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AutoCAD2004环境蜗轮滚刀的计算机辅助设计
蒋进科 劳奇成
　 西安工业大学 机电学院 西安710032；
摘　要:本文以Visual C++6.0为开发环境，进行编程计算完成了蜗轮滚刀的参数化设计, 以AutoCAD2004绘图软件提供的Auto Lisp语言完成了蜗轮滚刀工程图的自动绘制,实现蜗轮滚刀的计算机辅助设计。
关键词: AutoCAD,　蜗轮滚刀,　计算机辅助设计
中图分类号：TG708
CAD of the Worm Gear Hob Based on AutoCAD2004
Jiang jinke　Lao qicheng
School of Mechanics and Electronics Engineering，Xi’an Technological University，Xi’an 710032，China
Abstract:Based on the platform of the Vc++6.0 and the drawing software AutoCAD2004， parameterization design is realized by programming in Vc++6.0, and the hob working drawing is achieved by AutoLisp included in AutoCAD2004，So the computer aided design (CAD) of the ZK Worm Gear hob is realized.
Keywords : AutoCAD　 Worm Gear Computer Aided Design
1引言
当今社会是科学技术高速发展的社会,特别是近几年,计算机电子技术取得了巨大进步给传统的机械制造行业带来了巨大的影响。在产品的研发过程中设计工作愈来愈复杂,使得传统的设计方法已不适应现代化的需要,蜗轮滚刀作为一种复杂刀具,它是用来加工蜗轮的专用刀具,它的外观与齿轮滚刀很相似,在设计上也有许多相同之处,但是,蜗轮滚刀却有它白己的特点：它的基本蜗杆类型和原始尺寸都必须与原始蜗杆相同,与齿轮滚刀相比它是一种更为专用的刀具,一种齿轮滚刀可以加工相同模数不同齿数的齿轮,而蜗轮滚刀只能加工相同直径系数的蜗轮。采用人工设计时,计算工作量大,设计结果不理想,往往需要多次验算,而且周期长,最后得到的不过是一个可行结果,而不是优化结果。因此,有必要在设计过程中引人计算机辅助设计(CAD)技术，以减轻设计人员的工作量,提高设计速度与精度并优化设计。使用时只需简单操作即可获得较为满意的设计结果。因此研发蜗轮滚刀CAD系统有很大的经济和现实意义。它是提高产品设计质量、缩短开发周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段;是企业提高创新能力和管理水平,增强市场竞争力和参与国际竞争的必要条件。
2 软件运行环境
1操作系统：Windows xp Sever
2开发语言：VC++6.0
3开发平台：AutoCad2004
4数据库 ：Access 2003
3 软件总体结构
蜗轮滚刀CAD软件设计主要目的是为了解决刀具设计过程中繁琐的重复计算,系统的结构如下图示：
蜗轮滚刀CAD系统

设计计算模块
参数化绘图模块
参数入模块

*.TXT文件

Access数据库

图1 总体结构图
3.1.1参数输入模块
主要完成原始参数的输入,利用目前流行软件VC++6.0了采用对话框的方式进行人机界面的交互,用对话框输入,具有准确,高效,简化用户的交互操作等特点。
3.1.2设计计算模块
系统在获得所需的设计条件后,由该模块完成蜗轮滚刀的设计计算,确定蜗轮滚刀基本参数：容屑槽数ZK,铲削量K与K1,容屑槽其它参数,校验刀齿强度和铲磨干涉,确定滚刀结构型式齿形尺寸,滚刀其它结构尺寸等通过建立表处理函数对相关表操作,搜索所需数据;也需从自定义函数库中调用有关函数进行设计计算;刀齿强度和铲磨干涉校验则调用专门的模块,采用计算计算的方法做出判断,并显示结果,如果刀齿强度不够或铲磨干涉,则会修正有关参数,重新设计,直到通过校验为止.在该模块还要完成蜗轮法向齿形及轴向齿形点的求解，完成滚刀所有参数及法向齿形和轴向齿形点文件的保存其流程如下：

