数控车床 >> 行业动态
- 基于AutoCAD的螺纹联接CAD系统的开发
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1 引言
- 螺纹联接是一种应用广泛的安全可靠、拆卸方便的静联接。在传统机械设计中，通常由设计者根据机器不同的工作条件凭经验确定螺纹联接的类型、直径和长度等尺寸，必要时还需进行强度校验。如选择的螺纹联接不符合要求，需重新进行选择和计算。因此，设计过程繁琐，计算工作量大，设计效率较低。随着计算机应用技术的快速发展，CAD/CAM技术的应用日益广泛，高效、准确的计算机辅助零件设计已在越来越多的领域取代了手工设计计算。笔者通过对螺纹联接类型选择和强度校核等问题进行了研究分析，以AutoCAD2000为开发平台，采用Visual C++ 6.0和Visual LISP等二次开发工具，建立了螺纹联接标准件知识库，提出了一个较合理的螺纹联接类型选择和强度校核的CAD系统开发方案。
2 系统开发任务和开发工具
- 本系统开发任务主要包括菜单开发、样图生成和自定义图形库、线型和填充图案的开发、字形、字体和对话框的开发以及应用程序的编写，而编写应用程序则是本系统的核心内容。
- 与旧版本相比，AutoCAD2000已增加了许多新的功能和特性(如多文档环境和AutoCAD DesignCenter、实时3D旋转等)，选择AutoCAD2000作为开发平台将使编程更为方便。由于ARX应用程序可以共享AutoCAD的地址空间并可对其直接进行函数调用，它还包含易于定义新类的宏并具备在运行时向现有的类添加函数的功能，并且在Visual C++ 6.0编程语言的支持下，Object ARX的功能会更强大，因此选用Object ARX作为AutoCAD2000的二次开发工具。
图1 系统的技术组成
- 2008/3/14 | 基于,螺纹,联接,系统,开发 | PDF
- 数控车床加工球面误差分析及消除方法
- 在数控车床上加工球面时，形状误差影响因素及消除方法如下。
- 车刀刀尖偏离主轴轴线引起的误差及消除方法(以车内球为例)。
- 如图1所示，∆Y为车刀偏离X轴的距离，Dt为A-A剖面理论直径，D为所需球直径，R=D/2为数控车床刀具圆弧插补半径。在A-A剖面上刀具圆弧插补曲线呈长轴为D、短轴为D1的类椭圆，其误差为
d=D-D1=D-2[(D/2)2-∆Y2]½ (1) - 在实际生产中，产品图纸一般要提出被加工球直径精度。如加工球轴承精度一般在±0.005mm以内，即d=0.01mm。为保证该精度，必须控制∆Y。由式(1)知
∆Y=±½(2Dd-d2)½ (2)
图2 对刀示意图- 设D=80mm，则在加工球轴承时，计算所得|∆Y|≤0.63mm。对刀方法如图2所示。百分表上的数值即为∆Y值。
- 刀具圆弧插补圆心误差的影响及消除方法(以车内球面为例)
- 如图3所示，∆X为刀具圆弧插补圆心偏离Y轴的距离，D为所需球直径，D1为XOY平面上实际加工直径：D/2为刀具圆弧插补半径。可见，在XOY平面上，误差d=D1-D=2∆X：在XOZ平面上，呈长轴直径为D1、短轴直径为D的椭圆球，其误差
d=D1-D=2∆X - 用逐点比较法消除刀具圆弧插补圆心误差的影响。
- 2008/3/14 | 数控车床,加工,球面,误差,分析,消除,方法 | PDF
- 用于DFM的工艺咨询与评价方法的研究
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摘 要 分析了CE/DFM对工艺咨询与评价信息的需求，认为实现并行设计的关键是研究和开发用于DFM的计算机辅助工艺咨询与评价系统。介绍了该系统的总体结构、功能与信息需求，提出了工艺咨询与评价等新的方法。
关键词 并行工程 面向制造的设计 工艺咨询 可制造性评价
Abstract The requirements on the manufacture advisory and manufacturability evaluation information in CE and DFM are discussed. DFM-oriented computer aided manufacture advisory system is one of the key issues in computer aided concurrent design. This article presents some key techniques for the system. The overall system structure, its function and information requirements are given. Some new ideas and methods for the manufacture advisory and manufacturability evaluation are presented.
