基于AutoCAD 200x滚齿加工图形仿真

第一篇：基于AutoCAD 200x滚齿加工图形仿真

龙源期刊网 http://.cn

基于ＡｕｔｏＣＡＤ ２００ｘ滚齿加工图形仿真

作者：沈淑红

来源：《沿海企业与科技》2007年第05期

[摘要]文章探讨基于AutocAD 200X软件二次开发技术的滚齿加工图形仿真方法，介绍滚齿加工图形仿真的实际应用效果和在教学中的应用；并将所得的结果应用于生产实践，取得较好的效果。

[关键词]滚齿原理；仿真；齿轮加工；图形

[作者简介]沈淑红，唐山学院计算中心实验师，研究方向：计算机辅助设计实验教学，河北唐山，063000

[中图分类号]TF1245

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2007)05-0037-0003

一、引言

一般情况下，常用的渐开线齿轮齿形加工工艺是先进行滚齿加工，然后进行剃齿加工。在实际生产过程中，由于剃齿刀的刀尖部位的切削速度很快，容易因积累大量的切削热而烧毁，从而影响加工质量和效率。为了避免出现这种情况，一般对滚齿加工使用的剃前滚刀的齿形做必要的修正：如带触角的齿形，以改善滚齿后的齿轮齿根过渡曲线，使剃齿刀的刀尖在剃齿加工时不参加切削。以往的滚齿加工仿真只能定性地给出加工后的包络线，不能定量地给出滚刀的齿形参数与齿轮齿根过渡曲线参数之间的对应关系。为了解决这个实际生产中的问题，我们在滚齿加工图形仿真方面作了初步的探索，并将所得的结果应用于生产实践，取得较好的效果。

二、原理及程序流程

齿轮齿形主要包括渐开线和齿根过渡曲线两部分，构成齿轮齿根圆角的过渡曲线是由滚刀齿顶形成的，齿根过渡曲线虽可增厚齿根，提高轮齿的抗弯刚度，但也有可能导致齿形的干涉，使齿轮转动不平稳、磨损快、噪音大，甚至卡住或折断轮齿。对于剃齿加工，则表现为刀尖部位的烧毁。一般的CAD软件在建立数学模型时，采用齿根过渡圆角代替实际的过渡曲线(见图1)，这在实际工程应用中的意义不大，因此对齿轮齿根过渡曲线的研究正是我们工作的重点。

滚齿加工齿轮是按照齿轮啮合原理进行的，齿轮滚刀的切削刃形状不同于被加工齿轮任何剖面的形状，加工齿轮原理属于范成法。由于目前常见的齿轮滚刀，都是阿基米德侧铲螺旋面滚刀，因此在进行仿真加工时使用工具齿条代替滚刀，齿条的齿形与滚刀的法向齿形相同。在进行齿轮加工的图形仿真时，首先利用范成法原理，用工具齿条切制出齿轮的齿廓包络线(见图2)，齿廓包络线的获得较容易，方法也很多。我们是利用Delphi语言和AutoLISP语言混合编程，对AutoCAD软件进行二次开发，完成了齿廓包络线生成和处理。具体处理时，齿条位置和轮坯相应的转角应保证齿轮在齿条的节线上作纯滚动这一运动关系，然后根据此关系使用move(移动)和rotate(旋转)命令移动工具齿条和转动轮坯，当齿条上的某个齿移动到与轮坯相切削的位置时，画出该齿齿形并使其随轮坯转动，这样不断循环即可包络出整个齿轮。由于齿廓包络线不便于进行定量分析，下一步工作就是在齿廓包络线的基础上，通过一定的算法处理得到加工仿真后的齿廓曲线数据(见图1)。仿真程序分为四个模块：滚刀参数输入模块，滚刀齿形参数计算与绘制模块，切削仿真模块，齿廓曲线处理计算模块，程序流程见图3。

