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。

2 s: H7 B/ G( j% b+ ?, L1 W7 i

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。 7 Y# F4 }7 u: t% L$ ?4 F2 G

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： ; ~* X7 X" |/ j1 O* N

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。
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

8 N" D2 P: d& s! s/ I* H

& {. _# j; Z$ m
1. 滚刀外径参数优化
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 i+ A) f% F3 |0 a) r) J3 Y

   Ded=S02 sinafn/（4?cos2bf）

   （1）

   式中：?——被切齿轮齿面波度（?m）
   : g# x' r5 U: t2 j f& ^5 z3 i
   S₀——工件每转一转时滚刀沿工件轴向的进给量（mm/n）
   ) q1 s( ~) y- q
   a_fn——滚刀分度圆法向齿形角
   7 t- d+ O* n) Y
   b_f——被切齿轮分度圆上的螺旋角
   6 F3 ? n) t+ @! j0 e' d |7 ?' L8 T( S

   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。
   外径初始化程序如下：
   void InitGunDao { ……
   & U6 U+ O E( x$ a; k
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   else （if m fmodule > 0.15 && m fmodule <= 0.4）m_uouterdia = 32；
   5 h0 c' f9 ~. F6 p V
   else （if m fmodule > 0.4 && m fmodule <= 0.6）m_uouterdia= 40；
   " c3 o1 R+ T" J7 D j
   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；
   . ^5 x1 {9 U) Q0 \% J
   ……}
   # [: ^6 a) V$ I- R/ C3 `9 i( |; {* q. C$ ]0 \* n( D! M/ t

   图2 铲磨校核流程

2. 铲磨可能性校核 7 t) B% W+ J/ L+ J1 {: o: w# l
   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 Z, O3 i6 w. k2 V1 b3 r
   void Check { ……
   ) o7 A/ {1 ~! Y* j" w! {- M+ a5 |
   BOOL flag = TRUE；
   while（flag） { flag = FALSE；
   8 G% E2 e8 _( ~6 `# a7 i
   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
   7 O6 k: e" Z5 e+ {! o1 I
   {
   …… . / / 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）{
   $ b' r4 ~: \) j/ L4 _& \" X
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   flag = TRUE；}} ……}

) o, J i) h" b8 J$ i

图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

7 N- w' l4 C$ b" W5 y

4 小模数齿轮滚刀CAD程序结构分析

. P( a+ f3 b5 b" t

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：

class Cutter{

9 }( U' X* z1 q+ ^

 

2 q8 M' r* t1 Y- R

string Cutter_ID； / / 刀具编号

string CutterName； / / 刀具名称

string Material； / / 刀具材质

8 U& U3 |" h+ U t

7 y8 n' v6 _8 N% e$ B

string Product_ID； / / 对应产品编号

string Designer； / / 设计者

: O5 v% k6 J% T5 }. ~% K

, T+ }" G# x! r/ ~ m

string DesignDate / / 设计日期

……

}；

; [7 ]) G4 Z; X; M6 y: W1 j) e. S

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：

) p- O; W$ j- x# E0 \1 q

class GunDao ：public Cutter{

 

0 q0 O/ m- @& u& ] g

float GD_Module； / / 滚刀模数

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

! S$ W3 ^3 |* z: p V

……

/ A! ^/ }) ^; J( C3 S- M

public：

- n) G" i. p+ O: u( X

) ^+ g& U; A& P" V/ ?3 V9 g

void OnCalculation（）；

# v( P- ]! `& n$ k' l% c& x- ~; O

void OnDraw（）；

}；

: ^5 g5 p; |" ~' q9 H4 g) `6 u8 ]

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{

: p5 k9 p0 ~: b8 ^1 p) U

1 ?7 y, r5 ~6 c; @- a0 `( l( E" n' P

string machine_ID； / / 机床型号

7 O, v. G/ a/ b; s- T

string machine_name； / / 机床名称

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

- Y1 E% q) x; X4 P# q

……

}

1 ], b+ t7 }- Q8 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： 5 X5 D* o ] u. m9 h" E

1. 定义对象。
$ N( q/ @1 Y% M/ g
2. 定义计算函数：
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   ; }& ?4 D7 _1 ]+ S" D6 X( d1 J o+ w
   [UpdateData（TRUE）；
   # L9 a# ^" ~" {( r7 C( ?, ^8 {
   , L' Z9 {. ]5 e8 f! H
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   5 L3 d5 p- t8 z, k' c8 @0 n* e; ]
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   1 l/ W- Y( x: q ?2 R O+ T& |
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   ( K5 b) p/ ]$ s0 {. w" a
   ……
   1 @* ~! \# y8 w0 h/ k# \- U
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   , D! J7 f F8 Y% t, j* ~
   9 w* |8 X& n M$ ~
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   0 [" H: u9 ?1 H
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   g& K. ~$ m+ U
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   . T* z, z! G: X r) J
   }
' O1 q) A' y! p- F O
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

3 ^6 Z# I! f( G3 g1 ?

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。