小模数齿轮滚刀CAD系统

HEATS

1 引言

由于小模数-齿轮滚刀的模数小（m≤1mm）、滚刀尺寸相对较小且精度要求高，因而其设计有别于普通齿轮滚刀的设计，其结构具有以下特点：①小模数剃前齿轮滚刀由于凸角很小难以加工，因此需采用小压力角，以非均匀留剃形式减少磨损；②滚刀采用整体式结构，而不是镶齿或装配式结构；③无需键槽；④容屑槽采用直槽型式。

H6 S) F3 Z+ {/ A

采用传统方法设计小模数齿轮滚刀时计算量和绘图量大，其中还有许多繁琐的重复性工作。而将以ObjectARX的应用工具为载体、用VC++编写对话框以及使用数据库管理技术开发的 AutoCAD 系统用于小模数齿轮滚刀的设计，可大大简化小模数齿轮滚刀的设计计算，并可自动校核铲背曲线。 : e, {% m/ R y; X

2 参数化设计的特点

AutoCAD 是一种开放体系结构的应用程序，用户可以利用它进行定制和编程，是参数化设计常用的开发平台，其主要的开发系统有AutoLISP、ADS及 ObjectARX等。AutoLISP是CAD早期版本的编程语言，是一种解释性编程语言，不必编译，通俗易懂，但缺点是运行速度慢；由C 语言和提供给开发者用来创建应用程序的C程序库组成的ADS（AutoCAD Development System）随着AutoCAD R11被我们所认知，现已以ADSRX 的形式被集成到ARX中。ObjectARX应用程序是一个动态链接库（DLL），其运行速度快，能共享AutoCAD的地址空间并可直接调用 AutoCAD的函数，同时能提供一个面向对象的C++应用程序设计接口，是AutoCAD推出的新一代二次开发工具。因此，本系统程序采用ARX应用程序进行参数化设计，其程序结构具有以下特点：

1. 利用ARX 开发-工具，可方便地使用MFC 开发ObjectARX 应用程序；提供了AutoCAD内部实体和其他对象的数据结构，使应用程序和AutoCAD完全结合在一起。
1 y2 ~2 ?& p7 ?+ j
2. ObjectARX环境提供了一组类，使开发者能够创建基于MFC的用户界面，其外观和内建与AutoCAD的用户界面完全相同，因此具有良好的人机对话功能。

3 滚刀外径参数优化及铲磨可能性校核

1. 滚刀外径参数优化 . p6 ^; R G" t) p! ~
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 # f. `6 |3 r' T; y- S, b; ]- f" A! h! b. M/ b+ S/ h6 o; B! V& e8 U

   Ded=S02 sinafn/（4?cos2bf）

   （1）

   式中：?——被切齿轮齿面波度（?m）
   S₀——工件每转一转时滚刀沿工件轴向的进给量（mm/n）
   a_fn——滚刀分度圆法向齿形角
   . O7 w6 ]) K' m# b+ _, r
   b_f——被切齿轮分度圆上的螺旋角
   4 p# ^% O$ a( s9 c# I. t8 {5 e4 s- e) q; F5 @9 n6 x5 H P

   图1 滚刀外径对齿轮齿面波度的影响（afn= 20°，bf= 15°）

   由式（1）可得被切齿轮齿面波度与滚刀外径的关系曲线（见图1）。
   由图1可知，随着滚刀外径的增大，被切齿轮沿齿向表面的波度将逐渐减小。故对精度要求高的齿轮，应选外径较大的滚刀。但外径的增大应有度，不宜过大：一方面，在加工小模数齿轮时，轴向进给量一般不大于0.5mm/r，过分增大滚刀外径对减少齿面波度无显著效果；另一方面，当滚刀外径大于50mm时，外径对波度的影响已经很小。因而外径取值宜控制在25～63mmm 之间。
   + o2 U; k$ b5 I% e T( t" l) B
   外径初始化程序如下：
   void InitGunDao { ……
   9 {' [. u$ g- p% ]" A, N
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   else （if m fmodule > 0.15 && m fmodule <= 0.4）m_uouterdia = 32；
   else （if m fmodule > 0.4 && m fmodule <= 0.6）m_uouterdia= 40；
   4 k9 K" w& e) d" F$ H
   else （if m fmodule > 0.6 && m fmodule <= 0.8）m_uouterdia= 50；
   else（m fmodule > 0.8 && m fmodule <= 1.0）m_uouterdia= 63；
   ……}
   8 w- k9 a, a4 A% j3 @5 z1 {0 q' N* c7 h! ?9 k' \

   $ d* n4 k! j$ a: q+ L 图2 铲磨校核流程

2. 铲磨可能性校核 1 r. W n2 i& P2 Y) i; q
   用传统方法设计滚刀时，通常采用人工作图法对于滚刀铲磨可能性进行判别，其准确性无法保证，常导致铲磨滚刀轮齿齿背时，砂轮和下一个齿发生干涉。因此在小模数齿轮滚刀CAD 系统中需要编制自动校核铲磨可能性的程序，其流程如图2 所示。使用时，通过对话框交互修改参数，完成铲磨校核，具体程序如下：
   _4 D: \: g# o! b
   void Check { ……
   BOOL flag = TRUE；
   while（flag） { flag = FALSE；
   + D/ g) S$ b; U0 X. J6 V
   for（len = 4/7*len1；len<= 6/7*len1；len + = 1/14*len1） / / 确定铲背曲线与砂轮的交点
   {
   …… . / / 作图以准备校核
   （if dist1>dist2）break；} / / 有干涉吗？若无干涉，跳出循环
   （if dist1 <= dist2）{
   7 U. t4 ^6 Z( y9 l6 Q7 Q: r
   ' x& m1 D. x3 ^1 q2 v
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   8 \/ c8 V- ^! ^9 G4 u7 [
   flag = TRUE；}} ……}

