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(rèn)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)
   a_fn——滾刀分度圓法向齒形角
   b_f——被切齒輪分度圓上的螺旋角
   

   圖1 滾刀外徑對齒輪齒面波度的影響(afn= 20°，bf= 15°)

   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)。
   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；
   ……}
   

   圖2 鏟磨校核流程

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D_ed
   flag = TRUE；}} ……}

圖3 面向?qū)ο蟮臐L刀CAD 系統(tǒng)信息模型

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▽�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(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：

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：

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。