三、程序算法

全部图形仿真工作是利用AutoCAD 200X软件提供的AetiveX接口，通过Delph和

AutoLISP语言混合编程二次开发实现的。程序算法的关键点在于齿廓轮廓线的生成。为了提高算法的效率，首先在绘制包络线时根据齿条齿形顶点与齿轮齿顶圆的距离去掉与构成齿轮齿廓曲线无关的一部分包络线，并且对其余的包络线用齿顶圆进行裁减，得到如图2的结果。其次，将所得的包络线用IGES格式文件保存并通过程序转换成方便处理的格式，为轮廓线的生成做好准备。

在AutoCAD软件中，在存储组成包络线的各条多义线时，是按照多义线绘制的先后顺序进行的，并且各条多义线的组成实体点也有确定的方向性。

具体算法步骤：

1.记录点Point-A的坐标数据及其所在实体(Solid-A)的相关属性(如实体为圆弧，则还需记录圆心坐标)；

2.在Link-A中依次取出其他各条多义线，并计算各条多义线的每一个组成实体与Solid-A的实交点；

3.如果实交点存在且实交点在Pomt-A的正方向(sohd-A的方向)一侧，则取此类实交点中距离点Pomt-A最近的点(记作Point—B)，转步骤4；否则，取实体Solid-A的终点替代点Point-A，取多义线Phne-A中下一个实体替代Solid-A，转步骤5。

4.判断点Point-B是否与齿形轮廓线终点(Point-E)重合?是，则转步骤6；否，则用点Point-B替代Point-A，其所在的多义线代替Pline-A，转步骤1。

5.判断点Point-A是否与齿形轮廓线终点(Point-E)重合?是，则转步骤6；否，则转步骤2。

6搜索结束。

四、程序应用

第二篇：数控加工仿真实验报告

数控技术实验报告

实验名称：数控加工仿真系统实验

实验日期：2012-1-9

一、实验目的

1、学会运用计算机仿真技术，模拟数控车床、数控铣床完成零件加工的全过程；

2、在宇龙数控仿真系统中进行加工仿真实验；

3、为后续的“数控编程实训”，实地操作数控机床进行数控加工，积累和打下操作技能训练的基础。

二、实验基本要求

1、熟悉并掌握FANUC 0i系统仿真软件面板操作过程；

2、按给定车削零件图样，编制加工程序，在计算机上运用仿真软件，进行模拟加工；

3、按给定铣削零件图样，编制加工程序，在计算机上运用仿真软件，进行模拟加工。

三、仿真实验设备

1、待加工零件图纸参数

2、宇龙数控仿真系统软件、操作电脑

四、主要操作步骤

第一部分：

1、启动宇龙数控仿真系统软件，选择合适的机床类型，根据待加工图样定义毛胚零件，正确装夹毛胚零件并安放在机床。

2、选择合适的加工刀具。

3、激活机床。检查急停按钮是否松开，若未松开，点击急停按钮，将其松开。按下操作面板上的“启动”按钮，加载驱动，当“机床电机”和“伺服控制”指示灯亮，表示机床已被激活。

4、机床回参考点。在回零指示状态下选择操作面板上的X轴，点击“+”按钮，使X轴回零，回零后相应操作面板上“X原点灯”的指示灯变亮，同时LCD上的X坐标变为“0.000”。相应的调整机床依次使Y，Z轴回零。机床回零结束后LCD显示的坐标值（XYZ：0.000,0.000,0.000），操作面板指示灯亮为回零状态。机床运动部件（铣床主轴、车床刀架）返回到机床参考点。

