的变化而变化 ,否则会出现没有切除掉或者没有完全切除等现象。程序表示为 : 码整理及程序调试 代码整理如下 : 8 语 本文简要论述了 数化设计的思路与重点。麻花钻零件参数化设计调试结果证明 ,该方法简便高效 ,有利于刀具企业结合生产实际 ,建立符合自身需要的产品参数化元件库 ,对于提 高设计效率、缩短开发周期 ,提升产品市场竞争力具有重要的现实意义。 9 图 6 3 开发的命令按钮 1）选择下拉菜单“视图”工具栏 2）打开自定义对话框后，选择“命令”选项卡下的“用户自定义” 3) 在右边的”命令”列表中根据提示，将命令拖放到 绘图区或现有的工具栏，创建命令按钮。 命令过程： 1. 先绘制圆柱体，圆柱体半径为 5度为 140 使用仰视，西南等轴侧视图，得到下面的图形： 2 则将该图层打开 ，绘制螺纹，螺纹的圆心为（ 0,0），总转角为 525 度，上半 圆半径 10 =半圆半径 =纹高度为 85到下面的图形： 3 再要用到 定原点，进行 Z 轴矢量 4 画圆，圆心与螺纹的起点重合，圆的半径为 行拉伸，如图： 11 5. 进行体着色： 6进行阵列： 12 7. 进行差集 13 8. 体着色视图 14 15 第 四 章 麻花钻 的参数化设计 4 1 数学模型 利用麻花钻直线刃圆锥面刃磨法的数学模型，介绍了在 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。 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人的研究。 随着 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，建立麻花钻的三维实体模型是其重要的第一步。 本文以直柄麻花钻为例，利用 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 3D 模型有待于进一步研究。 4 2 标准麻花钻的组成 麻花钻有三部分组成：尾部、颈部和工作部分。 (1)尾部一钻头上供装卡用的部分，并用来传递钻孔所需的动力 (包力 )； (2)颈部一位于工作部分与尾部之间，是在磨钻尾时供砂轮退刀用； (3)工作部分一一又分切削部分和导向部分。 切 削部分担负主要的切削工作。 导向部分是在钻孔时起引导钻头的作用，同时还是切削部分的后备部分。 这种钻头之所以叫“麻花钻”，就因为它的外形象根“麻花”。在它的工作部分开有两条螺旋槽，槽的作用是容纳和排除切削，钻削时，切削沿着槽面不断流出，冷却润滑液则沿着槽面流入。它的导向部分外缘有棱边，是狭窄的圆柱面 (近似的 )，这样既减少了孔壁与钻头问的摩擦，还能起到引导钻头方向的作用。 1 3标准麻花钻切削部分的组成 前面一一即螺旋槽表面，是切屑沿着流出的表面。这表面在钻头热处理 抛光。 16 主后面一一位于工作部分的端部，是与 工件加工表面 (孔底 )相对的表面 磨方法决定，可以是螺旋面、锥面或平面；而用手工刃磨时，则一般是曲面。 副后面一一即钻头的棱边 (或刃带 )，是与工件已加工表面 (孔壁 )相对的 主切削刃一前面与主后面的交线，它担负主要切削任务。 副切削刃一前面与副后面的交线。 横刃一一两主后面的交线。 外缘尖一一主切削刃和副切削刃的交接处称为外缘尖 钻心尖一一横刃和钻轴的交点。 由此可见，麻花钻有六个刀面、五条刃、三个尖组成。 1 4麻花钻的结构参数 麻花钻的结构参数是指钻头在制造过程中控制的参数，它们是决定钻头几何形状的独立 参数。麻花钻的结构参数分为尺寸参数和角度参数两种。 1 4 1尺寸参数 普通麻花钻的钻心厚度通常如表 1 1 所列，或取 2r。 =O.2 d。钻削难加工材料的钻头，可增大钻心厚度到 2r。 =(0 25 0 4)扎硬质合金钻心厚度取 2r。 =(O 25 O 27) 表 1 1麻花钻钻心厚度 修磨两主刃后刀面时会自然形成横刃 b。横刃的切削条件最差，对轴向力、钻削温度及钻削质量的影响较大，为改善钻削条件，使用时一般都要修短横刃长度，修短后的横刃长度用 b。表示。 (1)原始锋角 所谓锋角是两主刃在对称中心平面 (通过钻轴且 与两主刃平行 )内投影的夹角。锋角分为原始锋角 2m。和使用锋角 2，原始锋角是钻沟槽形设计的重要原始数据。