蜗轮滚刀是加工蜗轮的主要刀具.doc

蜗轮滚刀是加工蜗轮的主要刀具,而且对于每种蜗轮,须专门设计、制造相应的滚刀。用传统 的人工设计方法,设计人员需进行查表、计算、绘图等工作,重复劳动量大,设计效率低,设计 周期长,容易出错。而采用计算机辅助设计,可以克服上述缺点,提高设计质量和效率。为此, 我们在搜集蜗轮滚刀现有设计资料,研究工人设计方法的基础上,应用 AutoCAD 内嵌的 VBA（visual basic for Application）语言,开发了蜗轮滚刀 CAD 通用软件。该系统模拟蜗轮 滚刀人工设计的全过程,自动完成设计计算、工作图绘制等全部工作。 1.1 研究蜗轮滚刀计算机辅助设计的意义 当今社会是科学技术高速发展的社会，特别是近几年来，计算机技术、电子信息技术等取 得的巨大进步，给传统的机械制造行业带来了重大的影响。多年来的实践表明，将计算机、 消息技术应用于机械行业，是机械制造行业进一步发展的必由之路。而计算机辅助设计 （Computer Aided design-CAD）技术作为计算机、消息技术在机械制造行业中应用的一门 基础技术，在机械制造领域获得了越来越广泛的发展和应用。 在产品研制开发周期中，设计工作变得愈来愈复杂，使得传统的设计方法己不能适应现代 化设计的需要。而 CAD 技术的开发和应用彻底改变了这种状况，其无论在设计速度、设 计精度、图面质量和出错率等方面，都具有传统设计方法无法比拟的优点。它能够促进科 研成果的应用、开发和转化，减轻人的脑力劳动，提高工程和产品的设计质量，缩短产品 研制开发周期，实现设计的科学性和创造性，是加速产品更新换代及提高市场竟争力的一 项关键技术和强大工具。 在刀具的设计中，为了减少设计工作量，缩短设计周期，提高设计可靠性，采用 CAD 技 术己成为当务之急。同时，利用 CAD 技术开发复杂刀具的计算机辅助设计软件具有很高 的实用价值和广阔的应用前景。 本文对机械 CAD 技术、参数化 CAD 系统设计环境和开发工具进行了分析和研究。通过对 蜗轮滚刀设计原理的分析，推出了阿基米德蜗轮滚刀的设计计算公式。由此运用 AutoCAD 2000 内嵌的 VBA 语言，开发出具有良好用户界面的蜗轮滚刀的 CAD 系统，从而实现蜗轮 滚刀的参数化设计，达到蜗轮滚刀设计的快速性、准确性和优化性。通过实例验证了蜗轮 滚刀 CAD 软件设计的正确性，它能够圆满完成用户的设计、绘图工作，同时该系统运行 可靠，使用方便，具有一定的实用价值。 在刀具设计，尤其是复杂刀具的设计中，为了减少设计工作量，缩短设计周期，提高设 计精度，采用 CAD 技术已是当务之急。本文在普通刀具 CAD 技术的基础上，提出一种适 用于复杂刀具多参数设计的 CAD 方法，并开发了相应的 CAD 软件。对于同一类型不同结 构尺寸的复杂刀具，只要输入已知参数，不必重新编程计算，即可自动按用户要求进行刀 具结构尺寸运算，并绘制出刀具设计结构图。该软件的最大优点是具有一定通用性，与交 互式绘图软件相比，可大大缩短设计周期，提高设计精度，减小同类产品之间的设计误差。 现以蜗轮滚刀参数设计为例，对软件的总体结构、功能设计和数据通讯作一介绍。 2．蜗轮滚刀参数设计软件的总体结构 本软件采用结构化设计方法，首先利用 Foxbase＋数据库进行窗口设计和数据查询、 检索；然后采用 VC＋＋语言进行参数运算；最后调用智能型参数绘图语言 Autolisp 编制 的绘图程序进行滚刀工作图绘制。软件执行框图见下图。 软件执行框图 3．窗口设计和数据检索 本软件的菜单设计和数表查询均采用 Foxbase＋语言，Foxbase＋可实现建立数据库 和数据查询等操作，并可通过程序实现数据文件中的数据操作。因此，设计蜗轮滚刀时的 许多查表工作均由 Foxbase＋完成。