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。

' [4 Y7 E, a7 }2 I, ~* b

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： F! m+ h: B; V# C: E. J" J

5 I9 K9 V: H; C: ~1 J
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。

1 x; p/ [0 J2 m( p* N

3 滚刀外径参数优化及铲磨可能性校核

8 L6 K; C8 H; z4 a4 e" S# V; j4 ~. q
1. 滚刀外径参数优化
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 , }- g4 U8 t3 B* Z$ y" B. s% v

   Ded=S02 sinafn/（4?cos2bf）

   （1）

   式中：?——被切齿轮齿面波度（?m）
   ' p4 R8 [ \$ O) c+ [6 {
   S₀——工件每转一转时滚刀沿工件轴向的进给量（mm/n）
   % f, _" n4 ]: {+ F$ z* j
   a_fn——滚刀分度圆法向齿形角
   . q8 \4 k# Q9 c5 q& z& x3 R7 I
   b_f——被切齿轮分度圆上的螺旋角
   $ f! I5 W1 u1 S0 t! b' H3 z* G2 r; Z0 S# r

   图1 滚刀外径对齿轮齿面波度的影响（afn= 20°，bf= 15°）

   3 \, ~) V9 r* x! d9 `
   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）。
   $ Y& }6 Z' R! m- r$ D; m$ m( i- H
   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。
   ; f) N: k% N. X7 F: f! J
   外径初始化程序如下：
   $ u& V, r% k9 K: D
   void InitGunDao { ……
   - k3 t$ O4 y/ k& {& w
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   + |6 M4 N& y" }* c+ S* R; a
   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；
   - Z0 y+ W \& @9 T! k; w q. s* ?
   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；
   8 P" t8 G( U3 h$ X8 D
   ……}
   ! W6 q, I) A' w9 B3 E3 _" Z: N9 A& l6 H. L+ ^& Y$ \7 B& U& Q4 n- j2 U1 M0 e5 v& l& C6 I

   * M7 ^ O% n4 ~2 K% v: x- P8 R1 e! P 图2 铲磨校核流程

1 _" v4 d- r; W
2. 铲磨可能性校核 1 {4 {% E0 D( D$ q) r! A
   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：
   void Check { ……
   8 d) `; `# Y/ C7 b
   BOOL flag = TRUE；
   & z: @; g0 ^. g
   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
   7 v. v& F( Z# ~2 M8 K+ l" M+ p
   {
   3 w) S" D: N( r: X% G3 ?
   …… . / / 作图以准备校核
   ! i: ?0 B: z ~5 A W9 M
   （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；}} ……}

$ n2 ^7 i. E# U. Q

图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

6 u$ A0 m- x2 c' D5 q4 y

4 小模数齿轮滚刀CAD程序结构分析

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。

6 E- M) {, ?0 {

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{

 

# I; n% B; a" ^ X4 q

8 N% B7 h- n l: E! J

string Cutter_ID； / / 刀具编号

: r! p6 h) f! d+ o

I" f) ?& B3 Y% s

string CutterName； / / 刀具名称

string Material； / / 刀具材质

string Product_ID； / / 对应产品编号

9 w& ~8 P) ?4 I

string Designer； / / 设计者

5 {1 d1 W1 C/ v) r7 }

string DesignDate / / 设计日期

# a7 y9 P0 I( \ I0 x$ U7 U7 D

……

3 ]: G: F0 s" z

}；

$ `" U# S* e p8 h8 u

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：

+ K5 F, b) e4 S, w

class GunDao ：public Cutter{

8 a8 w R0 _) c

 

' d& W4 R% \4 J# J

float GD_Module； / / 滚刀模数

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

1 t9 u% K7 A- ~7 E

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

# j6 K& f3 K0 B, ~+ r* v" j/ p

……

3 }1 X9 m& @" ?7 J2 c# Y2 z$ u8 I

public：

+ _6 c$ W: A: y# M2 N3 W

void OnCalculation（）；

* Y! e- \' U! \6 Z' }& H, M

: v& h' U6 P" i6 z( }1 |! d

void OnDraw（）；

}；

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{

4 u; i4 e8 M6 L$ m! p. k

string machine_ID； / / 机床型号

4 Z. J$ n( T1 \1 Z" j8 k$ G

string machine_name； / / 机床名称

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

- ?3 o' Z5 E: l2 Z

……

; ~( [8 |- `" ?4 B1 [

}

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：

7 b, w! N8 m3 I& n: O) ^3 T, s1 v
1. 定义对象。
( o R# J+ r) X6 Z. J. r. m
2. 定义计算函数：
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   , ~6 ]: K/ Y" y D
   [UpdateData（TRUE）；
   - p8 q8 Y4 j, I; |/ T+ Y
   + H" l' V! p4 X0 W. i3 d
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   0 i3 U& c2 M$ P: b2 O" @1 S8 g. U
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   ……
   ( ~" u* l/ M$ G7 e
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   6 B# U6 t, S) x" T
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   7 R! D% l% Q3 H0 T- s6 C- M* }
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   7 ~, ~' I/ w9 W& E# i
   }
* Q" [1 f& z' h3 L2 A, G
3. 消息链接。
: s+ E( [; M/ @+ k5 W) B% }8 K2 p
4. 在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。

0 P# m" q4 }% k: q: X; n: W

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。