按原始锋角刃磨主后刀面，钻头的主切削刃的形状就和设计刃形一致 (通常为直线 )。普通麻花钻的原始锋角 1180。 17 (2)使用峰角 2m 根据加工对象可通过刃磨后刀面来改变钻头的锋角，刃磨后的锋角不等于原始锋角时，即为使用锋角。若 2m=2。，通常两主刃为直线；若 2 中 2 中。，两主刃相对于刀具实体呈凹形。 (3)螺旋角 B 通常所说的螺旋角是指钻头外圆柱面与螺旋槽表面的交线上任意点的切线与钻轴的夹角，钻头螺旋角 ，由螺旋槽的导程 。所决定。即： 由于钻头任意半径各点螺旋槽的导程相等，因此，钻刃不同半径的螺旋角是不相等的。 即(4)横刃斜角 在钻头端视图内，横刃与主切削刃的 (或与两主切削刃平行对称且过钻轴中心的对称平面 )的央角。横刃斜角是在刃磨两后刀面时自然形成的。当后角增大时，横刃斜角要减小，且横刃长度增加。因此，可根据横刃斜角的大小判断横刃的锋利程度，即刃磨时可以用检验 V 角大小的方法来控制横刃后角口。的大小，近似地把横刃附近的后刀面看作是平面，横刃斜角与横刃后角的关系 式为： 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 18 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，钻芯直径一般为钻头直径的 0 125 0 15倍，并且向柄部方向逐渐增大，每 4 1 8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。 (2)前刀面螺旋线的绘制 根据麻花钻螺旋线展开图 (见图 4)，其中 准麻花钻为 300， 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 的分割功能，把直线 分割成 20等分 (等分越细，以后绘制的螺旋槽截面精确度越高 )，再使用 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。 (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 图 7 所示，从建模角度，沿着主切削刃方向延伸，知道圆锥角度口、磨削锥相对于钻头轴线 9 角 ，即应用几何关系可以确定圆锥顶点 01，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， 9 的钻头，圆锥角度臼为 12 56200， z 为 46 090， e 为 6 a,008用 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 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。 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 咖标准直柄麻花钻三维实体图如图 10 所示。 (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，利用功能中的样条线和圆弧功嬖，即要 绘制出 p 螺旋截面，然后利用 图 10 标准直柄麻花钻 3 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 )。 20 (1)直线刃 (即主切削刃 )的绘制 在机械产品中 ,系列化定型产品占有相当大的比例。同系列的定型产品大多具有相同或相似的外形轮廓特征。在采用传统的建模方法进行产品设计时 ,不可避免地要对模型的几何尺寸及结构形状进行反复修改、调整和优化 ,设计效率较低。为了提高设计效率 ,对于系列化定型产品 ,可以采用参数化设计方法。参数化设计是利用一组参数来约束产 品模型的几何尺寸 ,以方便地实现产品模型的可变性、可重用性和快速设计 ,它能够缩短设计开发周期 ,提高设计效率 ,把设计人员从繁琐的建模工作中解放出来 ,将更多精力投入模型分析、改进等创新性工作中 ,为后续的有限元分析及制订加工工艺做好准备工作。 在钻削加工中使用最为普遍的麻花钻也属于系列化定型产品 ,同类型的麻花钻具有基本相似的结构特征 ,只是在尺寸参数等方面有所不同。