摘 要

本文在分析了非圆截面轴类零件的数控加工方法后，提出非圆截面轴类零件的仿真软件总体设计方案。开发出能够显示非圆截面轴类零件三维模型及数控加工刀具轨迹的仿真软件。利用数控车床进行了验证性实验。具体设计内容如下：

（1）以椭圆轴为例，分析非圆截面轴类零件数控加工方法。对非圆截面轴类仿真软件进行需求分析，提出软件总体设计方案，划分各个功能模块。

（2）利用MATLAB软件仿真平台的GUI功能，设计仿真加工软件,包括主界面设计，交互界面设计等内容。利用仿真软件完成了非圆截面轴三维模型显示和数控加工刀具轨迹显示等内容。

（3）进行非圆截面轴参数化设计，根据建立的三维模型和刀具轨迹，生成相应的NC加工程序。在完成软件设计及系统调试以后，利用实验室数控车床进行了加工实验，仿真结果与加工结果基本符合，从而验证了软件仿真结果的正确性。

利用本文开发的软件可以很好的实现弯曲轴及椭圆轴的加工仿真。对于指导实际加工的，减少废品率等方面具有重要意义。

关键词：非圆截面；数控仿真；软件开发；参数化设计

Abstract

This paper analysis the non-circular cross-section shaft parts Machining Method, proposed non-circular cross-section shaft parts of the overall design simulation software. Developing the simulation software which can display the 3D model of the non-circular cross-section and the tool path of NC machining. We did confirmatory tests by lathe. The detailed design follows ：

（1）The numerical control machining method for non-circular cross-section shaft parts is analyzed by taking the elliptic shaft as an example. The demand of the non-circular cross-section shaft simulation software has been analyzed .We have put forward the overall design of software. Finally, we divide the function modules of the software.

（2）We have used GUI functions of MATLAB software simulation platform. Designing a Simulation Processing Software. Including the main interface design, interface design, etc. we have used Simulation Software to achieve Non-circular cross-sectional axis three-dimensional model display and CNC machining tool path display.

(3)We have accomplished the design of Non-circular cross-sectional axis Parametric. According to the established model and tool path，Simulation Software Generates the corresponding NC machining program. After the completion of the software design and system debugging, we have carried out the experiment.by CNC lathe. The simulation results are basically in accordance with the processing results.The correctness of the software simulation results is verified.

Using the software developed in this paper can be very good to achieve the bending axis and elliptical axis of the processing simulation. It has important significance for guiding of the actual processing, reduce scrap rate etc.

Key Words：non-circular cross-section；CNC machining；software development；parametric design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 非圆截面轴类仿真加工的国内外研究现状 1

1.2 目的及意义 2

1.2.1 设计目的 2

1.2.2 设计意义 2

1.3 研究内容 3

1.4 全文组织结构 3

第2章 非圆截面轴类零件数控加工方案总体设计 4

2.1 非圆截面轴加工流程分析 4

2.2 非圆截面轴的仿真模型分析 4

2.2.1 椭圆轴数学描述 5

2.2.2 椭圆轴加工原理 6

2.3 软件体系结构设计基本方法 6

2.4 非圆截面轴类零件仿真软件的需求分析 7

2.4.1 仿真软件需求分析的一般过程 7

2.4.2 仿真软件设计原则及具备的功能 8

2.5 仿真软件的功能模块总体设计 9

2.6 本章小结 9

第3章 非圆截面轴类仿真软件开发 10

3.1 软件开发平台介绍 10

3.1.1 MATLAB工作特点及优势 10

3.1.2 主要用到的MATLAB函数 11

3.2 非圆截面轴类加工仿真软件界面设计 11

3.2.1 主界面设计 13

3.2.2 参数输入区域设计 16

3.3.3 扩展菜单设计 18

3.3 本章小结 22

第4章 非圆截面轴类零件的参数化设计及实验验证 23

4.1 非圆截面轴类零件参数化设计 23

4.1.1 参数化设计基本概念 23

4.1.2 仿真软件参数化设计方法 23

4.1.3 仿真软件参数化设计流程 24

4.2 非圆截面轴类零件数控加工 25

4.2.1 数控加工概述 25

4.2.2 实验设备与实验程序介绍 26

4.2.3 参数化设计加工实例 27

4.3本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1非圆截面轴类仿真加工的国内外研究现状

非圆截面轴类是一种比较特殊的轴类，为了满足特定工作条件的需要，其截面往往设计成非圆状。非圆截面轴类在航空航天、汽车、造船、印刷等制造领域中应用广泛，例如活塞、凸轮轴、航空曲轴以及印刷机械中的轧辊等^[1]。非圆截面轴类具有满足特定使用要求、使用寿命长等优点，同时又具有加工比较困难、互换性差、不易更换等缺点。传统的非圆截面轴主要通过机械合成法以及靠模仿型法等方法获得。近年来随着计算机辅助设计以及计算机辅助制造等技术的发展，特别是数控技术的应用，非圆截面轴的加工方法也随之改变，以软靠模为主的数控加工方法受到研究者青睐^[2]。

非圆截面轴类零件仿真加工技术随着CAD/CAM技术的应用而不断发展。1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控铣床，标志着CAD/CAM技术最早应用。之后经过六十多年的发展,涌现了许多商品化的CAD/CAM软件，例如:UG、Pro/E、Mastercam、Sliodworks等。并且出现了用于图形数控编程和生成刀具轨迹的工具,可以完成二维图形、三维图形显示及零件加工过程的仿真功能。