1 引言
由于小模數(shù)齒輪滾刀的模數(shù)小(m≤1mm)、滾刀尺寸相對較小且精度要求高，因而其設計有別于普通齒輪滾刀的設計，其結構具有以下特點：①小模數(shù)剃前齒輪滾刀由于凸角很小難以加工，因此需采用小壓力角，以非均勻留剃形式減少磨損；②滾刀采用整體式結構，而不是鑲齒或裝配式結構；③無需鍵槽；④容屑槽采用直槽型式。
采用傳統(tǒng)方法設計小模數(shù)齒輪滾刀時計算量和繪圖量大，其中還有許多繁瑣的重復性工作。而將以ObjectARX的應用工具為載體、用VC++編寫對話框以及使用數(shù)據庫管理技術開發(fā)的 AutoCAD 系統(tǒng)用于小模數(shù)齒輪滾刀的設計，可大大簡化小模數(shù)齒輪滾刀的設計計算，并可自動校核鏟背曲線。
2 參數(shù)化設計的特點
AutoCAD 是一種開放體系結構的應用程序，用戶可以利用它進行定制和編程，是參數(shù)化設計常用的開發(fā)平臺，其主要的開發(fā)系統(tǒng)有AutoLISP、ADS及 ObjectARX等。AutoLISP是CAD早期版本的編程語言，是一種解釋性編程語言，不必編譯，通俗易懂，但缺點是運行速度慢；由C 語言和提供給開發(fā)者用來創(chuàng)建應用程序的C程序庫組成的ADS(AutoCAD Development System)隨著AutoCAD R11被我們所認知，現(xiàn)已以ADSRX 的形式被集成到ARX中。ObjectARX應用程序是一個動態(tài)鏈接庫(DLL)，其運行速度快，能共享AutoCAD的地址空間并可直接調用 AutoCAD的函數(shù)，同時能提供一個面向對象的C++應用程序設計接口，是AutoCAD推出的新一代二次開發(fā)工具。因此，本系統(tǒng)程序采用ARX應用程序進行參數(shù)化設計，其程序結構具有以下特點：
- 利用ARX 開發(fā)工具，可方便地使用MFC 開發(fā)ObjectARX 應用程序；提供了AutoCAD內部實體和其他對象的數(shù)據結構，使應用程序和AutoCAD完全結合在一起。
- ObjectARX環(huán)境提供了一組類，使開發(fā)者能夠創(chuàng)建基于MFC的用戶界面，其外觀和內建與AutoCAD的用戶界面完全相同，因此具有良好的人機對話功能。
3 滾刀外徑參數(shù)優(yōu)化及鏟磨可能性校核
- 滾刀外徑參數(shù)優(yōu)化
- 通常，滾刀外徑可按式(1)計算。
| Ded=S02 sinafn/(4∆cos2bf) |
(1) |
式中：∆——被切齒輪齒面波度(µm)
- S0——工件每轉一轉時滾刀沿工件軸向的進給量(mm/n)
- afn——滾刀分度圓法向齒形角
- bf——被切齒輪分度圓上的螺旋角
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圖1 滾刀外徑對齒輪齒面波度的影響(afn= 20°，bf= 15°)
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- 由式(1)可得被切齒輪齒面波度與滾刀外徑的關系曲線(見圖1)。
- 由圖1可知，隨著滾刀外徑的增大，被切齒輪沿齒向表面的波度將逐漸減小。故對精度要求高的齒輪，應選外徑較大的滾刀。但外徑的增大應有度，不宜過大：一方面，在加工小模數(shù)齒輪時，軸向進給量一般不大于0.5mm/r，過分增大滾刀外徑對減少齒面波度無顯著效果；另一方面，當滾刀外徑大于50mm時，外徑對波度的影響已經很小。因而外徑取值宜控制在25～63mmm 之間。
- 外徑初始化程序如下：
- 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；
- ……}
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圖2 鏟磨校核流程
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- 鏟磨可能性校核
- 用傳統(tǒng)方法設計滾刀時，通常采用人工作圖法對于滾刀鏟磨可能性進行判別，其準確性無法保證，常導致鏟磨滾刀輪齒齒背時，砂輪和下一個齒發(fā)生干涉。因此在小模數(shù)齒輪滾刀CAD 系統(tǒng)中需要編制自動校核鏟磨可能性的程序，其流程如圖2 所示。使用時，通過對話框交互修改參數(shù)，完成鏟磨校核，具體程序如下：
- void Check { ……
- BOOL flag = TRUE；
- while(flag) { flag = FALSE；
- for(len = 4/7*len1；len<= 6/7*len1；len + = 1/14*len1) / / 確定鏟背曲線與砂輪的交點
- {
- …… . / / 作圖以準備校核
- (if dist1>dist2)break；} / / 有干涉嗎？若無干涉，跳出循環(huán)
- (if dist1 <= dist2){
-
- CanShuDlg. Domode(l)； / / 對話框交互修改鏟背量K、外徑Ded
- flag = TRUE；}} ……}
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圖3 面向對象的滾刀CAD 系統(tǒng)信息模型
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4 小模數(shù)齒輪滾刀CAD程序結構分析
滾刀CAD系統(tǒng)由刀具圖紙標題欄參數(shù)輸入、刀具選擇、被切齒輪參數(shù)輸入、刀具參數(shù)輸入等模塊組成。通過面向對象的分析方法對滾刀CAD系統(tǒng)進行分析，建立如圖3 所示的信息模型。在此基礎上，再采用面向對象的程序設計語言對對象和對象間的關系進行分析。
為便于拓展齒輪刀具設計的通用性，通過歸納，將齒輪刀具的共性作為基類。此基類依附于各具體齒輪刀具，不必有具體實體，故可設為抽象類。其部分屬性如下所示：
class Cutter{
private：
string Cutter_ID； / / 刀具編號
string CutterName； / / 刀具名稱
string Material； / / 刀具材質
string Product_ID； / / 對應產品編號
string Designer； / / 設計者
string DesignDate / / 設計日期
……
}；
滾刀類為刀具類的派生類，自動繼承了刀具的一切屬性，同時又具有模數(shù)、齒數(shù)、頭數(shù)、前角、后角等獨有屬性，其部分屬性如下：
class GunDao ：public Cutter{
private：
float GD_Module； / / 滾刀模數(shù)
UINT GD_Number； / / 滾刀齒數(shù)
UINT GD_TouShu； / / 滾刀頭數(shù)
……
public：
void OnCalculation()；
void OnDraw()；
}；
加工機床和工具含有若干具有內在聯(lián)系的數(shù)據項，將其歸納為一種結構體，說明滾刀加工的一些基本屬性，以便在滾刀類中定義：
struct MACHINE{
string machine_ID； / / 機床型號
string machine_name； / / 機床名稱
string machine_cutter_ID； / / 加工刀具編號
……
}
通過建立以上類的對象及定義結構體，便可著手按如下步驟編制軟件：
- 定義對象。
- 定義計算函數(shù)：
- 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)；
- }
- 消息鏈接。
- 在Object ARX環(huán)境中調用Object ARX全局函數(shù)編寫繪圖函數(shù)。
5 結語
小模數(shù)齒輪滾刀AutoCAD系統(tǒng)采用全參數(shù)化設計，實現(xiàn)了參數(shù)優(yōu)化及齒背曲線自動校核，可顯著提高設計的科學性和可靠性；同時對表面粗糙度、形位公差等可直接進行插入標注，大大減少了工作量，提高了設計效率�！ �
