AutoCAD的螺纹加工三维仿真

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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。
) g/ x% {1 V& r& N
. ^% u! `7 M# {; `3 d5 _+ s6 Y一、基圆柱体造型

: \8 w" }" e. |; e; c% @- l9 _: E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：
- I7 f! V, f$ |& R# K% P
( N; y5 f4 J3 ?2 o6 Z2 P" l(setq d (getreal"\n请输入螺纹外径:")
; A, E3 n* u4 g% e- P7 L7 }+ T7 wl (getreal"\n请输入螺纹长度:")
  G5 e+ C4 H( M; t* k6 R! J)
3 d1 t( F( g+ ]7 e  V9 ]; j8 y(command "cylinder" (list 0 0 -1) "d" d (* -1 l ) )；画圆柱体
: \3 c/ r3 W+ d
$ ^+ ~; w% r/ ^0 f5 i  e" S/ Z9 y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。
7 p; C" [2 V- j; s) ?, U
" G7 D: `( o* Y0 G9 U0 r1. 三角螺纹车刀简化模型

* y/ w; s/ h9 J" d8 T2 t零前角螺纹车刀的创建，如图1所示其代码如下：

0 F/ P6 A/ c. ~http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052875177801_chinacnw_com.jpg

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)))
7 s/ l3 [! ~, g# K( I(setq p3 (polar p2 (/ pi 3 -1) (* 5 h)))
6 }+ `) k. y* J( R$ t' ]/ B(setq p4 (polar p3 (/ pi 2 -1) 10))
& Z4 O4 ]% b. _(setq p5 (polar p4 pi ( (/ p 4)(* 5 h))))
(setq p6 (polar p5 (/ pi 2) 10))
5 I: v/ y+ z  r* z% v% w;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
) X8 i( q+ c! v- t(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
% c0 A5 Q' y3 i+ a) z% e
+ ^: ?- R! A+ E0 |% m2. 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：
! h: t0 C% i) s0 g# T$ [
+ l8 w9 ]+ w7 R/ R, ehttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052885277802_chinacnw_com.jpg

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))
: U$ [" ^" a; k/ g2 h* ]0 `& t(setq p13 (polar p12 (/ pi 2 -1) 13.5))
0 W! [8 u1 w+ H( f+ V4 b$ \4 S(setq p14 (polar p13 (* pi -1) db))
;定义铣刀截面多边形各节点P11、P12、P13、P14
. V1 H& v8 L. O1 D) B(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
9 c2 e  Z3 v6 {/ Z5 B" s/ n; h(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
0 [5 a& u5 r8 Y: i(setq p21 (polar p20 0 3.3))
(setq p22 (polar p21 (/ pi 2 ) 5.2))
2 t. V. S1 K5 h3 T' I: J3 k' H(setq p23 (polar p22 (/ (* 105 pi )180) 1.3))
" ^5 W0 ]+ t* h0 c* f# i(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：

http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052891277803_chinacnw_com.jpg
8 [5 i$ m& s' g  `7 v6 j2 x
3 L3 s8 K& M' ?% c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
! C% U; V. y2 [& q5 m9 a(command "extrude" "l" "" (* 2 db) "")；拉伸形成刀槽体
% Q1 Y2 T+ ]5 e9 M% I8 {# E* n4 g(setq o2 (entlast))；返回该图元名
% k& W: t& p& F" L$ o; H7 s(command "move" o2 "" p25 (list 0 -25 -1))；以基点P25移动刀槽体到指定点
. K2 b* [# F: u9 u7 Q(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
* B5 ?9 K: ^3 _3 r(setq o3 (entlast))；返回该图元名
(command "rotate" o3 "" p21 5)；铣刀旋转5°
. g! e  n- ~2 K9 L(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
# Y! y- \; X) c% [: ~: p2 y/ w& P
三、螺纹加工三维仿真

