基于Solidworks的麻花钻的二次开发.docx

1、基于Solidworks的麻花钻的二次开发摘 要在机械加工中，麻花钻是应用最为广泛的孔粗加工刀具，同时也是几何形状最为复杂的切削刀具之一。尽管人们已做了大量有价值的研究工作来加深对其几何形状、切削方式以及制造方法的了解，但对于钻头的几何参数及切削性能仍需作深人的研究。提出了基于 SolidWorks软件、调用API对象进行二次开发 ,实现麻花钻三维参数化设计的思路 ,介绍了在Visual Basic编程环境下进行二次开发的具体过程和关键技术。该方法可解决麻花钻前刀面、后刀面、排屑槽、切削刃带等复杂空间曲面的参数化建模难题 ,提高设计效率 ,并为麻花钻的进一步开发提供参考。关键词：麻花钻，二次开

2、发，三维建模，SolidworksAbstractIn the machining, the twist drill hole is the most widely roughing tool, but also the geometric shape of one of the most complex cutting tools. Despite the valuable research work has been done to deepen their geometry, cutting patterns and knowledge of manufacturing methods,

3、 but the geometric Research on Parameterized Design System of Twist Drills.Based on SolidWorks Secondary The idea of realizing 3D parameterized design of twist drills by transferring API objects as a secondary development method based on SolidWorks software is proposed. The process and key points of

4、 the secondary development under Visual Basic programming environment is introduced. This method can resolve the parameterized modeling problem of twist drill , including its rake , clearance , flutes and cutting edges , and can increase the design efficiency as well as offer a reference for the fur

5、ther devel 2opment works.Keywords : twist drill , parameterized design ,SolidWorks ,secondary development , modeling目 录摘 要 1Abstract 2目 录 3第1章 绪论 51.1 内容及基本要求 51.2 重点研究的问题 5第二章 Solidworks二次开发的研究 62.1 Solidworks二次开发的介绍 62.2SolidWorksAPI对象模型简介 6第三章 麻花钻的设计过程 73.1 设计流程 73.2麻花钻设计的关键技术 83.3代码整理及程序调试 93.4结

6、语 10第四章 麻花钻的参数化设计 174.1 数学模型 174.2标准麻花钻的组成 174.3标准麻花钻切削部分的组成 184.4麻花钻的结构参数 184.5 麻花钻建模原理及三维实体模型创建方法 204.6麻花钻的参数化过程 22第五章 麻花钻程序设计 265.1 总体方案设计 265.2 对话框设计 275.3 程序设计 28第六章 结 语 29参考文献 30致 谢 31附 录 32附录2 36第1章 绪论1.1 内容及基本要求主要内容：1参数化设计：指定题目为基于Slidworks的麻花钻的二次开发，需要针对麻花钻的结构特征进行参数化设计，我这次设计的是直柄麻花钻。2进行完参数化设计再

7、进行建模，由于对编程不是很熟悉，首先要清楚麻花钻建模的整个过程，我先用画图的方法画出了整个麻花钻，了解了整个流程。3接下来我学习了一门全新的编程语言VB，这次的主要任务就是二次开发，所以在这一块花的时间很多，我学习了这门语言，自己在学习中先练习了很多实例，例如简单螺纹等，在这个基础上对整个编程有了直观的认识，在整个编程的过程中，我遇到了很多串联的问题，知道每一步怎么做，但是连在一起遇到了困难，所以这是我最需要克服的问题，也是我得到的最大的收获！基本要求：1）进行麻花钻参数化设计2）进行麻花钻的3D建模3）学习VB编程语言 4） .运用VB语言对麻花钻进行编程5） .建立对话框，得到最后的成果6

8、） .撰写整个毕业设计的论文，对自己的成果进行总结性汇1.2 重点研究的问题重点研究二次开发，要学会VB编程语言，很好的运用编程语言对麻花钻进行二次开发，让自己在这次毕业设计中得到很好的学习主要特色：首先选择一种典型的麻花钻产品 ,按正确的设计关系(包括几何拓扑关系和约束关系)在Solidworks环境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 ,分析并确定模型参数;然后在VB 编程环境中开发程序界面 ,定义变量;再在程序中调用对象 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动生成模型 ,从而实现麻花钻的参数化设计。第二章 Solidworks二次开发的研究2.1 Solidworks二次开

