小模数齿轮滚刀CAD系统

HEATS

1 引言

2 w3 G" r: s' t5 Y1 [

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。

1 F Y" [! O+ b. w+ R7 ^0 C

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。 - G X" m+ X! C* O! o

2 参数化设计的特点

# p4 o' {( E8 f2 N( x! E

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：

. E Y2 K7 `( p- ~" a! 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。

0 C1 _) ?5 G4 |" F

3 滚刀外径参数优化及铲磨可能性校核

8 P* |" h2 i: f& g3 ~9 U1 p

a4 O9 Q' J- B# T
1. 滚刀外径参数优化 ) i6 u' A1 \* |3 J$ [" ~3 c# J
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 0 a% P4 D/ D" R+ J% k# |5 |# L

   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）
   ( u; ~7 j; R* I3 I/ [8 d) Y
   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
   ' U b) r" u% N2 Z( R1 E8 R* k; ` J

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

   1 {$ t8 d0 H' E- M! g; T
   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。
   . G. O: ^* i" X+ r
   外径初始化程序如下：
   - j" \4 C; m1 K: ^
   void InitGunDao { ……
   4 X% U1 x2 y( S% V
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   else （if m fmodule > 0.15 && m fmodule <= 0.4）m_uouterdia = 32；
   * F1 v% r8 n& |0 r. r# T. W
   else （if m fmodule > 0.4 && m fmodule <= 0.6）m_uouterdia= 40；
   $ a& c! A$ C7 ~* E
   else （if m fmodule > 0.6 && m fmodule <= 0.8）m_uouterdia= 50；
   ) `* |1 O( ?' c. D/ q
   else（m fmodule > 0.8 && m fmodule <= 1.0）m_uouterdia= 63；
   ……}
   ) e0 Z9 \6 c7 F2 l/ Q

   0 ~* n' O1 U5 c/ I" W4 k 图2 铲磨校核流程

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：
   void Check { ……
   ! ^% P8 `+ [" Z* ^
   BOOL flag = TRUE；
   ( U8 Z5 u$ t. G# c7 N1 r
   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
   {
   …… . / / 作图以准备校核
   ! |" k! R" G# ]6 [
   （if dist1>dist2）break；} / / 有干涉吗？若无干涉，跳出循环
   + x# ~; q5 }$ T% w
   （if dist1 <= dist2）{
   0 n* j% g w1 z5 ^# a& ?7 A
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   - S8 M' u! A3 \3 r% B: z# l
   flag = TRUE；}} ……}

* j9 \0 l# |& \& `2 N" Z5 X) G3 [: j1 `5 e" o2 A+ }0 o# V, T" ]8 H/ n

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

/ G% H6 s( u3 V% M$ H h, ~- w

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。

) q# q7 G- i5 Z5 c: d5 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：

( u3 C {5 X8 r2 y

class Cutter{

( S# N9 T: R+ V/ L

 

string Cutter_ID； / / 刀具编号

string CutterName； / / 刀具名称

* r5 B& ^6 c$ @

7 A0 m+ z4 P$ Q* }+ ^

string Material； / / 刀具材质

. p# H2 h5 j9 A" X# f6 W5 b

string Product_ID； / / 对应产品编号

- j/ ?3 `: A* k& q! _

string Designer； / / 设计者

+ t& n0 F5 |4 r+ Z2 x

string DesignDate / / 设计日期

0 R' S' O# ^! i: M

……

}；

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{

% @% b" b- o: p5 n U1 ?

 

float GD_Module； / / 滚刀模数

3 l$ h6 }7 _( d( m: {! r& x7 x" ]

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

2 [/ S' ^: T/ q

$ U8 G B$ c( a) m

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

……

, I* v& I* R+ p0 z8 I

public：

9 P) t! S; n+ n

- u2 j" M& q6 `

void OnCalculation（）；

" U3 v) q" L6 `, H5 ~

void OnDraw（）；

1 q+ V& ?' i" C

}；

2 m+ \* p) |3 `3 [$ U

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：

* t4 m# |) F+ `3 P z+ Z. {3 L

struct MACHINE{

string machine_ID； / / 机床型号

string machine_name； / / 机床名称

4 w1 {- T7 D2 P5 ]% Q

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

; O- F0 V5 a1 c

……

9 X. s8 \4 i2 S5 @7 Z6 Y: I2 w

}

) y9 f8 u" G# q" l, D

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：

1. 定义对象。
2. 定义计算函数： ( G+ i" ]6 ^; c& f7 D8 V, M2 C+ }
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   [UpdateData（TRUE）；
   % l. t% i7 a2 P2 Q+ c' U' }+ c
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   4 t9 Z4 d- [' |
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   ( t+ _. F5 E% C% r) g
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   ……
   1 W9 G% w9 [) j) U
   # M( X4 [4 F& f, h; K" y
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   ) Z+ V. `- H) |5 J
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   . O. S1 L: N8 ~) m0 r
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   / I' p# _+ m0 R) j7 w7 i
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   }
5 I1 L% k$ c! H- n0 d9 G3 n
3. 消息链接。
# c, g/ \' J w2 @: c; n" A! b
4. 在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。

5 结语

- P& |( t ^( b4 j) d+ a

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。