此外，Foxbase＋还具有简明的菜单设计功能。本软 件采用＠X，Y SAY“……”语句进行菜单设计，其优点在于：用＠……SAY 定位显示语句 可以在屏幕任意位置设置任意大小的菜单，不必在没有显示信息的地方频繁添补空格符， 因此具有一定灵活性。而且这种语句可充分利用硬件环境提供的彩色功能，使菜单美观醒 目。程序语句举例如下 ＠5，12 say “……蜗轮滚刀菜单选择……” ＠7，12 prompt“1．阿基米德蜗轮滚刀” ＠9，12 prompt“2．齿槽法向直廓蜗轮滚刀” ＠11，12 prompt“ 3．ZC1圆弧圆柱蜗轮滚刀” ＠12，13 prompt“ 4．退出” 4．Foxbase＋与 VC＋＋间的数据通讯 本软件中有关滚刀结构参数的计算采用 VC＋＋语言，而 Foxbase＋与高级语言之间 的数据通讯是借助数据文件来实现的。 Foxbase＋的 COPY TO 命令可将数据库文件转换为高级语言程序能够接受的数据 文件（以*.TXT 为扩展名的文本文件） ，而 APPEND FROM 命令则可将高级语言数据文 件的数据转移到数据库文件中，从而完成 Foxbase＋与高级语言之间的数据通讯。 5．Foxbase＋与 Autolisp 间的数据通讯 在计算机辅助设计中，数据信息与图形信息紧密相关，在利用 Foxbase＋菜单设计数 表查询、调用 VC＋＋程序计算出滚刀设计结构参数以后，则需要将这些数据信息传输给 Autolisp 程序进行参数绘图。 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）功能来实现与 Foxbase＋的数据 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。利用 Foxbase＋语言将滚刀设计结构参数的最终计 算结果存入一个文本文件（*.TXT）中，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。 例如：读取直线两端点坐标 Pt1，Pt2 绘制直线 Pt1Pt2，其程序如下： （setq f（open “name1.txt” “r”） ） （setq kk（read line f） ） （setq b“（” c“） ”） （setq mm（strcat b kk c） ） （setq nn（read mm） ） （setq pp（car nn） ） （if（＝pp 1） （setq ptl（list （nth 1nn） （nth 2nn） ） ） ） （setq pt2（list（nth 3 n 引言蜗轮滚刀是加工蜗轮最常用的刀具。蜗轮滚刀外观上和齿轮滚刀很相似，在设计上也 有不少相同之处，但蜗轮滚刀却有自己的一些特点。蜗轮滚刀的切削刃应该位于基本蜗杆 的螺纹面上，它的基本蜗杆应符合被切蜗轮相啮合的工作蜗杆，且主要参数如模数、压力 角、分度圆直径、螺纹头数、螺纹方向和螺纹升角等均须与蜗杆一致。另外，蜗轮滚刀加 工蜗轮时的中心距，除粗加工时为了控制蜗轮齿厚而可适当改变外，一般应和蜗轮副的装 配中心距严格相同。由于以上原因，每加工一种蜗轮，就单独需要一把滚刀，这就大大增 加了设计和制造的难度。用传统方法对蜗轮滚刀进行设计时，由于参数太多，计算复杂， 绘图繁琐，不仅设计效率低，而且容易发生错误。更重要的是，在齿轮加工完毕之前，一 般没有把握确定滚刀设计是否合理，用其加工的齿轮齿廓曲线是否准确，也无法证实被切 削的蜗齿轮在运行过程中是否会发生干涉现象等。因此，开发齿轮蜗轮滚刀的计算机辅助 设计软件具有很高的实用价值和广阔的应用前景。本文作者在研究了蜗轮滚刀的结构参数 及其特点的基础上，利用 SolidWorks 软件设计开发了蜗轮滚刀的计算机辅助设计系统