5、对刀，实验中选用刚性芯棒进行对刀。刚性芯棒采用检查塞尺松紧的方式对刀，同时将基准工具放置在零件的左侧（正面视图）对刀方式。

6、X轴方向对刀：点击机床操作面板中手动操作按钮，将机床切换到JOG状态，进

（4）按LCD画面软键【操作】，再点击画面软键，再按画面【READ】对应软件；（5）在MDI键盘在输入域键入文件名：O1111；

（6）点击[EXEC]对应软键，直接导入数控程序：O1111，并在LCD屏显示。

6、仿真零件加工程序代码如下： O1111;G54 G00 X-10.Y-10.Z100.;T01;M03 S500;G43 G00 Z5.H01;G01 Z-2.F100;G41 G01 X0.Y-5.D01;Y40.;X40.Y60.;G02 X80.Y20.R40.;G02 X60.Y0.R20.;G01 X-5.;G40 G00 X-10.Y-10.;G49 G00 Z100.M05;M30;

7、仿真零件加工图样如下：

第三篇：数控机床仿真模拟加工实验报告

数控机床仿真模拟加工实验报告

实验目的

1、熟悉典型数控加工仿真软件——宇龙数控加工仿真软件的特点及其应用；

2、通过软件系统仿真操作和编程模拟加工，进一步熟悉实际数控机床操作，提高编写和调试数控加工程序的能力。

3、了解如何应用数控加工仿真软件进行加工过程预测，以及验证数控加工程序的可靠性、防止干涉和碰撞的发生。

实验基本原理

宇龙数控加工仿真软件是模拟实际数控机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统；应用该软件，可以基于虚拟现实技术，模拟实际的数控机床操作和数控加工全过程。本实验在熟悉软件的用户界面及使用方法的基础上，针对典型零件进行机床仿真操作运行和零件数控编程模拟加工，从而预测加工过程，验证数控加工程序的可靠性、防止干涉和碰撞的发生。

实验内容及过程

本实验通过指导老师讲解和自己的实际操作练习，分两个阶段完成实验任务；具体如下：

一、初步熟悉数控加工仿真软件的用户界面及基本使用方法：

通过实际练习，了解应用宇龙数控加工仿真软件系统进行仿真加工操作的基本方法，包括：

如何选择机床类型；

如何定义毛坯、使用夹具、放置零件； 如何选择刀具；

FANUC 0i 数控系统的键盘操作方法；

汉川机床厂XH715D加工中心仿真操作方法等。

二、针对汉川机床厂XH715D数控加工中心，应用宇龙数控加工仿真软件对凸轮零件进行机床仿真操作运行和数控编程模拟加工：

凸轮零件图如下所示：

机床仿真操作运行和数控编程模拟加工过程如下：

1、机床开启

启动数控铣系统前必须仔细检查以下各项：1.所有开关应处于非工作的安全位置；2.机床的润滑系统及冷却系统应处于良好的工作状态；3.检查工作台区域有无搁放其他杂物，确保运转畅通。之后打开数控机床的电器总开关，启动数控车床。

2、机床回参考点

启动数控铣系统后，首先应手动操作使机床回参考点。将工作方式旋钮置于“手动”，按下“回参考点”按键，健内指示灯亮之后，按“+X”健及“+Z”键，刀架移动回到机床参考点

3、设置毛坯，并使用夹具放置毛坯

通过三爪卡盘将工件夹紧。

4、选择刀具并安装

直径￠10号的立铣刀，为编程方便，并考虑刀具半径对刀具中心轨迹的影响。

5、输入数控加工程序

00001 N10 G50 X-479.999 Y-385.002

Z-286.445 N20 S630 M03;N30 G01 Z-6.0 MO3 S500 F500;N40 X20.0 Y30.0;N50 G17 G02 X20.0 Y-30.0 R30.0;N60 G01 X-20.0 Y-30.0;N70 G02 X-20.0 Y30.0 R30.0;N80 G00 X-60.5 Y30.0;N90 M30;

6、进行对刀操作：

X方向，先手动让车刀接近毛坯X正向，然后手摇方式是刀具渐渐逼近毛坯直至刚碰上，记录此时坐标。退刀，让车刀移至X轴负方向，重复上叙操作，记录X负坐标。Y方向，同上。

