小模数齿轮滚刀CAD系统

HEATS

1 引言

' |& X! K0 T3 P4 G; ]. v8 O

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：

9 X% Z+ L& g7 D
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。
: z6 C7 H1 r9 s1 V
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。

5 ?) |( c& w) f* }8 U q

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
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 $ `$ H4 D; ?( ?& p. w& b5 t5 X5 L4 P. r, w3 r6 @7 e9 l `* x3 [- ?* v" p' d$ z/ V# }3 U9 _1 |( g6 h

   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）
   7 `# b7 z* K4 ~" j
   a<sub>fn</sub>——滚刀分度圆法向齿形角
   % a. d$ G' m# f9 l4 m! U# Q
   b<sub>f</sub>——被切齿轮分度圆上的螺旋角
   2 b. r6 {: q! i0 [" |+ x1 l! C! p( h% P, u* T# }2 T3 b. G$ }, u' `2 `9 @

   6 {' E2 E/ S S7 w 图1 滚刀外径对齿轮齿面波度的影响（afn= 20°，bf= 15°）

   0 {( S m4 k# ]" D- D* U5 [
   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）。
   # m% ?4 p* j* }( c
   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：
   9 l9 z! q& ?: l, L2 r# m! @
   void InitGunDao { ……
   ; {1 h* x! _2 U& e; ?
   （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；
   else （if m fmodule > 0.6 && m fmodule <= 0.8）m_uouterdia= 50；
   - D2 C# G U# M0 r1 h' ]
   else（m fmodule > 0.8 && m fmodule <= 1.0）m_uouterdia= 63；
   - A: i* r8 q! n- }, V+ y9 \
   ……}
   . x8 M* Y; {6 ?8 g/ x1 `% i5 x$ E% o+ g0 L T

   图2 铲磨校核流程

2 A+ Z8 T7 z- i# K( k6 X8 L I
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：
   : n! b1 Q; G% U/ t3 U% j
   void Check { ……
   BOOL flag = TRUE；
   while（flag） { flag = FALSE；
   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
   6 Z8 v/ [# V5 z, G3 y
   {
   …… . / / 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）{
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   flag = TRUE；}} ……}

- D7 N8 R; L5 `* N' J8 ?) `- q4 V3 y% n6 T+ |5 M6 y9 {0 G& c. t

$ X& T# R& }+ M- E 图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

% D8 L/ K- q9 R, b% g. ^. z4 Q7 Q

4 小模数齿轮滚刀CAD程序结构分析

/ A2 y/ |. W# k8 m( Q( p0 I

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：

3 p- e$ c a* Q7 Y+ |4 L

class Cutter{

 

' y8 {* r+ k0 P% _- P B

string Cutter_ID； / / 刀具编号

: K$ z' R# p+ Q7 q- I$ n4 z9 \% Q

string CutterName； / / 刀具名称

0 r/ h3 i+ j& a' O/ M

string Material； / / 刀具材质

0 Z& x/ h& u# j; T9 F# A6 E: D9 x

string Product_ID； / / 对应产品编号

1 R2 H& _4 v# [( ~$ ~

string Designer； / / 设计者

2 m& X$ I# O4 m' W3 c4 C* v

string DesignDate / / 设计日期

……

# j1 Z$ H3 ^, u& [" W

}；

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{

* I2 s( Y5 a% o( G9 n

 

3 y% }' d0 s" j" Y- O( p9 e

float GD_Module； / / 滚刀模数

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

. s) g" X5 Z- d' X/ Z7 O1 }

& i" b7 a, a: Q$ G% O, C4 k5 y8 I

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

2 N6 N7 J6 \* [" X3 K- y3 Q# x

……

& c2 h9 U% I; f5 ^0 M; W6 {; U

public：

. J- C/ ^3 U8 {2 C

void OnCalculation（）；

; P# X# g, m: `

void OnDraw（）；

. N" a7 R3 n& ?

}；

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：

/ w0 |: x* J. `$ P. {

struct MACHINE{

7 B; g V5 p. z4 {

string machine_ID； / / 机床型号

1 C- t9 z" ~, b; L3 _

& g: v3 E' ^# k& ~

string machine_name； / / 机床名称

4 H) U5 W) q8 A/ c! D7 e

$ h% k/ W3 z- ?3 N! ~, d. t5 T9 i1 `; d

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

& t( ?8 J* |1 r! _' h2 N

……

) L$ A6 O! |8 B8 i% k' G

}

! |* [% Y v4 l9 ^' k( K

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： 2 P+ O: o3 [2 _& b9 M7 r

2 N- E& ~2 F' u: u& Y
1. 定义对象。
2. 定义计算函数： ) o: R; x" r' V( r9 s$ A5 ^ \
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   [UpdateData（TRUE）；
   - V! M6 H! G; T& K9 p g
   9 ` o5 r9 h/ Q; z5 O6 Y
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   , Y9 m6 G* H3 h) c: J7 ^+ d5 v. T
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   ……
   + s( U& W: R% {) D
   2 M2 ]* |8 R4 c! i
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   # ?& z% `8 {1 H# o2 f1 R
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   $ A: b L' c! K9 D! T' n
   }
+ x( j- S4 J$ Q; r5 @
3. 消息链接。
3 W: c$ s% H" G" h
4. 在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。

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。