$ m: t0 |/ A. E' d: u7 f7 k3 p% q. F" N$ P; T7 o+ p. \; T; ~3 {, \' o: O( }4 K) l5 ^# Q+ }

( _' \# W" }0 J( T3 O& c6 D 图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

" y7 |" ?: d1 ~# P, j9 ~( h

4 小模数齿轮滚刀CAD程序结构分析

7 R3 j: i% `2 k; v) h# O

滚刀CAD系统由刀具图纸标题栏参数输入、刀具选择、被切齿轮参数输入、刀具参数输入等模块组成。通过面向对象的分析方法对滚刀CAD系统进行分析，建立如图3 所示的信息模型。在此基础上，再采用面向对象的程序设计语言对对象和对象间的关系进行分析。

为便于拓展齿轮刀具设计的通用性，通过归纳，将齿轮刀具的共性作为基类。此基类依附于各具体齿轮刀具，不必有具体实体，故可设为抽象类。其部分属性如下所示：

8 L; A" Q, A9 y1 u

class Cutter{

 

$ Y' W7 D7 v1 b0 }4 ]- o* B+ U) J- k- s# U

string Cutter_ID； / / 刀具编号

0 w! U$ Z1 d+ d7 @/ U! Z [

string CutterName； / / 刀具名称

' [- _, @& P$ v5 m6 [) ]1 h4 I

string Material； / / 刀具材质

9 B0 K0 \( z( N$ X H I' T: ^

string Product_ID； / / 对应产品编号

8 \" G. f7 _2 a) H/ }

# t9 j0 I3 E8 L4 E2 _. I

string Designer； / / 设计者

, \3 @: w( g ^2 ?' C

string DesignDate / / 设计日期

$ i3 l# S5 A% T. _7 t

……

}；

0 @4 D3 N9 X9 J& }; [

滚刀类为刀具类的派生类，自动继承了刀具的一切属性，同时又具有模数、齿数、头数、前角、后角等独有属性，其部分属性如下：

6 W. Y- G( E8 n1 { }

class GunDao ：public Cutter{

# J" i3 ^- g: p+ f

 

* v5 ?( ~7 p6 L- m

float GD_Module； / / 滚刀模数

' g( ^4 Y! R! ?

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

! Q0 a3 i: A) y& o! i3 ?

……

% [6 @/ V1 W- U [7 Y& L0 G/ P6 `

public：

" ^0 _9 M+ y! K V$ Y9 r8 t, e

8 Q% W2 P7 x7 g; ]) D x3 q1 U

void OnCalculation（）；

! V5 u' e, @& O/ P; d* H

5 A$ P2 D. {; d0 L, a

void OnDraw（）；

4 Q) n; E" R" @2 W2 Y& W

}；

5 U# l4 j) \/ }/ N! p

加工机床和工具含有若干具有内在联系的数据项，将其归纳为一种结构体，说明滚刀加工的一些基本属性，以便在滚刀类中定义：

. I5 z9 g0 l8 V

struct MACHINE{

string machine_ID； / / 机床型号

% k; F9 Z: P/ g. n4 @

string machine_name； / / 机床名称

* u, F: e: u% q- A' H( S) ]0 _' n

; r* N+ E' G3 X- Y

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

……

6 W: m6 x# m* S4 z

}

通过建立以上类的对象及定义结构体，便可着手按如下步骤编制软件： : Q. ~: h$ l: l

1. 定义对象。
6 i9 Z6 n, W# u s+ R) y' s" U! c2 k
2. 定义计算函数：
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   8 [. g/ N7 c; x2 {6 r4 A/ F, I
   [UpdateData（TRUE）；
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   / `$ q1 c* b8 p+ r% o
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   f/ c @0 B2 v# {2 [7 e5 j2 Q8 P- ]
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   : A z! \' |4 o0 H+ f. x
   ……
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   % }2 |. W6 Q$ |1 R- x) j
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   % Y, N" R$ Z0 T, N
   5 X F: U6 {% w |6 Q+ F
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   2 x4 R1 p6 f, D; P5 E& z
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   o6 I, k( s2 v1 O8 y- b+ {+ Y+ m
   }
3. 消息链接。
: W* \' o1 f# a, D3 I8 ~: K% l+ o
4. 在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。

9 v2 a& X& L( Z E1 M' B0 m

5 结语

小模数齿轮滚刀AutoCAD系统采用全参数化设计，实现了参数优化及齿背曲线自动校核，可显著提高设计的科学性和可靠性；同时对表面粗糙度、形位公差等可直接进行插入标注，大大减少了工作量，提高了设计效率。　　

" A$ V0 y8 z; i& L) }8 p! b