Z方向，用手动使车刀接近毛坯上表面，然后用手摇方式使其缓慢下降，直至碰到毛坯，记录此时坐标。

7、自动加工运行操作及结果；

将工作方式旋钮置于“自动”，并从存储器中选择要运行的程序，按“循环启动”键，程序自动运行。在机床自动运行时，可按“进给暂停”按钮临时中止运行：刀具进给速度可以通过进给倍率旋钮来调整。若先按下“机床锁住”键，再按“循环启动”键，则机床不运动，但数控装置的显示器上能显示刀具位置的变化；这样可进行程序的模拟运行和检查。

8、刀具补偿参数的设置及修改；

设置刀具补偿半径为

，通过数控机床控制面板手工输入，可直接按工件轮廓的坐标数据编程以加工出合格的工件。

9、再次自动加工运行操作及结果

按程序设定轨迹空运行一次

实验心得体会与建议

通过数控机床仿真模拟加工实验，了解了数控机床的基本结构、工作原理；了解了数控铣削加工的工艺特征；了解了数控铣削加工所用铣刀的特征及其用途；熟悉了数控机床的基本操作；熟悉数控铣床的指令系统和手工编程方法，掌握基本的G代码和M代码的使用；

第四篇：数控加工仿真系统的应用

《数控加工仿真系统》的功能

教学功能

本软件具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。可以进行数控编程的教学，能够完成整个加工操作过程的教学。使原来需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能可以在这个虚拟制造环境中实现。由于大部分的实训活动可以在本仿真系统中实现，使用本仿真软件将大大减少在数控机床设备上的资金投入，从而可以加快当前紧缺数控加工操作技术人员的培训速度。由于使用仿真软件，也大大减少工件材料和能源的消耗，从而可以降低培训成本。

由于仿真软件不存在安全问题，学员可以大胆地、独立地进行学习和练习。本软件中不仅具有对学员编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。这些功能使得学员可以进行自我学习，自我检测加工零件几何形状的精度，大大降低了教师的工作强度。

本软件的互动教学功能使得教师既可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容。教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况，实时了解教学情况。

许多教师在数控理论课程中也使用本仿真软件，使得课堂的教学变得更加生动、更加具体，教学效果明显得到提高。

考试功能

数控加工技能操作考试不仅重视最后的结果，更重视操作的过程。本软件最初是为上海市就业培训与指导中心的社会化数控技能鉴定专门开发的。考试功能不仅记录了考试的最后结果，还把整个操作过程完整记录下来。通过回放功能可以察看考试的操作全过程。近二年来，由于数控操作人才的紧迫需求，全国各级学校和培训机构对数控专业或者相关专业的招生都已经达到史无前例的规模。数控专业学生在几百名的学校已经为数不少，甚至有上千名的。工件精确测量是一件非常繁复的工作，对数控学生人数众多的学校，即使在仿真软件上进行一次考试或者练习都可能是非常困难的。根据广大用户的需求，本软件近来增加了工件的自动测量功能。该功能能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。如果事先设定了评分规则，就可以进行全自动的评分。在大连市技能鉴定中心进行的数控操作工社会化考试中，数控机床操作的仿真考试中已经实现了完全自动评分。经过半年多的连续使用，证明该项功能已经完全达到预定设计目标，现已经交付大连市技能鉴定中心自己独立使用。本软件的完全自动评分功能在同类产品中是独一无二的。

远程教学功能

本软件不仅在局域网上具有双向互动的教学功能，还具有基于互联网进行双向互动的远程教学功能，数据传送可以采用卫星、宽带（ADSL,ISDN,有线CABLE等）或窄带互联网（56K Modem）等方式进行。这使得远程教学成为名副其实。因此，本软件不仅适合于宽带互联网已经能够达到的地方的远程教学。同时，也适合于宽带互联网还不能达到、仅有电话线到达地区的远程教学。该项目于2002年1月通过了上海市科委鉴定，鉴定意见认为该项目“技术先进，功能组织合理，达到了商品化软件的水平，特别是其基于56K Modem窄带互联网进行三维视图实时更新的异地互动协同工作技术，并用于数控加工仿真系统中，具有独创性，达到了国际领先水平”。2001年年底以来，使用上海广电集团的卫星微波通讯连