本文基 05 工 具 技 术于 计软件 ,调用 行二次开发 ,实现了麻花钻前刀面、后刀面、出屑槽以及切削刃带等复杂 空间曲面的参数化建模设计。 花钻的参数化 过程 参数化设计流程如图 2所示。首先选择一种典型的麻花钻产品 ,按正确的设计关系(包括几何拓扑关系和约束关系 )在 境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 ,分析并确定模型参数 ;然后在 程环境中开发程序界面 ,定义变量 ;再在程序中调用对象 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动生成模型 ,从而实现麻花钻的参数化设计。设计过程如下 (1)分析模型 ,确定设计参数 设计软件的主程序界面图 3所示。为了分析麻花钻模型 ,确定需要驱动的参数。钻头直径 c 和螺旋角 f 是最重要的参数 ,其次是钻杆长度 a、钻头刃带长度 h ,然后是顶角 g ,最后是刀柄长度 d 和刀柄厚度 e。根据模型参数之间的函数关系 ,计算关键点的坐标值 ,并用参数表示。参数之间的几何关系为 21 式中 , 为出屑槽初始位置与 y 坐标轴的夹角 ;为螺旋槽旋转的圈数。 图 3 主程序界面 (2)录制宏 ,在 宏是一系列命令的集合 (相当于 的批处理文件 ) ,宏所包含的调用相当于使用用户界面执行操作时 ,对 助于宏录制 ,可以获得程序头文件 ,方便、快捷地掌握程序语法及命令 ,然后在 境中 ,用程序 载入 文件中 。 (3)导出文件 由于 ,程序不能独立运行 ,操作很麻烦。为便于操作 ,需要导出程序文件。具体操作步骤为 :在 境中打开工程资源管理器 ;右键单击窗体 ,选择导出文件 ,在默认文件夹路径下生成 3 麻花钻参数化设计的关键技术 (1)钻尖建模 麻花钻横刃较短 ,钻尖处尺寸值小 ,受屏幕分辨率限制 ,尺寸太小时程序无法进行精确绘图。 解决方法 : 放大模型比例。缺点是模型整体 放大后 ,比例不易控制 ,会给计算带 22 来麻烦 ,因此有一定局限性 ; 局部放大视区 ,对微小尺寸区域进行放大 ,等于提高了屏幕分辨率。 (2)前、后刀面及刃带建模 前刀面是切屑流过的表面 ,由两个出屑槽部分形成。在建模过程中 ,钻杆直径 c 和螺旋升角 f 为变量 ,根据计算公式 ,决定了刃带长度 b 值也是可变的。根据计算公式 ,由于是变化的 ,因此前刀面和后刀面在空间的相对位置也是变化的。因此在建模过程中 ,需要画空间辅助直线 ,建立空间辅助平面 ,在空间辅助平面上绘制前、后刀面草图。解决方法 :采用跟踪法 ,即选择螺旋切除的起始点 A ,通过计算得到旋转圈数 ,跟踪计算点 A 的空间位置 过原点 O 和起始点 A 画一条空间 3D 线段 得到垂直于 空间辅助平面。由于前、后刀面的空间位置是变化的 ,因此在空间辅助平面上绘制草图时 ,必须控制草图的矢量方向。空间分为四个区间 ,绘制草图直线时 ,将各线段端点坐标值乘以系数 ,经计算 ,随在 (0 360 )范围内变化 ,由 + 1 到 - 1 交替变化。以此改变草图的矢量方向。程序表示为 : 入判断语句 ,看是否过了半圆弧 通过计算出屑槽的空间位置 ,绘制辅助 3D 直线和辅助平面 ,并通过判断语句 ,控制草图的方向 ,拉伸切除出横刃以及前、后刀面。 (3)出屑槽和刃背空间曲面建模 随着钻头直径 c 的变化 ,出屑槽和刃背的草图必须随着直径 c 的变化而变化 ,否则会出现没有切除掉或者没有完全切除等现象。 4 代码整理及程序调试 程序运行结果见图 4。 图 4 程序运行结果 5 结语 23 本文简要论述了 数化设计的思路与重点。麻花钻零件参数化设计调试结果证明 ,该方法有利于刀具企业 结合生产实际 ,建立符合自身需要的产品参数化元件库 ,对于提高设计效率、缩短开发周期 ,提升产品市场竞争力具有重要的现实意义。运用 提出了一种麻花钻造型的方法 ,提高了麻花钻设计的效率 . 24 第 五 章 麻花钻 程序设计 体方案设计 建立好实体模型后，接下来就是利用 序将模型中的表达式的值与对话框联系起来。程序的功能是针对部件的设计参数，对设计参数进行查询、修改，根据新的参数值更新模型从而实现设计变更。