小模数齿轮滚刀CAD系统

HEATS

1 引言

( J S% s7 }/ u0 J* z9 ]# i6 V9 l1 U

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。

]9 ?# i4 E( x

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。 9 d! R' b+ C6 U

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：

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。

- L4 `3 m A% ?% t

3 滚刀外径参数优化及铲磨可能性校核

) v+ j6 t4 D- L$ U/ b ^

1. 滚刀外径参数优化
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 " V7 j5 ~/ R- u, x' E+ I L+ L1 d1 R5 P

   Ded=S02 sinafn/（4?cos2bf）

   （1）

   式中：?——被切齿轮齿面波度（?m）
   3 x, h$ M; m2 E8 {+ G! t
   S₀——工件每转一转时滚刀沿工件轴向的进给量（mm/n）
   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
   " J; P5 w$ }* b' g) z0 z4 J `7 n0 w

   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）。
   . k2 C, G% H: e7 u
   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, N$ ?; _0 Y8 g6 H* T2 d
   外径初始化程序如下：
   3 J; s, ]1 a% u7 B
   void InitGunDao { ……
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   " H' l0 Q8 L+ u( d
   else （if m fmodule > 0.15 && m fmodule <= 0.4）m_uouterdia = 32；
   . x: F6 b) w* z6 H5 Q! j
   else （if m fmodule > 0.4 && m fmodule <= 0.6）m_uouterdia= 40；
   + H4 y* ^; ]: X7 g6 n
   else （if m fmodule > 0.6 && m fmodule <= 0.8）m_uouterdia= 50；
   7 o, e8 S+ [" M: @& _* \% L
   else（m fmodule > 0.8 && m fmodule <= 1.0）m_uouterdia= 63；
   ' h# ^* I$ Y {* k \& H4 j7 h& j
   ……}
   & f5 e% R7 a7 f' j' I' j7 C# x; U+ s/ l' S6 a: I1 r( J8 H. W% b1 M3 V' R6 y

   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：
   , B" @; |) [: U2 l, w
   void Check { ……
   o' y# ^' A% n4 q
   BOOL flag = TRUE；
   + ]" ]( |( ?, c7 R1 d
   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
   6 p" _) r/ C: h# \& {% q4 t
   （if dist1>dist2）break；} / / 有干涉吗？若无干涉，跳出循环
   （if dist1 <= dist2）{
   ! |9 _6 c+ _" e2 D5 V' ^- t
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   " C' D# o4 v6 C" V4 C& d
   flag = TRUE；}} ……}

, J" [$ C5 M5 V( X4 \& K5 p: K ~ R

图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

; p6 `; V7 F% W! x' p% o

4 小模数齿轮滚刀CAD程序结构分析

3 M" H' w, G* o* d

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：

; ]" q6 s( c+ L$ x* {, `% f

class Cutter{

 

0 r# [& y1 t w, M0 X2 M, S# J

string Cutter_ID； / / 刀具编号

string CutterName； / / 刀具名称

N5 y* f4 ]$ o" C

string Material； / / 刀具材质

0 T" e; Z4 u' Q: m

string Product_ID； / / 对应产品编号

6 [0 t, @( z# v

string Designer； / / 设计者

* t! a2 x: ^- p. v

string DesignDate / / 设计日期

* F$ G+ B9 {% g4 c

……

. ?" I8 L8 c/ f/ e4 `7 }

}；

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：

( Q; R5 T) T4 }. |* C' a# v7 B

class GunDao ：public Cutter{

 

+ A0 F2 _; i3 {$ I6 W2 _3 ~! l

float GD_Module； / / 滚刀模数

/ q( j, |! V( m4 z

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

/ @+ v3 t' g* F1 {: ?. I# n

# M: x. p8 o& h7 g8 l$ X, n

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

……

public：

~+ ]/ p( N; p) I+ O. H

void OnCalculation（）；

4 D" ^" U# @& h2 ~( u0 ~. E

void OnDraw（）；

; B% b, F4 Y( s' |- n9 h1 \5 m

}；

6 |8 k4 \ T( E, v

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：

# w& R R- w0 N I* s" A" M! V4 c

struct MACHINE{

3 M! l8 N/ Z2 k+ x. ]: W* ]6 T

3 @2 ]! |7 p, b9 `3 F. F

string machine_ID； / / 机床型号

& g& z, w7 k/ K9 f0 p* p. k9 L

string machine_name； / / 机床名称

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

……

}

& l( E4 Q5 I# H" c$ u% a

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：

i5 @* U: M) ]6 K3 e" @
1. 定义对象。
2. 定义计算函数：
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   [UpdateData（TRUE）；
   ; p: @3 K `- b% W T! F
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   2 j+ T" y }9 v& q# O3 q$ z
   7 c0 ]# ]- g/ W+ K# |: G
   ……
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   * T6 k( I `! d' Q
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   7 C( P/ J, \4 m$ r
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   / a! B6 ~) a# N: O: A' G% x
   4 e" Z+ R2 C- p" K' l9 \: O2 O7 f" n
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   }
3. 消息链接。
9 [' ~3 u3 m0 m1 u5 u5 z* \7 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

$ Y' u1 D: i* B7 R9 ?5 v7 ~

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。