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。

5 i* I$ o) F7 l" m

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。 . m2 z( g+ S/ }9 H$ B

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： ' \# }& Z- ~) z0 ~8 Q

, n. ~/ h% B$ v) I
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。
( N' Y( Q4 E8 H8 B% q) G2 }- S9 K
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

1. 滚刀外径参数优化
   通常，滚刀外径可按式（1）计算。 : G* x$ i2 l$ p2 Q4 P3 a4 F- ?; u' e7 q: i1 X) v; L4 N3 u9 @* J$ B- z. e! c

   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）
   * N, `3 n0 J' |1 y% v# l# Y1 `
   a_fn——滚刀分度圆法向齿形角
   3 N8 a, a; x& [/ f" n ^: T
   b_f——被切齿轮分度圆上的螺旋角
   # i9 I$ t4 x/ ?4 U2 c9 o' F. P$ r% Y

   1 z# [6 i# W4 Q9 P$ c 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）。
   2 M5 V1 Z3 {: k0 l' L3 D* M
   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：
   4 q5 b0 Q/ I/ i
   void InitGunDao { ……
   2 R7 \5 i& P! D. c
   （if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15）m_uouterdia = 25；
   / ~) D. w; A" A" c, Z* B9 G9 f
   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；
   4 h6 E; j* \2 k4 l% [
   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；
   ……}
   & F% `+ r6 ~, y) e% i( {. w% Z' S- M2 _6 }' a

   1 E8 L- C& u3 d. W( ^2 _ 图2 铲磨校核流程

- }0 f5 z. `% u% I3 e, r; Z
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 { ……
   ' t3 ~; I$ w+ O% k
   BOOL flag = TRUE；
   while（flag） { flag = FALSE；
   : V: F. q8 t8 @* k; ?" |% E% B
   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
   % D0 H6 ^; X) ^4 w
   {
   …… . / / 作图以准备校核
   （if dist1>dist2）break；} / / 有干涉吗？若无干涉，跳出循环
   + u3 j E2 _8 z% \$ E2 f" \: {
   （if dist1 <= dist2）{
   & g+ \) J- d- S! {) i
   CanShuDlg. Domode（l）； / / 对话框交互修改铲背量K、外径D_ed
   6 N* q$ @+ K# b# u# U
   flag = TRUE；}} ……}

' q( m2 n) w& H, v3 T+ d v0 p/ H

' B8 |6 K8 @, ? 图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型

6 Z' t/ |& U' o% N# K

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。

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：

/ Z* d: h" s u1 R" q' E

class Cutter{

/ I& |, q; L, z+ J/ m( b

 

string Cutter_ID； / / 刀具编号

% k c3 k: t3 v) L$ r0 r- T# l

string CutterName； / / 刀具名称

& X$ y: E( a2 @ x* y

string Material； / / 刀具材质

string Product_ID； / / 对应产品编号

string Designer； / / 设计者

- K8 I( x* s: Y1 Y+ @1 X0 O

# [ x( l' x' G0 G* c! G; r

string DesignDate / / 设计日期

5 ~& S* E0 S' `" B

……

% L0 ~0 V) D/ V: S5 I9 q

}；

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{

: w- U. e+ A! Q& @

 

% ?; Z! |, m( F ^$ J

float GD_Module； / / 滚刀模数

$ i: a) v3 c, [; _

UINT GD_Number； / / 滚刀齿数

UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数

……

. W3 l* @* W, t# W

public：

$ O4 p4 f# g# p V1 ~9 ~' k# U

void OnCalculation（）；

& ]' P9 @2 z3 w" B' l y9 M6 G

void OnDraw（）；

}；

4 C9 D6 v, p7 S

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：

9 X* C3 A- ~' _8 i9 V0 L2 U* l, |

struct MACHINE{

5 Z5 C4 R& J* Z7 C* X2 K

$ V6 z7 }$ o* C) e0 \. Z

string machine_ID； / / 机床型号

1 \2 j: ~( W2 d$ V$ _9 b" ~

string machine_name； / / 机床名称

/ I- a& g; H: k: Y$ \

string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号

7 u. z0 x2 |; c4 q6 Z. \3 w0 a( h

……

* ^* C4 s; y; _6 w# Z5 K! k9 m+ {

}

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 T& [/ Q+ z0 r# c3 |1 G( w
1. 定义对象。
3 e# a( w0 @/ o( X" y1 }
2. 定义计算函数：
   void GunDaoDlg：：OnCalculation（）
   1 h2 ^6 J. U- b3 c: |
   [UpdateData（TRUE）；
   + a) b& a& p" e, u+ K4 ?
   dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
   dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
   2 J8 z( e3 ]6 I p+ n, R1 S
   dlg.m dgdpluojiao =（180*FengYuanLouJiao Ca（l）/ PI）；
   5 d$ @! Y6 k. E: b
   ……
   7 H! c5 h2 p& A4 q( P9 G
   dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
   : I( Q; {! K& K5 I& y$ n, G
   dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca（l）；
   $ u$ F5 U. @+ W& A
   dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca（l）；
   int ret = dlg.DoModa（l）；
   ?+ k; f: k) [! y1 B; ~
   }
9 j/ o1 ~1 r7 ~" B/ r2 F
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

M! c# @9 z. Y

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。