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小模数齿轮滚刀CAD系统 |
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newmaker |
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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。
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：
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。
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
滚刀外径参数优化
通常，滚刀外径可按式(1)计算。
Ded=S02 sinafn/(4∆cos2bf)
式中：∆——被切齿轮齿面波度(µm)
S0——工件每转一转时滚刀沿工件轴向的进给量(mm/n)
αfn——滚刀分度圆法向齿形角
βf——被切齿轮分度圆上的螺旋角
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)。
图1 滚刀外径对齿轮齿面波度的影响(αfn= 20°，βf= 15°)
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 { ……
(if m fmodule > 0 && m fmodule <= 0.15)m_uouterdia = 25；
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；
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；
……}
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 { ……
BOOL flag = TRUE；
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
(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Ded
flag = TRUE；}} ……}
图2 铲磨校核流程
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：
图3 面向对象的滚刀CAD 系统信息模型
class Cutter{
private：
string Cutter_ID； / / 刀具编号
string CutterName； / / 刀具名称
string Material； / / 刀具材质
string Product_ID； / / 对应产品编号
string Designer； / / 设计者
string DesignDate / / 设计日期
……
}；
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{
private：
float GD_Module； / / 滚刀模数
UINT GD_Number； / / 滚刀齿数
UINT GD_TouShu； / / 滚刀头数
……
public：
void OnCalculation()；
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{
string machine_ID； / / 机床型号
string machine_name； / / 机床名称
string machine_cutter_ID； / / 加工刀具编号
……
}
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：
定义对象。
定义计算函数：
void GunDaoDlg：：OnCalculation()
[UpdateData(TRUE)；
dlg.m_fgdpmodule = m_fgearmodule；
dlg.m_fgdpyalijiao = m_fgearyalijiao；
dlg.m dgdpluojiao =(180*FengYuanLouJiao Ca(l)/ PI)；
……
dlg.m_fgdpzhouchixingjiao = m_fgearyalijiao；
dlg.m_dgdpzhouchiju = ZhouXiangChiJu Ca(l)；
dlg.m_dgdpzhouchihou = ZhouXiangChiHou Ca(l)；
int ret = dlg.DoModa(l)；
}
消息链接。
在Object ARX环境中调用Object ARX全局函数编写绘图函数。
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。 (end)
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(3/7/2008) |
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