Keywords concurrent engineering design for manufacture manufacture advisory manufacturability evaluation以回转类零件为对象，将功能－特征－工艺－制造环境等有机结合，建立工艺咨询及评价的知识、信息模型，从而实现产品与工艺的并行设计。
1 系统的体系结构功能及信息需求
该咨询系统不仅可以与CAD系统联接进行产品设计以及生成加工工艺，而且能给设计者提供有关工艺与制造环境方面的咨询，帮助设计者更快地设计出能被方便加工的零件或产品，还可以随时对上游设计依据本领域的专家知识进行可制造性评价并反馈评价意见和修改建议。
- 2008/3/14 | 用于,工艺,咨询,评价,方法,研究 | PDF
- 程序编制中的数学处理－－非圆曲线节点的计算
数控系统一般只有直线和圆弧插补功能，对于非圆曲线轮廓，只能用直线或圆弧去逼近它。节点就是逼近线段与非圆曲线的交点，也是个逼近线段的起点和终点。一个已知曲线方程的节点数与逼近线段的形状（直线还是圆弧）、曲线方程的特性以及允许的逼近误差有关。节点计算，就是利用这三者之间的数学关系，求解出各节点的坐标。 一、等间距的直线逼近的节点计算 已知非圆曲线方程 y=f（x） 从曲线X轴的起点坐标开始，以等间距Δx来划分曲线起点到终点的区间，可得一系列X轴的坐标点的值，设起点的X坐标值为x0=a，则有：x1=a+Δx，x2=a+2Δx，x3=a+3Δx，…. Xi=a+iΔx，.. 将这些X坐标值代入方程 y=f（x），则求得一系列Y坐标值：yi=f（xi）（i=1，2，3，…..） 那么（xi，yi）（i=1，2，3……）就是所求得的节点坐标值。相邻两点的直线段就是逼近线段。
等间距法的关键是合理确定Δx，既要满足允许误差的要求，又要使节点尽可能少。通常采用试算和校验的方法确定Δx，方法步骤如下：
1． 取Δx初值，一般取0.1。
2． 计算（xi，yi）（i=1，2，3……）。
3． 误差验算：
设任一逼近直线MN，其方程为：ax+by+c=0，则与MN平行且距离为δ允的直线MˊNˊ的方程为：
求解联立方程：
若： 只有一个解，则逼近误差等于δ允，Δx正好满足误差要求。
没有解，则逼近误差小于δ允，Δx满足误差要求，可适当增大其取值，返回2。
有两个解，则逼近误差大于δ允，Δx太大，应减小其取值。返回2。
等间距法计算简单，但由于必须保证曲线曲率最大处的逼近误差小于允许值，所以程序可能过多。
二、等弦长直线逼近的节点计算
使所有逼近线段的长度相等。计算步骤如下：
（1）确定允许的弦长 。
用等弦长逼近，最大误差δmax一定在曲线的曲率半径最小Rmin处，则
为：
（2）求Rmin。
曲线
任一点的曲率半径为：
取dR/dx=0，即
根据求得
，并由
式（2-3）求得x后， 将x值代入式（2-2）
求、得Rmin。
（3）以曲线起点A为圆心，做半径为的圆交曲线于B点，联立求解：
得节点坐标xB、yB。
（4）顺序以B、C、…..为圆心，重复步骤（3），即可求得其余各节点坐标值。
三、 等误差直线逼近的节点计算
使所有逼近线段的误差相等。计算步骤如下：
（1）以起点A（xa，ya）为圆心，以δ允为半径作圆，称为允差圆，其方程为：
记为：
（2）作圆与曲线的公切线PT，求其斜率k。
K=（yT-yP）/（xT-xP）
为求yT、yP、xT、xP，求解联立方程：
（3）以A为起点，作平行于公切线PT的直线AB，交曲线于B点。AB的方程为：
（4）求B点的坐标值。
联立求解曲线方程和AB的方程：
（5）按上述步骤顺序求得C，D，……各节点的坐标。
四、圆弧逼近的节点计算
曲率圆法，是一种等误差圆弧逼近法。计算步骤如下：
（1）以曲线的起点（xn，yn）开始作曲率圆，其参数为：
圆心：
半径：
（2）以点（δn，ηn）为圆心，（Rn±δ允）为半径作偏差圆，求偏差圆于曲线的交点（xn+1，yn+1）。
解联立方程：
（3）求过（xn，yn）和（xn+1，yn+1）两点，半径为Rn的圆的圆心，即求：
的交点（δm，ηm），该圆即为逼近圆。起点（xn，yn），终点（xn+1，yn+1），半径Rn，圆心（δm，ηm）。