9、发的介绍在机械产品中 ,系列化定型产品占有相当大的比例。同系列的定型产品大多具有相同或相似的外形轮廓特征。在采用传统的建模方法进行产品设计时 ,不可避免地要对模型的几何尺寸及结构形状进行反复修改、调整和优化 ,设计效率较低。为了提高设计效率 ,对于系列化定型产品 ,可以采用参数化设计方法。参数化设计是利用一组参数来约束产品模型的几何尺寸 ,以方便地实现产品模型的可变性、可重用性和快速设计 ,它能够缩短设计开发周期 ,提高设计效率 ,把设计人员从繁琐的建模工作中解放出来 ,将更多精力投入模型分析、改进等创新性工作中 ,为后续的有限元分析及制订加工工艺做好准备工作。在钻削加工中使用最为普遍的麻花钻

10、也属于系列化定型产品 ,同类型的麻花钻具有基本相似的结构特征 ,只是在尺寸参数等方面有所不同。本文基于 SolidWorks设计软件 ,调用 API 对象进行二次开发 ,实现了麻花钻前刀面、后刀面、出屑槽以及切削刃带等复杂空间曲面的参数化建模设计。2.2SolidWorksAPI对象模型简介SolidWorks API是 SolidWorks 软件的 OLE(对象链接与嵌入)应用程序开发接口。SolidWords API对象模型是一种树型结构模型 ,其根为 SolidWorks 对象。为了得到一个特定的对象 ,必须首先从 Solid2Works对象开始对其子孙进行遍历。SolidWorks 对

11、象是 SolidWorks API中的最高层对象 ,是程序调用其它对象的入口 ,可以直接和间接访问 SolidWorks API中的其它对象。为了便于用户进行二次开发 ,Solid2 Works提供了大量 API 对象 ,这些对象涵盖了全部SolidWorks的数据模型。通过调用 SolidWorks 中的API函数 ,可以完成零件的建模、修改以及零件特征信息的提取 ,可在用户开发的应用程序中实现与在SolidWorks交互环境中相同的功能。图1为 SolidWorks API的对象层次体系 ,可以看出 ,SolidWorks API的对象分为若干层 ,每一层又包括若干对象 ,每个对象都有相应

12、的属性、事件和方法。通过对象调用 ,可实现程序的基本操作和设置SolidWorks系统环境。其中 ,最常用的是 ModelDoc2对象 ,该对象属于模型层 ,是 SolidWorks 的子对象。利用ModelDoc2对象 ,可以实现视图设置、轮廓线修改、参数控制、对象选择、打开和保存文档、生成编辑特征参量、生成框架等与实体模型相关的各种操作。第三章 麻花钻的设计过程3.1 设计流程设计流程如图2所示。首先选择一种典型的麻花钻产品 ,按正确的设计关系(包括几何拓扑关系和约束关系)在 SolidWorks 环境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 ,分析并确定模型参数;然后在 VBA 编程环境

13、中开发程序界面 ,定义变量;再在程序中调用API对象 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动生成模型 ,从而实现麻花钻的参数化设计。设计过程如下。(1)分析模型 ,确定设计参数设计软件的主程序界面图3所示。为了分析麻花钻模型 ,确定需要驱动的参数。钻头直径 c 和螺旋角f 是最重要的参数 ,其次是钻杆长度 a、钻头刃带长度 b和刃背直径 h ,然后是顶角 g ,最后是刀柄长度 d 和刀柄厚度e。根据模型参数之间的函数关系 ,计算关键点的坐标值 ,并用参数表示。参数之间的几何关系为式中 , p为螺距;为出屑槽初始位置与 y 坐标轴的夹角;为螺旋槽旋转的圈数。(2)录制宏 ,在VBA环境

