PDF《辊切刀三维实体建模计算机辅助设计》

机械工程学院大学生课外科技训练 辊 辊切 切刀 刀三 三维 维实 实体 体建 建模 模计 计算 算机 机辅 辅助 助设 设计 计设设计 计者 者: :检 检测 测004

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2 班班韩韩雪 雪徐徐海 海泉 泉苏苏伙 伙成 成指指导 导教 教师 师机机械 械工 工程 程学 学院 院唐唐晓 晓初 初柳柳清 清赵赵英 英杰 杰王王墅 墅助助理 理指 指导 导研研二 二学 学生 生杨杨艳 艳艳 艳设设计 计目 目的 的: : 三维复杂曲面建模方法的研究是目前 CAD/CAM 领域的一个热点.

所建立的产 品数字模型不仅仅是为了造型, 更重要得是为了其后的再生产,如产品的更新换 代、装配、力学分析、运动分析、数控加工等准备好充分的数据. 轧制各种形状花纹的辊切刀轨迹,多是圆柱表面上的非规则曲线, 设计该刀 具时, 给出的初始设计图是展开在平面上的花纹图案. 这种图案可以分成两种类 型,一种是完全非规则曲线,不能用数学方程式表达;

另一种是分段规则曲线, 可以用分段曲线方程表达. 用三轴数控机床加工刀具时,要求必须精确给出刀具 轨迹的三维模型数据. 因此, 对于辊切刀刀具的加工必须基于辊切刀三维模型的 精确建立,其三维造型设计方法成为解决此问题的关键所在. 技术路线: 由于辊切刀轨迹三维造型设计成为其三维建模的关键, 因此, 我们课题组在 大学生在科技训练中,重点研究了辊切刀的平面设计图与刀具轨迹的对应关系, 提出了辊切刀由二维模型转换为三维模型的基本思想及处理方法.并在 Pro/E 计算机辅助设计软件环境下, 运用 Pro/E 中的环形折弯和包络功能实现了辊切刀 精确的三维建模. 该模具对刀具的数控加工提供了走刀轨迹仿真依据和走刀加工 三维数据. 机械工程学院大学生课外科技训练 设计步骤:

1、辊切刀原始平面设计图形分析及三维轨迹数学模型的建立与实现

1、1 辊切刀原始平面设计图形分析(见图 1) 主视图 图1.辊切刀原始平面设计图 其中图(a)为主视图,图(b)为 左视图,图(C)为A-A 剖面图,图(d)为E向展开图. 从E向展开图可以看出滚切刀刀刃轨迹是一个中心对称图形,共有八段圆弧组成, 机械工程学院大学生课外科技训练 首尾相切,包缚在圆柱表面上.从(a),(b)可以看出在圆柱表面上均匀分布三个刀 刃,从(C)图可以看出刀刃的形状和尺寸. 1.2 环形折弯数学模型的建立 平面展开二维轨迹模型包缚折弯为三维轨迹模型的基本思想是: 将平面直角坐标系变换为空间柱面坐标系, 首先在圆柱面上建立图

2 所示的空间 直角坐标系,图3为图

2 所示的空间直角坐标系 Z Y X ? ? 坐标面上的投影.将 平面曲线转化为柱面上的空间曲线的方法是:将设计给定的平面曲线通过处理 后,折弯粘贴在设计半径为 R 的圆柱表面上.此处,令YX?平面坐标系上的 X 值=半径为 R 的圆柱面的弧长 L 值,由此得出: R X R L = = α α π α - =

2 1 , 因此平面曲线在圆柱面 Z Y X ? ? 坐标系下的轨迹方程为: ( ) R X X X X n ? * = * =

2 cos

1 cos π α (1) ( ) R X X X Yn ? * = * =

2 sin

1 sin π α (2) Y Zn = (3) 图2圆柱面上直角坐标系的建立 图3平面坐标到柱面直角坐标的变换 机械工程学院大学生课外科技训练 图3在AutOCAD 中用 AutoLisp 语言编程设计结果

2、选择 Pro/E 计算机辅助设计软件进行实体建模的优势 Pro/E 是美国参数化技术公司(Parametric Technology Corporation , 简称 PTC)的软件产品,它是新一代 CAD/CAM 软件的代表.Pro/E 用三维实体模 型来描述工程师所设计的产品模型.不再运用线框和表面转换成实体模型的手 段;