（4）重复上述步骤，依次求得其他逼近圆。
- 2008/3/14 | 程序,编制,数学,处理,曲线,节点,计算 | PDF
- 浅谈六面顶液压机电液控制模式
伴随着大吨位六面顶液压机在行业内成为主流设备，38、40等不同规格大腔体合成工艺已进入推广应用阶段，与28、30等小腔体工艺不同，腔体的增大改变了合成腔内压力、温度场的状态，怎样优化压力和温度控制模式，充分发挥大腔体的优势，已成为各金刚石厂的首要课题；而作为设备制造商，在提供大吨位主机的同时，如何提供配套合理的电液控制系统，也是面临的重要任务。 本文试就合成腔的压力、温度场进行分析，结合当前通用的几种控制模式进行对比，提出符合大腔体合成工艺要求的六面顶液压机整体解决方案。 1.压力控制 合成腔体的扩大，必然使因传压损失而形成的合成棒外壳与芯部的压力差加大，即压力场的压力梯度加大；同时，金刚石的生长过程也导致压力场的变化：众所周知，高温高压下以叶腊石为传压介质的石墨转化为金刚石过程中包含一系列的相变过程：叶腊石矿物相变产生蓝晶石和柯石英、石墨相变产生金刚石，由于这些相变的产物比重大，产生相变前后的体积收缩，造成合成腔内部压力下降；而且，由于叶腊石在相变后因摩擦系数和强度均增大而呈刚性，影响了传压和补压的效果，这些都造成腔体内更大的压力梯度，而优质金刚石单晶的生长需要相对稳定的压力条件，因此，如何更好的降低压力梯度，是大腔体工艺面临的挑战。 公知的理想压力控制模式可按下图1所示：
1）升压曲线可控，这样可以配合加热曲线有效控制压力梯度
2）保压阶段压力曲线递增，减小因合成相变造成的传压梯度增大
3）卸压速度可控，兼顾高低压时卸压速度的不同要求
目前，有以下几种压力控制模式在应用：
1.1传统的压力控制模式
此模式下压力波动较大，完全是一种粗放型的控制模式，不适于大腔体合成工艺。如图2所示。
1.2 变频保压控制模式
此模式保持了保压阶段压力的恒定，但忽视了对合成相变导致的压力梯度进行补偿。如图3所示。
1.3 被动的递增补压模式
如图4所示。此为原始的递增补压模式，通过设定保压压力降至设定值，按设定增量补压，为被动式。实际上在保压阶段，压机补压次数是有限的，且与压机高压密封的失效相关，因此并没有真正实现通过递增补压来弥补压力梯度的目的。
1.4 主动的递增保压模式
如图5所示。通过设定压力增量和时间间隔（补压次数），来实现递增补压，因此为主动的递增补压模式。采用变频保压的形式可以控制每个设定时间间隔内的压力降为最小。不过，由于压机保压性能一般均较好，因此在设定时间间隔内的压力降可以忽略不计。
1.5 采用比例阀的压力控制模式
比例阀的原理是通过按设定曲线控制电流或电压，从而按比例连续的控制比例电磁铁的推力和位移量，达到控制系统的压力和流量的目的。在系统中采用比例压力阀或比例泵，不仅能在保压阶段实现系统压力连续递增，并且也能实现在升压阶段的升压速度连续可控，即实现了压力的全程曲线控制。可以说，这是最可能接近理想的控制模式，如图6所示。
2.温度控制
合成腔内温度场的建立是通过直流电加热实现的，无论是控制电流还是电压，最终还是以加热功率的变化来实现温升。由于热量是靠合成料棒电阻自发热产生，即便是石墨衬管等的辅助措施也仅起到了保温的作用，因此，其温度梯度因散热而生，温度应为自棒芯向外递减，并且这种温差在加热与散热条件不变的情况下，应与合成棒直径大小无关。基于这种推理，合成腔体的扩大，提供了一个可以形成更均衡与稳定的温度场的客观条件，或者说，在大腔体中符合优质金刚石生长所需温度条件的空间比例将更大。
合成腔温度的变化受两种因素影响：其一是加热，其二是散热。
目前，以加热功率控制为基础的控制模式有两种：
其一为恒功率模式，加热功率处于一种恒定状态，如图7所示，相应的加热量曲线如图8：随着时间的延长，加热量正比例增加；
其二为变功率模式，加热功率可根据设定曲线变化，如图9所示，相应的加热曲线如图10：随着时间的延长，加热量非正比例增加。
随着加热曲线的变化，存在着散热曲线，在自由加热和散热地情况下，两条曲线必然相交，即存在加热与散热的平衡点：此点以后的时间内，热量不在增加，也不减少，处于一种保温状态。如图11所示。