路，本软件在上海市就业培训与指导中心数控加工远程教学课程中开始投入实际使用。经过三年多时间的使用，证明效果良好。为今后实现对我国西部地区的数控远程教学奠定了基础。本软件 基于互联网进行双向互动的远程教学功能在同类产品中也是独一无二的。

数控系统

由于社会多元化的需求，促使学校和培训机构向多种数控系统方向发展。但是，一般的学校和培训机构不可能购置所有主流数控系统和设备。为此，本软件产品正在仿真更多的数控系统。目前，本软件 产品仿真的数控系统已经包括 Fanuc 0系统、Fanuc 0-I系统、Fanuc PowerMate 0系统、Siemens 810D系统、Siemens 802C系统、Siemens 802D系统、PA 8000系统、三菱60系统、大森数控系统、华中数控系统和广州数控系统。机床包括数控车床、数控铣床、立式和卧式加工中心以及几十种机床面板。本软件所仿真的数控系统是国内同类产品中最全的，有些是独有的。

第五篇：数控加工实训仿真报告

数控加工实训仿真报告

——刘照照

一、有关FANUC Oi 标准（前置刀架）数控车床的对刀

1、首先选择所需的刀具，如下图所示，其次是定义毛培及下料。启动机床，复位操作，进行手动对刀，启动主轴，对Z向时，向X的负方向切割，停止主轴，进行中Z方向的测量，同理对X方向的。对于无法车轴向及径向的车刀，对刀的方法是把车刀的刀尖对刀工件的外圆的一点，根据工件的尺寸进行目车对刀，所有的对刀尺寸都填到刀具/形状内，例如：如X方向上输入X50.0，然后点击测量。

所有的刀对好后保存一个项目，2、设置对刀环节：编写对刀验证程序（见文件夹）对对刀的设置进行验证。通过后进行另一项目的保存。

二、数控加工调试心得的：

【1】数控加工误差分析：在数控加工的过程中遇到了加工出得尺寸与实际尺寸存在误差，经过分析，由以下原因引起：1）对到误差是引起数据偏差的主要原因，2）编程误差，主要在坐标值的计算存在偏差，3）软件仿真中机床的产生的误差，主要体现在夹紧方面；

【2】数控仿真调试过程中典型问题分析：

1）程序调试时,提示：机床运动到极限位置.原因分析：典型的问题是刀架向参考点快熟运动时，在X方向运动过快，导致刀架还没来得及避开与尾座相撞。其次是工件伸出的长度不够，而程序指令的参数超过滑台运动极限，导致刀架运动到极限位置而没有执行完指令。

2）提示：程序中有“.”“；”错误。问题的原因是：（1）在某段程序中多了一个点，或在不需要加点的地方多加了，例如：G73 P(sn)Q(fn)U()W()I()K()D6.0这里只能是D6，如果写成6.0则会出现这样的提示（2）“；”出现提示还含有“;”z主要的原因是在编写的程序中出现了中文的“；”，数控不能识别。

3、在圆弧加工时提示：起点半径与终点的半径之差超过测量值，分析原因：（1）在手工编程时，算坐标点值时，采用的是保留一定的有效数字，问题出现在编程上，（2）在用G02G03时，采用的时圆心指令，有可能用错了字符，如利用数控车时G02 X10Z5I()K(),而写成了G02 X10Z5I()J(),这种编程将会出现这样的情况，解决方法，（1）合理的调整自己的半径值，保证精度，（2）仔细检查指令的正误。

【3】数控仿真加工的过程中由于进给量的不合理主轴转速的不合理，影响加工仿真的想过，典型的问题是：工件表面变形，特别粗糙，其次是加工路线的不合理，退刀时产生多切现象。解决办法，合理的调试指令，如G96 G97，不同的指令产生的效果不同。合理的安排退刀点及走刀路线。