在对模型编写程序时只需要根据模型的参数对程序中所调用模型参数做一些修改，其他在程序的编写思路、程序所用的函数和结构等都可以相同。 要实现程序针对某个模型的设计参数进行查询、修改，主要的程序设计思路是先读取对话框中的参数，然后把对话框中的参数传递给模型中的表达式，改变表达式中相应参数的值，更新模型。程序运行后，就能实现把设计者输入对话框的参数转化成模型尺寸的变化，实现 设计目的。但是由于此种参数化设计的方法是建立在模型的基础上进行的，对话框的设计也是针对某个实体模型，编写程序时使用的参数也是针对具体某一个模型的。因此，在程序运行时应首先检测当前打开的模型是否就是该程序和对话框所对应的模型，只有打开了相对应的模型时程序才继续运行，否则退出。另外，为了方便设计者使用，让使用者在打开对话框时就能直接看到当前模型的各个参数，在调用对话框时应首先将当前模型中表达式中的对应参数读出，并传递给对话框，显示在对话框上。因此，程序设计时，首先检测当前显示的部件是否为程序对应的部件文件，接着 使用构造函数将模型中的表达式中的参数值读出并传递到对话框上，然后是用户输入参数值后读取参数并传递给模型，更新模型。程序流程如下图所示： 25 话框设计 命令行方法和步骤 在 函数装载后就可以执行了 ,对话框如图： 检测是否为与程序相对应部件 读取模型表达式中参数值，调用对话框 读取对话框中的数值 将读取的参数值传递到模型中的表达式中，更新模型 开始 退出 是 否 26 程序见附录 1 序设计 用 境或内部（ 境运行的可执行程序。对于不同的操 作系统平台，在编译和连接生成 用程序时，编译选项和所需的系统库文件是不同的。要使用 须正确设置编译和连接选项。本次设计采用 作系统， 具体步骤见附录 2。 27 参考文献 1 殷国富 ,尹湘云 ,胡晓兵 . 次开发实例解析 :冲压模标准件 3 库北京 :机械工业出版社 ,2006 2 司 . 次开发 . 北京 : 机械工 业出版社 ,2005 3 江洪 ,魏峥 ,王涛威 次开发实例解 析 机械工业出版社 ,2004 4 李福秋 ,张树森 次开发在滚刀参数造型中的应用 2003(5) 5 江洪 ,李仲兴 ,刑启恩 003 二次开发基础与实例教程 电子工业出版社 ,2003 第一作者 :王勇 ,硕士研究生 ,四川大学制造科学与工程学院 ,610065 成都市 6 国家测绘局、国家测绘局测绘标准化研究所、中国标准出版社编 ,测绘标准汇编 中国标准出版社 7 胡仁喜，胡星，史青录等编著， 械设计高级应用实例 M机械工业出版社 ,2005. 8 李勍主编 , 级应用技术 M国防工业出版社 ,2006. 9 沈燕，韦克安，郑路等 广西大学学报（自然科学版） 30卷增刊： 13410 郑文纬、吴克坚 北京 :高等教育出版社 7411 杨晓明 ,王军德 ,时东玉编著 ,数字测图（ 内外业一体化） M测绘出版社 ,2001. 12 张光斌编著 ,最佳 序 123例 M北京航空航天大学出版社 ,1999. 13 国家测绘局、国家测绘局测绘标准化研究所、中国标准出版社编 ,测绘标准汇编 中国标准出版社 14 胡仁喜，胡星，史青录等编著， 械设计高级应用实例 M机械工业出版社 ,2005. 15 李勍主编 , 级应用技术 M国防工业出版社 ,2006. 28 附录 附录 1 s 麻花钻 1, 0, , et 图 1) 1000 / 2 et 图 1) 1000 29 图 5) 1000 et im s & 表 1, ) = 1000 ) = 1500 ) = 1500 麻花钻 30 8 9 10 11 12 134 138 142 146 150 154 158 53 31 55 57 61 66 72 75 32 附录 2 翻译 期刊主页： 定位 / 对刀具的影响进给速度 ,强调在铬镍铁合金 718 加工 加齐大学，技术教育学院， 06500 卡拉，土耳 其 埃尔多安高丝，阿卜杜拉库尔特 *，乌尔维谢凯尔 文章信息 文章历史： 06年 12月 18日收到 收到订正形式 2007年 5月 14日 2007年 5月 15日接受 关键词： 进给速度 铬镍铁合金 718 刀具 有限元方法（ 抽象 切削力影响金属切削加工过程中 ， 切削工具是一个非常重要的参数一定知道选择经济条件和切割装入工件 文的进给速度在加工镍基超合金 18合金，在飞机和航天 器使用的工业，核动力系统和蒸汽发生器等的切削工具，强调了 调查。 