3 Q. r! w, A1 v+ L9 w. B0 g1.车削螺纹仿真原理

螺旋线的数学模型是：
http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052897277804_chinacnw_com.jpg
其中，p为螺距，θ为瞬时角，r为基圆半径。基圆柱体每旋转一个步距角△θ，车刀平行于圆柱体轴线进给一个量△Z，将车刀复制件与圆柱体布尔差运算，再进行下一个循环。
主要代码如下：
7 ^+ Z& s* q3 V- ~; X; u6 B8 N" b9 ^
(command "ucs" "y" "" "" "color" 3)；坐标系绕Y轴转动90°，指定颜色为蓝色
(setq k (* (/ ( l 2) p )2 pi))；设定循环次数
# T+ f7 k# W: C% o+ M* O(while (<= i k)；循环条件
(setq pt1 (list 0 0 (* v i -1)))；设移动起点坐标
(command "rotate" a "" "0,0,0" (/ (* 0.1 180) pi))；圆柱体绕原点转一个步距角
! Q1 ~) \  G! M- D' F; w5 V3 z(setq i ( i 0.1))；给循环变量一个增量角
(setq pt2 (list 0 0 (* v i -1)))；设移动目标点坐标
(command "move" e1 "" pt1 pt2)；使车刀移动一个进给量
(command "copy" e1 "" "0,0,5" "0,0,5")；在原位复制车刀
(setq e2 (entlast))；返回复制车刀图元名
5 Y$ U0 Q1 \8 j' i(command "subtract" a "" e2 "")；将圆柱体与车刀复制件布尔差运算
# E3 Q1 ?- w* \  o, S& i)；循环体

2.铣削滚珠丝杠仿真原理

( T$ a! l4 {& \8 X, E0 c基圆柱体每旋转一个步距角，将沿其轴线进给一个量。铣刀位置不动，将其复制件与基柱体进行布尔差运算，再进行下一个循环。
$ t9 w& f& |1 Z4 ]. T- M
其主要代码与螺纹车削相近，核心代码如下：

+ c  q8 n$ l* x; H5 g: w(while (<= i k)
(setq pt1 (list 0 0 (* v i )))；设移动起点坐标
3 i* M# z3 J" Z( T# M# Z/ V( V(command "rotate" a "" "0,0,0" (/ (* 0.1 180) pi))；圆柱体绕原点转一个步距角
8 Y6 ]+ ~9 w* y# i; O( J(setq i ( i 0.1))；给循环变量一个增量角
: @* y2 }/ L8 ~3 {) @(setq pt2 (list 0 0 (* v i )))；设移动目标点坐标
0 {  @  {1 K- O6 R+ F(command "move" a "" pt1 pt2)；圆柱体移动一个进给量
* ?1 F$ H. P/ _" \(command "copy" o3 "" "0,0,5" "0,0,5")；在原位复制铣刀
% Q3 o; J* w. ~4 y! [(setq o4 (entlast))；返回复制铣刀图元名
1 O& t" P7 h8 r! n, _9 X0 w(command "subtract" a "" o4 "")；将圆柱体与铣刀复制件布尔差运算
  p. i/ m1 h! \* n% t3 H( H)

3.仿真程序流程
* `( \& e( {/ M4 ]+ {
我们采用主控程序调用仿真车削子程序，或调用仿真铣削子程序的方法实现加工动态仿真。仿真效果渲染如图4和图5所示。
7 W9 X/ K2 J- d  U8 T
/ h5 b* S% d( L& h; J0 [http://www.ourjx.com/attachment/godhelp/20051126105296277805_chinacnw_com.jpg
% k4 v; ^# t) M$ Z8 @
- B2 W/ V5 \* w( g图4 车削螺纹仿真
8 z8 v% \3 _: e: Z
2 h- {% t: q. x- ?7 {+ X$ Ghttp://www.ourjx.com/attachment/godhelp/200511261052916277806_chinacnw_com.jpg

+ _+ M% Z: m" e图5 铣削丝杠仿真 四、结束语

三维动态仿真技术，是现代制造业不可缺少的技术之一。螺纹加工仿真原理可直接演示零件表面的成形过程，检验零件表面的加工质量，也可用于其他零件加工仿真。基于AutoCAD，利用VLISP编程实现加工仿真，设计结果模拟运行等，是有效的途径之一，对于从事CAD/CAM技术人员有一定的参考意义。

yhg43

第一次见到，楼主不错！

黑龙战士

请问楼主，是用CAD做的吗？是那个版本的呀

nocryx

没听过CAD有这功能,长见识了

韩博士

楼主，可否将LSP文件传给我一个，我想学学，最近就为这中问题发愁

hean123

楼主有视频吗

mgame168

能否請樓主提供一下源碼
$ q* l& L& m4 b$ O% s. `1 q好讓大家學習學習好嗎?

kangshuanhome

楼主的图片全是XX，我也没看明白什么意思，汗