检验能否做套式
开始

输入原始参数
　　　　　　　　　　　　 否　　　　　　　　　　　　　　 是　
带孔滚刀
带柄滚刀

计算滚刀几何参数

能否做成带轴键向健

确定容屑槽数

是 否
带端面键滚刀
带轴向键滚刀
计算滚刀铲背量

确定滚刀全部尺寸
计算端面参数

求解法向和轴向齿形点
校验刀齿强度产磨是否干涉

否
输出结果

TXT

保存文件

是
计算齿形参数

结束

计算切削部分的长度

图2 计算模块流程图
3.1.3绘图模块
参数化绘图根据设计计算确定的结构型式调用相应的画图程序,计算结果来自设计计算模块生成的*.TXT文件,在AutoLISP程序调用该文件中的数据赋给刀具图参数变量,画图程序需结合具体的滚刀结构型式,考虑图形中各几何要素的图法,还要确定需要标注的尺寸,公差,形位公差的位置,以便一起画出。该模块主要由主视图,齿形图,端面齿型图,轴向法向齿形图,齿寸标注子模块组成,共同完成绘制滚刀工作图的全部工作。
1主视图中,对于不同的滚刀,可能切削部分长度相等,但一般齿数不相等所以,此模块除了能正确绘制整体连轴式滚刀的柄部和带孔式滚刀的轴孔及轴台的外径,还应能按齿数正确绘制出完整齿和不完整齿,同时,主视图中应在未剖部分填充表示螺旋方向的双点画线,其方向反映滚刀旋向,角度等于螺旋升角,该模块依次判断进给方向,旋向,结构形式等并进入不同的子模块绘制相应的主视结构图形,整体式滚刀主视图由锥柄,齿形段子,轴段各子程序组成。
2左视图中,不同的结构型式具有不同的左视图,带孔式结构在该模块绘制左视图,而整体连轴式结构则是绘制剖视图,整体连轴式结构又可分为两种情况,一般dw2和dw3从提高刀杆刚度的角度出发取等于或略小于da0-2H,但不小于dw1(滚齿机支撑套直径),必要时也可取大于da0-2H因此,左视图模块除可正确绘制带孔式轴向键和带孔式端面键结构型式的左视图之外,还可正确绘制出dw2和dw3小于,等于,和大于da0-2H的三种情况下的剖视图其中,dw2和dw3小于或等于da0-2H时均从dw2段任意位置取剖面图,而大于da0-2H的情况下因要标注容屑槽深度H,故从dw2段铣出的容屑槽处取得剖视图该模块主要在端面子程序里完成。这三种情况下图所示:

图3 整体连轴式滚刀三种不同的左视图
3齿形图模块中,蜗轮滚刀工作图中容屑槽形式不同则齿形图也不同,对直容屑槽滚刀要绘制轴向齿形并标注轴向截面齿形尺寸,对螺旋容屑槽滚刀要绘制轴向齿形,法向齿形,并标注法向齿形尺寸和轴向铲背面的角度,两种情况下轴向齿形图形式也不相同, 齿形图绘制时要根据容屑槽形式和蜗轮模不同进入不同的齿形绘制子模块,此模块在轴向和法向子程序完成,该程序通过调用齿形点文件将各点用直线拟合成曲线计算出齿厚在通过镜像等完成完整齿形绘制和尺寸标注。
4 在尺寸标注模块中,系统先要从数据文件中正确读取各尺寸的公差,制造公差值和各表面粗糙度,以进行正确标注然后自动计算合适的位置坐标,用文字写出技术条件和要求,技术条件中的指标数值根据设计所得的滚刀参数通过读取数据文件而得到若有个别尺寸位置不合适,只要在环境下使用其编辑功能稍加修改即可。

