机械加工方法在计算机立体绘图中的应用0喷涂设备

机械加工方法在计算机立体绘图中的应用

机械加工方法在计算机立体绘图中的应用 2011年12月09日 来源： 1　概述　　随着IBM公司与Lockheed公司联合研制的“计算机图形增强设计与制造软件包”CAD／CAM系统的开发成功，CAD技术开始由二维平面造型走向三维立体造型，从而在一个完整的几何模型上实现零件的质量计算、有限元分析、数控加工编程和消隐立体图的生成，也便于由零件的立体图生成装配图。　　AutoCAD软件包的三维实体造型模块AME为绘制立体图提供的基本实体元件(体素)有：长方体、圆柱、圆锥、球、圆环体、锲形体、二维封闭图形的拉伸体和旋转体等。对于一些形状简单的零件，它的立体图只需通过若干个体素简单的并、交、差操作便可以完成。然而对于一些复杂的零件如空间圆柱凸轮、蜗形凸轮、弧面分度凸轮、蜗轮蜗杆和螺纹连接件等，都具有复杂的空间曲面，因而很难绘制它们的立体图。　　本文的思想是模仿机械加工的方法来绘制零件的立体图。不管零件形状有多复杂，只要它能够被加工出来，就可以仿照其加工的方法和步骤绘出它的立体图。机械加工分为热加工(包括焊、锻、铸)和冷加工(包括车、镗、铣、钻等)，绘制零件立体图的基本操作有并、交、差。机械加工的每一道热加工或冷加工工序在绘零件立体图时就相当于一个并、交或差的操作。例如，热加工中的“焊”工序对应于绘立体图时的“并”操作，冷加工中的“钻”工序对应于“差”操作等等。显然，零件的形状越复杂,则加工时所需的工序就越多，同样在绘制其立体图时所要的并、交、差操作也就越多。有时，零件(如空间圆柱凸轮)的表面是复杂的空间曲面，加工时是通过刀具与该零件之间作相对运动生成的，对于这样的零件在绘制其立体图时,必须要通过编程用程序循环来实现多个重复类似的操作。　　 下面以空间圆柱凸轮为例阐明如何模仿其加工方法来绘制该零件的立体图。2　零件加工过程　　对于图1所示的空间圆柱凸轮，其加工过程大约有以下五道工序：　　（1）生成铸件(或锻件)毛坯。　　用铸模铸造出(或锻出)一个直径和长度都满足要求的圆柱体毛坯。　　（2）加工内孔。　　在车床上车出凸轮的内孔，直径等于凸轮的内径，也即凸轮轴的直径。　　（3）倒角。　　为了使凸轮方便的安装到凸轮轴上，需在车床上将内孔两端倒角。　　（4）剃键槽。　　在插床上加工出用于凸轮周向固定的键槽。　　（5）加工凸轮工作面。　　加工空间凸轮工作表面时，要求刀具中心与凸轮轮坯之间的相对运动遵循刀具中心轨迹点坐标的变化规律。一般有两种加工方法：一种是仿形法，另一种是数控加工方法。仿形机床加工凸轮轮廓时，利用靠模凸轮机构实现刀具中心轨迹。数控加工通常是用于单件或小批量制造的精密凸轮或靠模凸轮(如图2所示)。图1　空间圆柱凸轮图2　圆柱凸轮的数控铣削3　立体图绘制过程　　对应空间圆柱凸轮的加工步骤，利用AME的功能来绘制其立体图,如图3所示。图3　圆柱凸轮立体图的绘制过程　　a.形成基体A0　　用函数solcy1生成圆柱形凸轮基体A0。　　b.挖去内孔B　　用函数solcy1在A0中心产生一个圆柱体B，再用函数solsub将B从A0中“差”去，得A1=A0-B。　　c.“倒角”C1、C2　　用函数solcone分别在基体内孔两端产生圆锥体C1和C2，再用solunion将C1和C2合并，从A1中将它“差”去，得到：A2＝A1－( C1∪C2)。　　d.“剃键槽”　　用函数solbox产生一个长方体D，从A2中“差”去，得：A3＝A2－D。　　e.形成表面　　在A3表面产生“刀具”E1(由solcy1)，将E1从A3中“差”去。再将A3旋转一个步长(一般取1°～5°)，再按一定的规律在沿刀具中心轨迹的合适新位置产生“刀具”E2，将E2从A3中“差”去。如此循环，当A3转过一周其轮廓表面就形成了。得到A＝A3－E1－E2－E3－…。　　最后得到的A即为该圆柱凸轮的立体图。4　程序算法分析　　采用不同的算法将对程序运行速度有着很重要的影响。例如前面的例子的最后一步，在采用程序循环来绘制凸轮的工作表面时，通常的简单算法是：凸轮基体绕其轴线旋转一个步长，再作一个辅助“刀具”，该“刀具”沿着凸轮的轴线按照设计要求的运动轨迹上移动一个位移，在这个位置求出凸轮基体和“刀具”的交集，然后把这个交集从凸轮基体中“差”掉。程序如此循

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