14、中编程宏是一系列命令的集合(相当于 DOS下的批处理文件) ,宏所包含的调用相当于使用用户界面执行操作时 ,对API的调用。借助于宏录制 ,可以获得程序头文件 ,方便、快捷地掌握程序语法及命令 ,然后在SolidWorks携带的 VBA 环境中 ,用程序头文件中定义的变量 ,替换宏程序参数。(3)导出文件由于VBA环境嵌入在 SolidWorks 中 ,程序不能独立运行 ,操作很麻烦。为便于操作 ,需要导出程序文件。具体操作步骤为:在VBA环境中打开工程资源管理器;右键单击窗体 ,选择导出文件 ,在默认文件夹路径下生成 3 . frm 格式文件;然后用 VB 打开该文件 ,修改程序头文件 ,把

15、程序转换到 VB 开发环境中;在工具栏中点击“文件”菜单 ,选择生成可执行文件。由于可执行文件移植性好 ,提高了程序安全性。3.2麻花钻设计的关键技术(1)钻尖建模麻花钻横刃较短 ,钻尖处尺寸值小 ,受屏幕分辨率限制 ,尺寸太小时程序无法进行精确绘图。解决方法: 放大模型比例。缺点是模型整体放大后 ,比例不易控制 ,会给计算带来麻烦 ,因此有一定局限性; 局部放大视区 ,对微小尺寸区域进行放大 ,等于提高了屏幕分辨率。程序表示为:(2)前、后刀面及刃带建模前刀面是切屑流过的表面 ,由两个出屑槽部分形成。在建模过程中 ,钻杆直径 c 和螺旋升角f 为变量 ,根据计算公式 ,决定了刃带长度 b 值

16、也是可变的。根据计算公式 ,由于是变化的 ,因此前刀面和后刀面在空间的相对位置也是变化的。因此在建模过程中 ,需要画出空间辅助直线 ,建立空间辅助平面 ,在空间辅助平面上绘制前、后刀面草图。解决方法:采用跟踪法 ,即选择螺旋切除的起始点 A ,通过计算得到旋转圈数,跟踪计算点 A 的空间位置 ,过原点 O 和起始点A 画一条空间 3D 线段OA ,得到垂直于 OA 的空间辅助平面。由于前、后刀面的空间位置是变化的 ,因此在空间辅助平面上绘制草图时 ,必须控制草图的矢量方向。空间分为四个区间 ,绘制草图直线时 ,将各线段端点坐标值乘以系数,经计算 ,随着在(0360 )范围内变化 ,由 + 1到

17、 - 1 交替变化。以此改变草图的矢量方向。程序表示为: 通过计算出屑槽的空间位置 ,绘制辅助 3D 直线和辅助平面 ,并通过判断语句 ,控制草图的方向, 拉伸切除出横刃以及前、后刀面。(3)出屑槽和刃背空间曲面建模随着钻头直径 c 的变化 ,出屑槽和刃背的草图必须随着直径 c 的变化而变化 ,否则会出现没有切除掉或者没有完全切除等现象。程序表示为:3.3代码整理及程序调试代码整理如下: 3.4结语本文简要论述了 SolidWorks参数化设计的思路与重点。麻花钻零件参数化设计调试结果证明 ,该方法简便高效 ,有利于刀具企业结合生产实际 ,建立符合自身需要的产品参数化元件库 ,对于提高设计效率

18、、缩短开发周期 ,提升产品市场竞争力具有重要的现实意义。图63 开发的命令按钮1）选择下拉菜单“视图”工具栏2）打开自定义对话框后，选择“命令”选项卡下的“用户自定义” 3) 在右边的”命令”列表中根据提示，将命令拖放到AutoCAD的绘图区或现有的工具栏，创建命令按钮。命令过程：1. 先绘制圆柱体，圆柱体半径为5mm,高度为140mm。在CAD中使用仰视，西南等轴侧视图，得到下面的图形：2 则将该图层打开，绘制螺纹，螺纹的圆心为（0,0），总转角为525度，上半圆半径=4.2mm，下半圆半径=4.2mm，螺纹高度为85mm,得到下面的图形：3 再要用到UCS坐标，选定原点，进行Z轴矢量4 画

