磨削砂轮参数化设计的软件实现及加工仿真

摘 要成形磨削是现代加工生产过程中的一种先进的加工方法，而磨削砂轮的精度直接影响被加工零件的加工精度。本文依据砂轮母线的类型根据加工要求进行参数化设计，并基于参数化设计开发了成型砂轮参数化设计软件。根据实际需求该软件分为自动加工模块与手动加工模块，同时可自动生成可被常规数控系统所识别的NC代码，用于在数控软件中模拟刀具运动情况。

【关键词】砂轮参数化设计 编程 仿真

1 系统软件流程

砂轮分为四大类：直线型母线砂轮、曲线型母线砂轮、样条曲线型母线砂轮和国标专用砂轮。在软件中需要实现这四大类砂轮的参数化加工过程，如图1所示。

软件包括参数化加工程序、手动调整程序以及数据库加工程序。在参数化加工程序中，可以对上述四大类砂轮的参数化设计与加工。每种加工的参数设置完毕后点击“开始加工”按钮，修形机自动根据所设置的参数进行加工。在手动调整模块中，可以手动对电机和主轴进行单独进给，主要是用于对砂轮修形机的调整或对测量系统进行标定。在数据库加工模块中，通过链接数据库，对常用砂轮的参数可以直接调入，通过设定加工参数直接完成砂轮的加工。

2 软件编制

主界面可以实现人机交互，也是程序的入口。在VC++6.0中，利用其自带的向导（Appwizard）功能自动生成砂轮修形的单文档（SDI）应用程序框架，它包括四个类：应用程序类（cwinApp）主要负责数控修形系统的启动和初始化；主框架类（CFramewnd）主要负责管理主框架窗口；文档类（CDocument）主要负责保存应用程序的数据；视图类（CView）主要负责用户数据的输入和数据的输出显示。

在创建好菜单界面后，根据面对对象的程序设计方法，通过设计出所需的MFC扩展来实现软件的功能。

创建完各类后，利用消息响应来实现每个模态对话框的调用，在执行一个对话框时无法对其他对话框进行编辑避免了操作的混乱。另外在主程序View类的CPP文件中添加相应的头文件，#include“类名.h，，完成对基于零件特征加工对话框的调用。

在软件界面中，将每种类型的砂轮分为两步：

首先第一步中包括砂轮参数设计程序、图形示意程序以及NC代码生成部分。在砂轮参数化设计程序中，用户可依据需要加工砂轮的参数及特点，输入不同的参数用。在图形示意模块以静态位图作示意，反映设计砂轮的形状特征。NC代码生成模块由只读的静态编辑框和按钮组成。在设计中NC代码自动生成的实现是通过在固定的NC程序中添加坐标变量来实现的。

第二步中包括砂轮的NC代码编辑模块、刀具路径模拟模块、加工进度模块。其中NC代码编辑模块利用中间变量将第一步中NC代码继承到编辑框中，并且改变编辑框的属性。刀具路径模拟模块继承了第一步中的参数输入，使用户可以通过数据和刀具路径的模拟来确认NC程序的正确性。

3 操作流程

本文通过展示直线母线型砂轮修形加工过程来介绍软件操作流程。

（1）打开本文参数化设计加工软件，显示主界面。

（2）在主界面的“参数化加工”菜单中，选择下拉菜单中的“直线母线型砂轮”，点击进入，并在界面中输入所需的加工参数。

（3）点击界面中的“生成代码”按钮，生成对应的NC代码。如图2所示。

（4）点击“下一步”按钮，进入参数加工的第二步，此时NC代码、砂轮参数都通过函数继承到第二步中，NC代码可以进行更改，但砂轮参数为只读只具有與道具路径对照的作用。如图3所示。

（5）点击“刀具路径仿真”按钮，系统自动生成刀具路径轨迹，生成轨迹后可以与NC代码和砂轮参数进行对照。确认NC代码正确后点击“开始加工”按钮进行加工。若刀具轨迹不正确，可以在左边的编辑框中对NC代码进行修改，或者点击“上一步”按钮，返回第一步从新设计砂轮参数。

4 数控加工仿真

4.1 刀具路径模拟

在每一类的第二步对话框中，都有刀具路径模拟模块。每一类的模块上都有路径显示和参数显示功能，用于对比验证参数的正确性。为了防止参数的重复设置，参数编辑框是被锁定的。点击“刀具路径仿真”按钮，左边的图形框中会自动生成刀具路径。如图4所示。

上述程序通过运用MoveTo（）函数将绘图点移动到刀具的起始点，然后通过LineTo（）函数将刀具起点和终点连接起来。坐标值从软件第一步中的“砂轮参数设计”模块中读取。只要对“砂轮参数设计”模块中的参数进行修改就可以绘制出相应的刀具轨迹。

4.2 刀具路径实体仿真

在系统自动生成NC代码后，为了更直观的验证其正确性，将NC代码导出放入数控仿真程序中进行模拟。图5所示为砂轮修形软件模拟的数控三维仿真图。

5 软件与砂轮修形机的通信及实体加工

在完成上述工作后，将砂轮修形软件与砂轮修形机进行了通信，在砂轮修形机上运行修形软件，如图6所示。

实体加工在数控车床上进行，由于砂轮修形机的金刚石刀具是特殊定做，可以加工曲率半径较小的圆弧，而车刀加工曲率半径较小的砂轮时可能会出现撞刀的情况。这里只进行了直线母线型砂轮的加工，如图7所示。

6 小结

本文以VC++为媒介，编制了适合现代成型磨削加工的磨削砂轮的参数化加工程序，通过人机交互界面选择需要加工的砂轮类型，通过智能程序自动生成数控加工的NC代码，可用于验证或加工砂轮，使数控加工更加便捷，减轻了工人的加工编程工作，可普遍应用于砂轮加工中。

参考文献

[1]陈天华.面向对象程序设计与Visual C++ 6.0教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]伊立民.Visual C++6应用编程150例[M].北京：电子工业出版社，2006.

[3]卢红，王三武，黄继雄.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]王隆太.机械CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

作者单位

李妍姝（1987-），女，山西省人。工学硕士研究生。现为山西大同大学机电工程学院助教。研究方向为机械设计及理论。

作者单位

山西大同大学机电工程学院 山西省大同市 037000