开始

读入滚刀参数文件

校验是否做成带柄的

　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 是
确定刀轴位置
是否做成带轴向键

调用画锥柄子程序
否 是
是否径向
进给
是否径向
进给

整体式端面子程序

否 是 否 是
整体式各段轴子程序
子程序

套式带
轴向键
径向进
给主视
子程序
套式带
端面键
径向进
给主视
子程序
套式带
端面键
切向进
给主视
子程序
套式带
轴向键
切向进
给主视
子程序

是否径向
进给

是
否
径向进
给整体
式滚刀
齿形段
子程序
切向进
给整体
式滚刀
齿形段
子程序

套式带端面键端面子程序
套式带轴向键端面子程序

读入法向轴向齿形点文件

调用画轴向法向齿形子程序

调用标注尺寸子程序

结束

图4 绘图模块总体流程
3.1.4数据库
在滚刀CAD 设计中,要用到大量的表格与线图,如滚刀外径偏差,常用的滚齿机刀架参数,莫氏锥柄和螺孔尺寸,蜗轮滚刀各表面粗糙度,制造公差以及蜗轮滚刀制造公差,检查项目等等。将这些数据内容以表的形式存入Access数据库,通过ＶＣ++6.0 MFC的ODBC类进行数据库连接。通过ODBC类中的CRecordset 类选择数据源中的表作为记录集,实现对表中的记录进行滚动,读取等。对于不同的数据表建立从CRecordset 类派生的记录集，通过调用该类的记录定位函数完成对滚刀制造公差等检索。

3.1.5 Vc++和AutoCAD数据的传输
Autolisp语言是一种嵌入AutoCAD内容的智能设计语言,是对AutoCAD进行二次开发的有力工具,该语言在AutoCAD环境下运行,可直接调用AutoCAD绘图命令。在本软件设计中,采用Autolisp的输入输出(I/O)功能来实现两种软件数据间的通讯，在Autolisp的I/O函数中,Read-line能够从ASCII码文本文件中读取数据,每次读取一行每一行作为一个处理单元。然后再由Autolisp接口程序调用,读取文本文件(*.TXT)中的数据,进行参数绘图。将处理过的全部滚刀数据写入zk.txt文件程序如下：
ofstream outfile("zk.txt",ios_base::out); // ios_base::app
outfile<<da0<<endl;
outfile<<df0<<endl;
outfile<<d0<<endl;
…
通过下面程序进程调用程序可从Vc++ 界面进入到AutoCAD2004的绘图屏幕
STARTUPINFO acad;
_PROCESS_INFORMATION procinfo;
GetStartupInfo(&acad);
CreateProcess(NULL,"C:\\ProgramFiles\\AutoCAD2004\\acad.exe",NULL,NULL,FALSE,NORMAL_PRIORITY_CLASS|CREATE_NEW_CONSOLE,NULL,NULL,&a
进入到AutoCAD2004界面后通过Lisp语言编写读文件程序如下：
(setq f1 (open "D:\\My Documents\\cad18\\zk.txt" "r"))
(setq da0 (atof (read-line f1))) ; //滚刀外径
(setq df0 (atof (read-line f1))) ; //滚刀低径
(setq d0 (atof (read-line f1))) ; //滚刀分度圆直径
…
这样将设计计算模块得到的滚刀所需的全部数据通过文件传输到Lisp语言编写的绘图程序中实现了参数化绘图。
4实例
采用本文作者编制的程序以m=8，Z 1=1，d 1=72，Ds=150,C1=0.2,Z 2=28,蜗杆精度等级为8级，生成的蜗轮滚刀如下示：

图5 蜗轮滚刀结构图
5结论
Access的数据库管理功能便于刀具设计所需表项的存储,并可定位查找。利用VC++进行刀具结构参数的计算,并利用接口程序实现两种语言之间的数据通讯。刀具结构参数确定以后,通过调用预先编制的Autolisp参数绘图程序,可方便、迅速地绘出蜗轮滚刀工作图,省去了交互式绘图的繁琐程序。本软件的编程方法同样适合于其它类型刀具的CAD。
6参考文献
【1】程伟，梁萍. 蜗轮滚刀计算机辅助设计.1997，（4）34-35
【2】董静，肖明，韩继增，董洁. 一种用于复杂刀具多参数设计的CAD方法. 工具技术. 1999，33（5）
【3】孙俊兰. CAD在复杂刀具设计中的应用. 天津理工学院学报. 1996,12（3）
【4】徐岩，汤百智，张艳华. 蜗轮滚刀CAD系统中工作图的自动绘制. 现代制造工程. 2005，（7）
【5】徐岩，高金莲，郑淑.蜗轮滚刀CAD系统人机界面设计与容错处理. 机械设计与制造.2005，（6）
【6】苏桂生,钱志良,李圣.蜗轮滚刀的计算机辅助设计.苏州丝绸工学院学报.1998，18（5）97-99