小模数齿轮滚刀CAD系统

HEATS

1 引言

) z$ o( [2 d" Y/ Y* M- q' l( Y

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。

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：

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。
: @; R6 G5 o6 _( B1 O1 b! d
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。

2 P+ C( z' P' h7 d

3 滚刀外径参数优化及铲磨可能性校核

; ]* ^ Y' Q2 f( F- n' [
1. 滚刀外径参数优化 " g; v8 e9 f8 X
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 ) s0 Y: p, u" R8 y# |

   Ded=S02 sinafn/（4?cos2bf）

   （1）

   式中：?——被切齿轮齿面波度（?m）
   7 O* L) d8 p+ ^. _* x, H3 c
   S₀——工件每转一转时滚刀沿工件轴向的进给量（mm/n）
   ' q$ H1 {. O2 a5 H0 z
   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
   s- N( q) N+ v* [! L Z3 V7 Q6 x3 Y- @% n/ K7 p. u0 n8 z9 Z! ~4 x ?3 Y+ _% h2 N( k2 ~

   ) k5 W% X6 g+ {5 x0 X" X 图1 滚刀外径对齿轮齿面波度的影响（afn= 20°，bf= 15°）

   # h! w, k2 z# Q9 x; B5 Z# u
   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。
   2 [& E& {0 E6 g4 H2 S9 `
   外径初始化程序如下：
   void InitGunDao { ……
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   else （if m fmodule > 0.15 && m fmodule <= 0.4）m_uouterdia = 32；
   . N" S2 v* Z2 F; N: R4 `
   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；
   else（m fmodule > 0.8 && m fmodule <= 1.0）m_uouterdia= 63；
   7 N( u8 d0 {- F* T" z8 B7 f9 d
   ……}
   1 v n9 O% ^$ Q' o+ m1 k$ _- s% x4 N6 e; Y8 Y/ k( g$ L2 j ~8 D l/ } D

   图2 铲磨校核流程

2. 铲磨可能性校核 0 |7 X1 r% S( M1 f
   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：
   7 k) |/ s5 ^3 a3 U" m# `- I
   void Check { ……
   BOOL flag = TRUE；
   while（flag） { flag = FALSE；
   0 m' O S+ S, S$ ^: O% L
   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
   {
   : E8 e8 j5 O, ]4 ]6 B
   …… . / / 作图以准备校核
   （if dist1>dist2）break；} / / 有干涉吗？若无干涉，跳出循环
   . D J5 a" w! R! H& P6 N
   （if dist1 <= dist2）{
   ; \0 z: h) `: b/ |
   # \4 J8 B( K, z( @4 G: Z9 o
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   * J$ m& f" ^( j7 j/ m- K6 @' `8 I
   flag = TRUE；}} ……}

* R6 N/ `: R* G! S) K8 l5 j3 n" k4 t2 Q* e( e! y5 y" p i6 D! ~. \& N5 i, K# @

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

- I% ~- j% ~/ s9 U; D0 B

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。

1 _/ p# a, f) S' k

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：

2 m1 h0 r) e0 M/ r) r6 a0 T& `0 _$ J

class Cutter{

 

string Cutter_ID； / / 刀具编号

1 H9 P; L6 B0 j/ I

string CutterName； / / 刀具名称

# \! S$ Z. W* U, y; N5 g! n* |; v

4 t0 C# v1 {! {# J8 U

string Material； / / 刀具材质

7 W' M1 Y+ d1 Y0 d5 t! A

string Product_ID； / / 对应产品编号

) ^; s% ?( V. H2 u( V& S

string Designer； / / 设计者

string DesignDate / / 设计日期

" [! [6 x9 q( @ 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：

class GunDao ：public Cutter{

 

+ X8 E6 T9 B$ w* x1 n8 ?/ j, j6 Y9 g& V

float GD_Module； / / 滚刀模数

2 u+ `, ?5 u; C+ W* ]0 y

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

" s3 l/ E7 u9 _1 R) S

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

1 v' E/ ]8 r. V. \

……

3 x1 D6 y9 X7 N' G

public：

) x- [+ r( t- m+ Y+ Y! e

void OnCalculation（）；

void OnDraw（）；

}；

+ ^3 ^/ m* P S) G/ C! A. j& M

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{

) Z- x. Q9 P/ Q1 q; }5 X+ c

# c' P# P$ H' L; R5 N3 M; l+ H' f( F) h6 y

string machine_ID； / / 机床型号

: x- ?6 g8 a, N" e3 p' w' \

string machine_name； / / 机床名称

2 ^! o: W# c. u7 p2 E

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

……

}

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：

0 b9 s, f7 t) D+ t6 L! Z0 n
1. 定义对象。
5 a( W' X; x& ?
2. 定义计算函数： . Y5 I3 J j" x. s
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   ) A+ o7 N: i! D$ O
   [UpdateData（TRUE）；
   9 Z1 }) }9 u0 X% L
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   ' W2 X5 c9 l: w. A1 {6 ~
   ……
   - x6 Y8 s j8 V' L
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   : o8 R! I4 h. f, ]# f# X& D
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   W& w- @( G3 t h' p
   6 @! D' s2 }$ b0 K; h; l
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   . ]* M+ }# S$ o: v; D/ L$ `
   ) ^6 p! l1 D$ o7 n* G2 b
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   h2 E2 I" h8 _
   }
3. 消息链接。
4. 在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。

5 结语

) {" @6 J# Z8 M7 g# Z

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。