在合成实际生产中，常出现合成棒芯部与外部温差大影响金刚石生长的现象，这种保温状态的出现将消除这种温差。
通过适时、适量的调整加热功率，可能使在合成周期内出现或接近这一平衡点，而只有具备变加热量输出功能的电控系统才提供了这种条件。
3.结束语
综合上述分析与对比，提供符合大腔体中优质金刚石单晶生长的温度、压力条件的六面顶液压机，至少应具备如下功能：
1）具备主动的递增保压功能，以有效降低压力梯度，其中采用比例阀控制的控压模式是较为理想的液压控制系统。
2）电加热系统具有宽幅的变加热量输出功能，为调整保温状态的出现提供条件。
3）具有至少1800T的合成吨位，以满足40腔体合成工艺的压力条件，毕竟大腔体天生的温度场优势是小腔体所无法比拟的- 2008/3/14 | 浅谈,六面,液压,机电,控制,模式 | PDF
- CAD新技术：轻量级数据格式
对于Nick Butkovich而言，轻量级数据格式的应用带来了更迅速的产品开发以及更完善的知识产权保护措施。
Butovich是Bradrock Industries的一名IT项目经理，该公司是美国一家塑料成型设备和车床制造商。他认为3D数据的轻量级浏览与先前受到书面文件交换流程的限制相比，大大加快了设计方案审核速度，并为跨部门共享设计方案铺平了道路。
对此，Butkovich解释说：“事实很简单，每个人看到一种设计方案、对其进行审核，并加入自己的意见——不论他使用的是什么系统，而且不需要IT技术人员帮助他做集成——这加快了流程速度。如今，任何参与到其中的人员都能够对设计方案进行审核并发表意见，设计时间也减少了。同时，还降低了返工的几率，因为现在可以提前注意到潜在的问题。”
- 2008/3/14 | 新技术,轻量级,数据,格式 | PDF
- 逆向工程领域应用软件——Imageware
Imageware是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。拥有广大的用户群，国外有BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota；国内已有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等。
以前该软件主要应用于航空航天和汽车工业，因为这两个领域对空气动力学性能要求很高，在产品开发的开始阶段就要认真考虑空气动力性。常规的设计流程首先根据工业造型需要设计出结构，制作出油泥模型，然后将模型送到风洞实验室去测量空气动力学性能，再根据实验结果对模型进行修改，经过反复修改直到获得满意结果为止，这样所得到的最终油泥模型才是符合我们需要的模型。如何将油泥模型的外形精确地输入计算机成为电子模型，这就需要采用逆向工程软件、首先利用三坐标测量仪器测出模型表面点阵数据，利用逆向工程软件（例如：Imagewaresurfacer）进行处理，获得class1曲面。随着技术进步和消费水准的不断提高，很多其他行业也开始纷纷采用逆向工程软件进行产品设计，例如，微软公司生产的鼠标器（mouse），就其功能来讲，只需要三个键就可以了，可是怎样才能让鼠标器手感最好，经过长时间使用而不易产生疲劳感确是生产厂商需要认真考虑的问题。因此微软公司首先根据人体工程学制作了几个模型，并交给使用者评估，根据评估意见对模型直接修改，直到模型修改到大家都满意为止，然后将模型数据利用逆向工程软件Imageware生成CAD数据。当产品推出市场后，由于外观新颖、曲线流畅、加上手感好，符合人体工程学原理，迅速获得用户的广泛认可，产品市场占有率大幅度上升。Imageware逆向工程软件的主要产品有：Surfacer逆向工程工具和class1曲面生成工具。Verdict对测量数据和CAD数据进行对比评估。Buildit提供实时测量能力，验证产品的制造性。RPM生成快速成型数据。View功能与Verdict相似，主要用于提供三维报告。Imageware采用NURBUS技术，软件功能强大，易于应用，对硬件要求低，可运行于各种平台：UNIX工作站、PC机，操作系统可以是UNIX、NT、Windows95及其他平台。Imageware由于在逆向工程方面的技术先进性，产品一经推出就占领了很大市场分额，软件收益正以47%的年速率快速增长。Surfacer是Imageware的主要产品，主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点--曲线--曲面原则，流程简单清晰，软件易于使用。
