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小模數(shù)齒輪滾刀CAD系統(tǒng)

時間:2011-02-27 10:22:23 來源:
 

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(shè)計有別于普通齒輪滾刀的設(shè)計,其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),而不是鑲齒或裝配式結(jié)構(gòu);③無需鍵槽;④容屑槽采用直槽型式。
采用傳統(tǒng)方法設(shè)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(fù)性工作。而將以O(shè)bjectARX的應(yīng)用工具為載體、用VC++編寫對話框以及使用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)開發(fā)的 AutoCAD 系統(tǒng)用于小模數(shù)齒輪滾刀的設(shè)計,可大大簡化小模數(shù)齒輪滾刀的設(shè)計計算,并可自動校核鏟背曲線。

2 參數(shù)化設(shè)計的特點

AutoCAD 是一種開放體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序,用戶可以利用它進行定制和編程,是參數(shù)化設(shè)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(yīng)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(yīng)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(diào)用 AutoCAD的函數(shù),同時能提供一個面向?qū)ο蟮腃++應(yīng)用程序設(shè)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(yīng)用程序進行參數(shù)化設(shè)計,其程序結(jié)構(gòu)具有以下特點:
  1. 利用ARX 開發(fā)工具,可方便地使用MFC 開發(fā)ObjectARX 應(yīng)用程序;提供了AutoCAD內(nèi)部實體和其他對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),使應(yīng)用程序和AutoCAD完全結(jié)合在一起。
  2. 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(nèi)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

  1. 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(zhuǎn)一轉(zhuǎn)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
    由式(1)可得被切齒輪齒面波度與滾刀外徑的關(guān)系曲線(見圖1)。


圖1 滾刀外徑對齒輪齒面波度的影響(afn= 20°,bf= 15°)

  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(yīng)選外徑較大的滾刀。但外徑的增大應(yīng)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(dāng)滾刀外徑大于50mm時,外徑對波度的影響已經(jīng)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;
    ……}


     

  2. 鏟磨可能性校核
    用傳統(tǒng)方法設(shè)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(zhǔn)確性無法保證,常導(dǎo)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(zhǔn)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;}} ……}


圖2 鏟磨校核流程





 

4 小模數(shù)齒輪滾刀CAD程序結(jié)構(gòu)分析

滾刀CAD系統(tǒng)由刀具圖紙標(biāo)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?qū)ο蟮姆治龇椒▽L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(chǔ)上,再采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言對對象和對象間的關(guān)系進行分析。
為便于拓展齒輪刀具設(shè)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(shè)為抽象類。其部分屬性如下所示:


圖3 面向?qū)ο蟮臐L刀CAD 系統(tǒng)信息模型

class Cutter{
private:
string Cutter_ID; / / 刀具編號
string CutterName; / / 刀具名稱
string Material; / / 刀具材質(zhì)
string Product_ID; / / 對應(yīng)產(chǎn)品編號
string Designer; / / 設(shè)計者
string DesignDate / / 設(shè)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(nèi)在聯(lián)系的數(shù)據(jù)項,將其歸納為一種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體,便可著手按如下步驟編制軟件:
  1. 定義對象。
  2. 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);
    }
  3. 消息鏈接。
  4. 在Object ARX環(huán)境中調(diào)用Object ARX全局函數(shù)編寫繪圖函數(shù)。

5 結(jié)語

小模數(shù)齒輪滾刀AutoCAD系統(tǒng)采用全參數(shù)化設(shè)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(shè)計的科學(xué)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(biāo)注,大大減少了工作量,提高了設(shè)計效率。