小模数齿轮滚刀CAD系统

HEATS

1 引言

9 B7 v3 K! w! B* U5 V" N) l

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。

/ y! ?6 M. V% ?. }" {, ^

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。

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： . L- X5 Z4 ~& s0 _/ A

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。
o- D! \5 H, W9 {
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

- o) |( [7 O3 @: T0 h

' _ a i. a/ y% i- S% w0 I4 i3 h
1. 滚刀外径参数优化 ' U3 }' X T* p, ~, x9 |1 a
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 " {( [. P0 q* h7 c8 I/ ?3 T0 C

   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
   b_f——被切齿轮分度圆上的螺旋角
   6 w X0 }: D c4 ] g( B& G" Y0 u6 K& E0 P$ J; Y

   7 R: s0 t1 T' f, F/ t 图1 滚刀外径对齿轮齿面波度的影响（afn= 20°，bf= 15°）

   9 `; [2 s" [, c1 f. O. p( V
   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。
   外径初始化程序如下：
   3 F H+ U$ m% w4 u* A3 R' @
   void InitGunDao { ……
   " i @4 ]+ B$ C
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   9 F! s% g3 T& J- w( [% u1 Z
   else （if m fmodule > 0.15 && m fmodule <= 0.4）m_uouterdia = 32；
   1 o, t: I% S& `1 Z6 [
   else （if m fmodule > 0.4 && m fmodule <= 0.6）m_uouterdia= 40；
   else （if m fmodule > 0.6 && m fmodule <= 0.8）m_uouterdia= 50；
   ; H4 d1 D0 X7 W; c- O" I1 N$ Z
   else（m fmodule > 0.8 && m fmodule <= 1.0）m_uouterdia= 63；
   2 n" R! u D3 s: E8 ^, G
   ……}
   r+ Y" v: d, L4 o9 \0 W2 ]0 V$ v6 z' w1 _3 R% D$ z l- R

   图2 铲磨校核流程

/ A$ s2 ^# r* V x0 k% s, T8 |- H
2. 铲磨可能性校核
   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：
   % e5 l2 B4 a3 I! R
   void Check { ……
   * K& \ O" ], o/ K. L$ M. Z2 q0 R
   BOOL flag = TRUE；
   - _. Y; z: Y. J" [# v- V
   while（flag） { flag = FALSE；
   8 i. J4 r" y0 ]! R) X; _: ^
   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
   9 S; b8 e0 @$ v
   （if dist1 <= dist2）{
   . {# ~, A, ~! P/ R. z
   5 @& s& h I7 q/ I# ~% z; B
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   flag = TRUE；}} ……}

图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

4 小模数齿轮滚刀CAD程序结构分析

! b- U. ?5 I- a4 k

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。

: U+ i* P7 j, q3 h: x( Y

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：

3 H' H, x& }4 k: v2 W4 ]

class Cutter{

 

/ l! u& a5 m. _5 e8 Q

- X0 e- C. X/ [( w5 [! Z6 J

string Cutter_ID； / / 刀具编号

5 `9 U. {# J, I' }: G

string CutterName； / / 刀具名称

! U" b' ]) x1 \! s

string Material； / / 刀具材质

string Product_ID； / / 对应产品编号

5 ?* C( [8 |& ~- a5 q* a9 s

4 Q* ?( Y( g/ D* X+ d7 h$ i

string Designer； / / 设计者

7 ~ W8 ^/ _! t9 F' `, E

string DesignDate / / 设计日期

……

1 o% J) k6 k5 K* b

}；

( }# U1 m+ x2 F1 k

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：

- h( g$ Q9 F1 q; O' U8 \4 S% X

class GunDao ：public Cutter{

 

float GD_Module； / / 滚刀模数

8 c. d" B. C, ?6 X( O

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

4 ^2 v+ F( g7 J

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

# W/ F# d+ g. n3 ]) d

9 Y6 w5 T$ o( d4 h$ P5 U

……

public：

+ C% m1 j+ b6 r3 @" G

9 q. k9 Z. Y+ j. K4 g

void OnCalculation（）；

1 S& S3 z* A4 y$ ^

void OnDraw（）；

4 Q8 b- p0 b {$ N( q4 u

}；

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：

struct MACHINE{

8 q. v# B0 |: s. K( y

string machine_ID； / / 机床型号

string machine_name； / / 机床名称

- J7 l$ W7 R& q) I+ ~

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

+ d4 N7 i1 }6 g" e0 `1 n

……

}

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： $ N( m& {1 p! {- @1 W( e

1. 定义对象。
! L a; L5 R) U. s' @, J: X7 V
2. 定义计算函数：
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   [UpdateData（TRUE）；
   . L K4 [% G+ b
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   , d6 h$ T. X- D* N5 J J8 g0 ~
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   ! Y* Q3 p- h3 J$ }- f/ o7 D7 p$ i
   " u$ G: l( `8 M' C7 T
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   : |# u; B g1 z( S
   ……
   & r7 [% d/ k& q8 q! _
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   1 X2 k: H- Q7 v
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   % X: Y- a! T% {+ F# ?
   1 G7 E6 F& y9 J- _4 _
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   3 z( c+ S8 }! s" j0 Y/ @/ V( q
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   }
$ f0 O1 _$ ]* ~6 B' A- [
3. 消息链接。
2 D8 Z! S. k0 c; O) x
4. 在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。

5 结语

w& r* ?1 ^5 ^

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。　　

! [+ z: u6 B' d& t" U# [" r7 @; G5 e