基于VC++和UG二次开发技术的麻花钻参数化设计

作者:荆浩旗;白海清;王春月;代雪峰 刊名:现代制造工程 上传者:洪伟超

【摘要】根据麻花钻的钻刃曲线方程及麻花钻后刀面锥面刃磨法成形的相关参数,利用UG软件表达式功能建立其实体模型。采用VC++软件对UG进行二次开发,实现麻花钻的参数化设计,达到对麻花钻进行参数化控制及自动造型的目的,为麻花钻进行几何设计、制造、切削性能分析和对钻削过程进行仿真研究提供支持。

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在机械加工中,孔加工是最重要的加工工种之一,钻孔的工作量约占机械加工总量的三分之一。麻花钻是应用最为广泛的孔加工刀具,其结构复杂,各参数间都有严格的函数关系,且随着设计要求的不同而不同。在进行钻削过程动态分析或仿真分析时,需要准确的麻花钻三维实体模型。本文在利用三维软件UG绘制麻花钻实体模型的基础上,利用VC++语言编程和UG二次开发技术实现麻花钻参数化设计,以提高麻花钻的设计效率与准确性,实现设计计算、三维造型与参数化建模的无缝结合,同时为后期麻花钻的切削性能分析、钻削过程仿真和数控加工等工作提供支持。1麻花钻三维实体模型的建立1.1钻刃曲线的参数方程标准麻花钻的顶角2=108,其主切削刃呈直线状,建立正交直角坐标系,将麻花钻的钻头投影到O-XYZ坐标系中,钻头投影如图1所示。钻尖在z=0处,并朝OZ轴的正向,得到钻头在YOZ平面内的投影,如图1a所示。可以将直线主切削刃AB看作是点的组合,模拟钻头钻削过程,将这些点沿螺旋面旋转到钻头(z=0)截面,再重新连接这些点形成新的曲线A'B',这条曲线就是钻刃曲线,如图1b所示。根据参考文献[1]可知,钻刃曲线的参数方程为:x=rcos+bsiny=rsin-bcos{0R2槡-r2/b(1)b=Ptan/(2)式中:R为钻头半径;r为钻芯半径;P为螺旋槽导程;为主切削刃AB上点绕Z轴旋转角度(弧度值)。1.2麻花钻螺旋槽的绘制图2所示麻花钻螺旋槽截形和螺旋线的绘制方法如下。按照UG表达式EXP的语法规则编写钻刃曲15图1钻头的投影线的表达式[2],并输入到UG软件的Expression[表达式]中,利用LawCurve[规律曲线]中ByEquation[按表达式]功能可自动绘制钻刃曲线。旋转复制得到另一对称侧的钻刃曲线,然后再根据相关参数绘制出完整的螺旋槽截形,绘制时应注意相关曲线之间的关联性与约束性,保证截面形状随钻头半径的改变而改变。图2麻花钻螺旋槽截形和螺旋线的绘制螺旋槽上各点的导程相等,将R=10,=30、P=2R/tan输入到Expression[表达式]中,R为钻头半径,mm,为螺旋角,利用UG中的HelixCurve[螺旋线]功能自动准确地绘制出螺旋线,导程值中输入P,螺旋半径中输入R,自动绘制一侧的螺旋线,再旋转复制得到另一侧的螺旋线。麻花钻螺旋槽利用UG的Swept[扫掠]功能生成。首先在钻头轴心绘制一条钻头轴线。轴线的高度必须与螺旋线的高度相等,否则会形成具有锥度的螺旋体,不符合要求。然后以螺旋槽截形为扫掠曲线,分别以钻头轴线与螺旋线为引导线,自动生成钻头螺旋槽。螺旋槽截形中包括刃带曲线的绘制,麻花钻螺旋槽截形和螺旋线的绘制,见图2。1.3麻花钻圆锥后刀面的绘制图3所示圆锥后刀面的绘制方法如下。本文采用锥面刃磨法生成麻花钻的后刀面。根据钻刃曲线的形成过程,直线主切削刃一定在通过图1中的A、B两点且垂直于OXZ平面的平面1内,平面1的绘制确定了锥面刃磨法的偏距e。取该平面1与麻花钻螺旋体外缘螺旋线的交点A,连接点A、点B,直线AB即为直线主切削刃。对锥面刃磨法的其他刃磨参数进行转换,其方法是在平面1内,绘制圆锥面的母线与轴线,如图3a所示。母线必须与主切削刃AB重合,以保证刃磨后主切削刃为直线。O'为AB延长线上的一点,设锥顶距O'B=L,轴线O'N与母线O'A的夹角为锥顶半角,得到圆锥面的母线与轴线。再将母线绕轴线旋转一定角度生成一个圆锥面S1。由于传统锥面刃磨法在刃磨参数选择不当时,常常会出现后刀面的翘尾现象,所以在原有刃磨参数基础上,新增一个派生刃磨参数,即让钻头附加一个绕圆

参考文献

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