切削的系列对刀具应力分布进行了分析利用商业有限元方法（ 获得的结果表明，进给速度是最相关刀具切削参数的影响压力。 介绍 33 近年来，有限元方法（有限元）的基础上欧拉和拉格朗日的配方已被更新发展以分析加工过程。 应有 在计算机技术和复杂的发展守则研究制定更加重视数值模，埃尔斯，特别是对有限元分析。 欧拉提法 适用于用于模型的有限元模型的许多 而，使用拉格朗日更因为它能够广泛的模拟芯片从刚开始的阶段 编队稳态切削。如元素分离的有限元技术克里特 卡罗尔， 1985; 1987年 ; 1991年 ;上田，真锅， 1992年，杨石，1993年 ;施， 1995年），该模型刀具磨损（ 卡罗尔， 1985 年 ; 米彻姆， 1987 年 ;上田，真锅， 1992 年 ;施杨， 1993 年，胡适， 1995 年），重新啮合区（施杨， 1993 年），弗里茨 卡罗尔， 1985 年 ; 1987年 ; 埃彭贝克， 1991年 ;植田和真锅， 1992年 ;施，杨， 1993 年 ;施， 1995 年）等，都用于提高精度和效率的有限元在金属切削。回顾与有限元的金属，它切割文学我们观察到，其中很大一部分描述西穆拉 ， 1995 年 ;藏，巴格奇， 1994 年 ;美国网球协会，1999;。， 1997）利用如马克， 件，变形的 2D/3D，耐克，戴恩等仿真结果关于切屑形成过程中 ，热和切屑形成（ 月亮， 1990 年 ;史蒂文森等。， 1983;曼苏尔等人。 1973 年 ;利通等。， 1991;前川和 1996 年），切削刀具磨损（ 分析埃彭贝克， 1991 年），和残余应力分布（萨达特等 基地。，1991）进行了研究。 许多报纸存在于德利特拉 谢凯尔和库尔特（谢凯尔和库尔特， 2006）刀具 （数学建模的压应力在 X， Y和 镍基超合金加工铬镍铁合 金 718。 据和分析的应力分布 削减了有限元方法的工具使用方法 他们还调查了 3个影响切不同深度（ 切割工具和正常的剪切和 力，当 2007 年 1 铝正交铝合金加工（库尔特以及硫2005 年）。 在另一方面，强调在 ，之间的插入和小费席位机智表面的切割查 2001）使用 高档刀具（山特维克， 镍基超合金 18 合金，用于飞机和航天器工业，核能发电系统和蒸汽发电机，最引人注目的是为他们的出色实力和耐腐蚀性，特别是在高温下。铬镍铁合金 718是已知的最难以切 材料。 该物业负责为穷人机系列，能力的镍基超合金，特别是铬镍铁合金 718，如下（杜津斯基等人。， 2004）。 一个主要组成部分 他们的实力是由于在加工过程中保持自己的 高温性能。 这种超合金是非常紧张利率敏感和容易的工作，变硬，造成进一步的工具 磨损。 高度磨料碳化物颗粒载于 微观原因磨料磨损。 可怜的导热性致高切削温度可达 1200 在刀面。 镍基超合金具有很高的化学， 亲和力许多工具导致扩散磨损材料。 镍合金焊接和切割工具上附着 频繁发生 ， 作为造成严重开槽 以及改变了刀具前脸由于随之而来的拉出来的刀具材料。 由于其高强度，剪切 汀势力达到高值，激发机床系统并可能产生震动，这样会影响表面 质量。 在对铬镍铁合金 718条款的根 关合作的新的切削工具刀具磨损，温度 分布，高速机械加工和刀具 川等。， 1997; 人。， 1993;的 1996; 1993; 地。， 2002）。 本文的进给速度对切割工具 强调在镍基超合金加工铬镍铁合金 718 进行了调查。 切削力测量 通过一系列的实验测量。 应力分销商 对刀具 特， 2006）。 34 35 属切削试验 镍基超合金 18 合金（医疗辅助队 5663）与初始 作者： 40 45度在使用 试切割。 铬镍铁合金的化学成分是 718表 1所示。 在测试中，晶须增强陶瓷刀片（氧化铝 +晶须）与国际标准化组织指定 20712 纳金属，肯塔基州 4300 级）的使用。 刀柄 的插入 上安装在具有国际标准化组织指定， 试验共进行了一个 卫德数控车床。 共50人进行了切削试验 没有冷却液， 5位不同的切割速度和饲料率，以及两种不同深