滚刀设计制造专家系统的开发与应用

魔神

    

　　计算机技术在机械工业中的广泛应用引发了传统机械设计制造方式的巨大变革.在齿轮制造领域，一些滚刀设计制造新方法的出现和计算机数控(CNC)高速滚齿机的产品化，使滚齿技术上升到一个新的水平，对滚齿刀具的设计制造提出了更高的要求.目前生产中普遍采用的传统的近似计算方法与机械式砂轮修整器修整铲磨砂轮的技术很难满足滚刀设计制造技术进步的需要.另一方面，随着高校教学体制改革的深入，我国工程技术人员队伍中懂计算机的人越来越多，详尽掌握复杂刀具设计制造技术的人员将会逐渐减少.采用专家系统技术，开发实用的齿轮滚刀设计制造专家系统，成为发展齿轮滚刀设计制造技术的重要途径.

　　本研究在推导出齿轮滚刀刃形与铲磨砂轮廓形计算通式的基础上，综合该领域专家的经验知识，把符号推理和数值计算有机地结合起来，开发了实用的滚刀设计制造专家系统(HDMES).该系统用C语言编制计算程序，用AUTOCAD自动绘图并输出，用VP_Expert建造专家系统知识库及实现咨询解释功能，并用VB开发友好的系统集成界面.

　　1滚刀刃形与铲磨砂轮廓形的计算通式

　　为了减少专家系统开发的工作量和增加系统的通用性，笔者成功地推导出了滚刀刃形与铲磨砂轮廓形的计算通式.对于任意齿形的工件，只要将其一个完整的齿形离散化为列表曲线，便可以利用滚刀刃形计算通式计算出滚刀刃形，然后根据滚刀刃形计算出铲磨砂轮廓形.于是系统在屏幕上绘制出滚刀刃形与铲磨砂轮廓形图(如图1所示)，同时将铲磨砂轮廓形以一定格式存储于数据库中，供FGS_30N型CNC成形磨齿机自动生成铲磨砂轮修整软件，修整砂轮后铲磨滚刀.

　　图1滚刀刃形与铲磨砂轮廓形图

　　Fig.1Profiles of hob tooth and relief grinding wheel

　　滚刀刃形计算通式是结合空间媒介齿条法和齿廓法线法推导出的，只要提供用离散值表示的工件齿形点的坐标值和该点的单位切矢，便可利用计算通式计算出滚刀的轴向刃形，对于标准的直槽零前角滚刀来说就是其前刀面刃形.计算实例表明，该通式的计算精度达0.1μm，完全可以满足滚刀设计制造的工程要求［1］.

　　目前刀具设计人员通常只进行滚刀设计而不考虑滚刀制造问题，而对于任意齿形的齿轮滚刀来讲，铲磨砂轮廓形的计算是十分重要的，开发齿轮滚刀设计制造专家系统不能不解决铲磨砂轮廓形的计算问题.本研究中笔者推导出了滚刀铲磨砂轮廓形的计算通式，直接根据系统计算出的滚刀刃形来计算铲磨砂轮廓形.在推导计算通式时采用CNC成形铲磨法铲磨滚刀，计算出的砂轮廓形数据可直接用于CNC成形磨齿机自动编程，从而实现了齿轮滚刀CAD/CAM一体化.日本熊本工业大学石桥彰教授、日本佐贺大学吉野英弘教授与本文作者之一共同研究的该项技术已在日本齿轮刀具制造厂家应用［2］.

　　2自动绘图的实现与数据库处理

　　 经过对滚刀轴向刃形及其结构尺寸的设计计算，自动绘图所需要的数据已经存储在数据库和数据文件中.绘图程序段从数据库和数据文件中读出所需数据，经过适当转换，生成面向AUTOCAD系统的屏幕命令集成绘图文件.这个绘图文件实际上是一个文本文件，文件中汇集了用AUTOCAD系统绘制滚刀工作图的所有屏幕命令，并经过了合理的排序处理.由系统直接启动AUTOCAD系统去自动执行该文件，自动地绘出滚刀工作图.用户可以视具体情况直接在图上修改，并使用打印设备(打印机或绘图仪)打印出工程图纸.

　　进行滚刀结构尺寸的计算机辅助设计，一个主要的问题是处理大量标准化数据表格的查表问题.要解决这个问题，可以把表格输入Foxpro数据库中，通过程序间的数据交换来实现；也可以把表格处理成子程序(C语言中是函数)，通过调用函数来实现查表［1］.