19、圆，圆心与螺纹的起点重合，圆的半径为3.5mm,进行拉伸，如图：5. 进行体着色：6进行阵列：7. 进行差集8. 体着色视图第四章 麻花钻的参数化设计4.1 数学模型利用麻花钻直线刃圆锥面刃磨法的数学模型，介绍了在Solidworks环境下，根据标准直柄麻花钻的相关几何参数和制造参数，探讨和研究了利用此种刃磨法的数学模型，进行麻花钻三维实体建模的详细方法。在机械加工中，麻花钻是应用最为广泛的孔粗加工刀具，同时也是几何形状最为复杂的切削刀具之一。尽管人们已做了大量有价值的研究工作来加深对其几何形状、切削方式以及制造方法的了解，但对于钻头的几何参数及切削性能仍需作深人的研究。随着solidwork

20、s技术的迅速发展，应用先进的计算机技术对麻花钻进行三维实体建模，并在此基础上利用有限元仿真技术模拟其加工情况，避免了传统试验方法的缺陷，对于研究钻头刚度和钻削机理，提高孔加工效率和改进钻头结构设计有重要意义，建立麻花钻的三维实体模型是其重要的第一步。本文以直柄麻花钻为例，利用VB软件和麻花钻直线刃圆锥面刃磨法的数学模型，详细介绍其三维实体建模过程。由于麻花钻几何形状的复杂性，本文所建模型是种近似求解，更为合理的3D模型有待于进一步研究。4.2标准麻花钻的组成麻花钻有三部分组成：尾部、颈部和工作部分。(1)尾部一钻头上供装卡用的部分，并用来传递钻孔所需的动力(包力)；(2)颈部一位于工作部分与尾

21、部之间，是在磨钻尾时供砂轮退刀用；(3)工作部分一一又分切削部分和导向部分。切削部分担负主要的切削工作。导向部分是在钻孔时起引导钻头的作用，同时还是切削部分的后备部分。这种钻头之所以叫“麻花钻”，就因为它的外形象根“麻花”。在它的工作部分开有两条螺旋槽，槽的作用是容纳和排除切削，钻削时，切削沿着槽面不断流出，冷却润滑液则沿着槽面流入。它的导向部分外缘有棱边，是狭窄的圆柱面(近似的)，这样既减少了孔壁与钻头问的摩擦，还能起到引导钻头方向的作用。4.3标准麻花钻切削部分的组成前面一一即螺旋槽表面，是切屑沿着流出的表面。这表面在钻头热处理 抛光。主后面一一位于工作部分的端部，是与工件加工表面(孔底)

22、相对的表面磨方法决定，可以是螺旋面、锥面或平面；而用手工刃磨时，则一般是曲面。副后面一一即钻头的棱边(或刃带)，是与工件已加工表面(孔壁)相对的主切削刃一前面与主后面的交线，它担负主要切削任务。副切削刃一前面与副后面的交线。横刃一一两主后面的交线。外缘尖一一主切削刃和副切削刃的交接处称为外缘尖钻心尖一一横刃和钻轴的交点。 由此可见，麻花钻有六个刀面、五条刃、三个尖组成。4.4麻花钻的结构参数麻花钻的结构参数是指钻头在制造过程中控制的参数，它们是决定钻头几何形状的独立参数。麻花钻的结构参数分为尺寸参数和角度参数两种。普通麻花钻的钻心厚度通常如表11所列，或取2r。=O.2 d。钻削难加工材料的钻