流程如下：一、点过程读入点阵数据。
- 2008/3/14 | 逆向,工程,领域,应用,软件 | PDF
- 模块化制造的研究和发展状况
模块化的概念由来己久。模块化制造的思想也来源于人们长期的生产实践。在机床制造业，德国于1930年首先提出了“模块化构造”(MOdularConstruction)的设计方法。由于用这种方法设计制造的机床具有很好的经济效益，因而采用模块化构造在世界得到迅速发展。日本通产省在1977年开始研制柔性加工单元(FMC)，明确地引进了模块化构造的概念：按不同功能制造模块，其独立性很强，模块化的功能单元可独立运转，整个控制系统是有上述模块组成的多级系统[5]。随着先进制造技术的发展和计算机技术的广泛应用，使传统的模块化设计技术发生了深刻的变化。模块化是现代制造业发展的要求，是对传统标准化形式的发展。模块化与成组技术、柔性生产技术、计算机辅助技术等现代制造技术之间的关系是相辅相成、互相支持，只有在生产中密切配合才能发挥最大效益[5]。
施进发等[8]给出了机械的最新定义、阐述了模块化机械产品的现状及其实际意义，建立了机械模块学理论体系，并分析了机械模块学的研究对象。模块化是企业和产品重组的基础，是产品及其制造系统持续更新和并行开发的最佳基础[9]。
模块化制造作为一种现代制造环境下的制造哲理和方法论也早就引起了人们的注意。Rogers等[1]就实现模块化生产系统(MPS)的有关问题进行了深入的研究。通过建立模块标准，建立有限的部件级的基本生产加工单元(标准模块)，而不是通常的整机设备。把基本模块分为四类：加上单元、运动单元、模块化刀具装卡单元以及可配置的控制系统。通过从模块目录中选取适当的模块就能建立适应范围宽的自动化、集成化的生产系统。以生产实例说明：在设计工具的支持下根据特定产品的制造需求对模块化制造系统进行再设计是可行的。
- 2008/3/14 | 模块化,制造,研究,发展,状况 | PDF
- 六面顶液压机主机窗口尺寸的计算
在进行六面顶液压机主机设计时，确定结构尺寸不仅需要进行相关构件机械强度的校核计算，而且需要对六组铰链梁组件铰接后形成的内部空间尺寸进行推算，可称之为窗口尺寸的推算。
窗口尺寸需首先保证大垫块、护套等合成附件正常的拆装操作空间，合理的窗口尺寸可以使主机结构紧凑，增加整机结构刚性和稳定性。
六面顶液压机主机窗口的构成有2种类型，分别可通过如下计算公式推算出窗口的尺寸。实践证明，此公式方便、简洁、可靠。
- 2008/3/14 | 六面,液压机,主机,窗口,尺寸,计算 | PDF
- 立方氦化硼(CBN)在切削加工中的应用
立方氦化硼(CBN)是继人造金刚石之后，人工合成的一种新型超硬刀具切削材料，其硬度仅次于金刚石，在切削和磨销加工中得到广泛应用。
立方氦化硼(CBN)在切削加工中的应用- 2008/3/14 | 立方,切削,加工,应用 | PDF
- 如图1所示，∆Y为车刀偏离X轴的距离，Dt为A-A剖面理论直径，D为所需球直径，R=D/2为数控车床刀具圆弧插补半径。在A-A剖面上刀具圆弧插补曲线呈长轴为D、短轴为D1的类椭圆，其误差为
- 螺纹联接是一种应用广泛的安全可靠、拆卸方便的静联接。在传统机械设计中，通常由设计者根据机器不同的工作条件凭经验确定螺纹联接的类型、直径和长度等尺寸，必要时还需进行强度校验。如选择的螺纹联接不符合要求，需重新进行选择和计算。因此，设计过程繁琐，计算工作量大，设计效率较低。随着计算机应用技术的快速发展，CAD/CAM技术的应用日益广泛，高效、准确的计算机辅助零件设计已在越来越多的领域取代了手工设计计算。笔者通过对螺纹联接类型选择和强度校核等问题进行了研究分析，以AutoCAD2000为开发平台，采用Visual C++ 6.0和Visual LISP等二次开发工具，建立了螺纹联接标准件知识库，提出了一个较合理的螺纹联接类型选择和强度校核的CAD系统开发方案。