23、头，可增大钻心厚度到2r。=(02504)扎硬质合金钻心厚度取2r。=(O25O27)表11麻花钻钻心厚度修磨两主刃后刀面时会自然形成横刃b。横刃的切削条件最差，对轴向力、钻削温度及钻削质量的影响较大，为改善钻削条件，使用时一般都要修短横刃长度，修短后的横刃长度用b。表示。 (1)原始锋角所谓锋角是两主刃在对称中心平面(通过钻轴且与两主刃平行)内投影的夹角。锋角分为原始锋角2m。和使用锋角2，原始锋角是钻沟槽形设计的重要原始数据。按原始锋角刃磨主后刀面，钻头的主切削刃的形状就和设计刃形一致(通常为直线)。普通麻花钻的原始锋角1180。(2)使用峰角2m根据加工对象可通过刃磨后刀面来改变钻头的锋

24、角，刃磨后的锋角不等于原始锋角时，即为使用锋角。若2m=2。，通常两主刃为直线；若2中2中。，两主刃相对于刀具实体呈凹形。(3)螺旋角B通常所说的螺旋角是指钻头外圆柱面与螺旋槽表面的交线上任意点的切线与钻轴的夹角，钻头螺旋角B的大小，由螺旋槽的导程P和钻头半径R。所决定。即：由于钻头任意半径各点螺旋槽的导程相等，因此，钻刃不同半径的螺旋角是不相等的。即 (4)横刃斜角在钻头端视图内，横刃与主切削刃的(或与两主切削刃平行对称且过钻轴中心的对称平面)的央角。横刃斜角是在刃磨两后刀面时自然形成的。当后角增大时，横刃斜角要减小，且横刃长度增加。因此，可根据横刃斜角的大小判断横刃的锋利程度，即刃磨时可以

25、用检验V角大小的方法来控制横刃后角口。的大小，近似地把横刃附近的后刀面看作是平面，横刃斜角与横刃后角的关系式为：4.5 麻花钻建模原理及三维实体模型创建方法标准直柄麻花钻由工作部分、柄部两部分组成，如图1所示。其中工作部分是麻花钻的主要部分，又分为切削部分和导向部分。导向部分由两个螺旋形刃瓣组成，形成两条螺旋槽，在切削时用作容屑和排屑，也是切削液的通道。为保证钻头具有必要的强度和刚性，用钻芯将两个刃瓣连为一体，钻芯直径一般为钻头直径的0125015倍，并且向柄部方向逐渐增大，每lOOmm长度上增大1418mm。切削部分是由导向部分的前端磨出一个钻尖和两个后刀面形成的，后刀面形状按刃磨方法不同可

26、分为螺旋面或圆锥面。 (2)前刀面螺旋线的绘制根据麻花钻螺旋线展开图(见图4)，其中p为螺旋角，标准麻花钻为300，lD为钻头螺旋沟导程。只要确定主切削刃上任意一点到其轴线上投影点的距离即可确定螺旋线的半径，再根据麻花钻工作部分的长度能确定所取对应点螺旋线的转数，为了方便建模，取转数为1。利用UG中的分割功能，把直线l和2分割成20等分(等分越细，以后绘制的螺旋槽截面精确度越高)，再使用Solidworks分析功能中的测量功能，分别测量出各个对应点之间的距离，绘制出如图5所示的螺旋线。 (4)直线刃圆锥面刃磨法后刀面的生成参考康纯德教授所建立的直线刃圆锥面刃磨几何参数示意图L2j，如图7所示，

27、从建模角度，沿着主切削刃方向延伸，知道圆锥角度口、磨削锥相对于钻头轴线z的倾斜角x以及参数G，即应用几何关系可以确定圆锥顶点01，从而结合主切削刃长度可以确定所需圆锥的轴线和母线。查询中国标准麻花钻所需刃磨工艺参数表得，9的钻头，圆锥角度臼为1256200，z为46090，e为6a,008mm。利用Solidworks中的曲线功能，绘制出相应的轴线和圆锥母线，经过旋转操作，即可生产磨削锥，同理可生成另一个磨削锥，如图8所示。利用Solidworks与前面的螺旋槽实体做减法运算，即可生产所需的后刀面，如图9所示。至此，麻花钻三维实体建模最为重要的步骤已介绍完毕。再根据麻花钻其它相应参数，即可生成

28、钻头刃带和柄部部分，篇幅所限在此不再详细介绍，最终4咖标准直柄麻花钻三维实体图如图10所示。(3)螺旋槽截面的绘制及螺旋槽实体生成根据工作部分的长度，绘制一基准平面，与各条螺旋线垂直，找到交点，利用功能中的样条线和圆弧功嬖，即要绘制出p螺旋截面，然后利用 图10标准直柄麻花钻3D模型扫描功能生成螺旋槽实体。由此可见，麻花钻的三维实体创建中最主要的步骤为直线刃(即主切削刃)的绘制、前刀面螺旋线的绘制、螺旋槽截面形状及实体创建、后刀面生成(本文采用直线刃圆锥面刃磨法)。(1)直线刃(即主切削刃)的绘制在机械产品中 ,系列化定型产品占有相当大的比例。同系列的定型产品大多具有相同或相似的外形轮廓特征。

29、在采用传统的建模方法进行产品设计时 ,不可避免地要对模型的几何尺寸及结构形状进行反复修改、调整和优化 ,设计效率较低。为了提高设计效率 ,对于系列化定型产品 ,可以采用参数化设计方法。参数化设计是利用一组参数来约束产品模型的几何尺寸 ,以方便地实现产品模型的可变性、可重用性和快速设计 ,它能够缩短设计开发周期 ,提高设计效率 ,把设计人员从繁琐的建模工作中解放出来 ,将更多精力投入模型分析、改进等创新性工作中 ,为后续的有限元分析及制订加工工艺做好准备工作。在钻削加工中使用最为普遍的麻花钻也属于系列化定型产品 ,同类型的麻花钻具有基本相似的结构特征 ,只是在尺寸参数等方面有所不同。本文基05

30、工 具 技 术于 solidworks设计软件 ,调用VB进行二次开发 ,实现了麻花钻前刀面、后刀面、出屑槽以及切削刃带等复杂空间曲面的参数化建模设计。4.6麻花钻的参数化过程参数化设计流程如图2所示。首先选择一种典型的麻花钻产品 ,按正确的设计关系(包括几何拓扑关系和约束关系)在 solidworks 环境中绘制标准的三维模型 ,并根据建模的需要 ,分析并确定模型参数;然后在VB 编程环境中开发程序界面 ,定义变量;再在程序中调用对象 ,用变量代替标准模型中对应的参数 ,通过尺寸驱动生成模型 ,从而实现麻花钻的参数化设计。设计过程如下 (1)分析模型 ,确定设计参数设计软件的主程序界面图3所

31、示。为了分析麻花钻模型 ,确定需要驱动的参数。钻头直径 c 和螺旋角f 是最重要的参数 ,其次是钻杆长度 a、钻头刃带长度 b和刃背直径 h ,然后是顶角 g ,最后是刀柄长度 d 和刀柄厚度e。根据模型参数之间的函数关系 ,计算关键点的坐标值 ,并用参数表示。参数之间的几何关系为式中 , p为螺距;为出屑槽初始位置与 y 坐标轴的夹角;为螺旋槽旋转的圈数。图3主程序界面(2)录制宏 ,在VB环境中编程宏是一系列命令的集合(相当于 DOS下的批处理文件) ,宏所包含的调用相当于使用用户界面执行操作时 ,对API的调用。借助于宏录制 ,可以获得程序头文件 ,方便、快捷地掌握程序语法及命令 ,然后在VB 环境中 ,用程序载入文件中。 (3)导出文件由于VB 中 ,程序不能独立运行 ,操作很麻烦。为便于操作 ,需要导出程序文件。具体操作步骤为:在VB环境中打开工程资源管理器;右键单击窗体 ,选择导出文件 ,在默认文件夹路径下生成3麻花钻参数化设计的关键技术(1)钻尖建模麻花钻横刃较短 ,钻尖处尺寸值小 ,受屏幕分辨率限制 ,尺寸太小时程序无法进行精确绘图。解决方法: 放大模型比例。缺点是模型整体放大后 ,比例不易