基于AutoCAD 200x滚齿加工图形仿真

基于ＡｕｔｏＣＡＤ２００ｘ滚齿加工图形仿真

作者：沈淑红

来源：《沿海企业与科技》2007年第05期

[摘要]文章探讨基于AutocAD 200X软件二次开发技术的滚齿加工图形仿真方法，介绍滚齿加工图形仿真的实际应用效果和在教学中的应用；并将所得的结果应用于生产实践，取得较好的效果。

[关键词]滚齿原理；仿真；齿轮加工；图形

[作者简介]沈淑红，唐山学院计算中心实验师，研究方向：计算机辅助设计实验教学，河北唐山，063000

[中图分类号]TF1245

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2007)05-0037-0003

一、引言

一般情况下，常用的渐开线齿轮齿形加工工艺是先进行滚齿加工，然后进行剃齿加工。在实际生产过程中，由于剃齿刀的刀尖部位的切削速度很快，容易因积累大量的切削热而烧毁，从而影响加工质量和效率。为了避免出现这种情况，一般对滚齿加工使用的剃前滚刀的齿形做必要的修正：如带触角的齿形，以改善滚齿后的齿轮齿根过渡曲线，使剃齿刀的刀尖在剃齿加工时不参加切削。以往的滚齿加工仿真只能定性地给出加工后的包络线，不能定量地给出滚刀的齿形参数与齿轮齿根过渡曲线参数之间的对应关系。为了解决这个实际生产中的问题，我们在滚齿加工图形仿真方面作了初步的探索，并将所得的结果应用于生产实践，取得较好的效果。

二、原理及程序流程

齿轮齿形主要包括渐开线和齿根过渡曲线两部分，构成齿轮齿根圆角的过渡曲线是由滚刀齿顶形成的，齿根过渡曲线虽可增厚齿根，提高轮齿的抗弯刚度，但也有可能导致齿形的干涉，使齿轮转动不平稳、磨损快、噪音大，甚至卡住或折断轮齿。对于剃齿加工，则表现为刀尖部位的烧毁。一般的CAD软件在建立数学模型时，采用齿根过渡圆角代替实际的过渡曲线(见图1)，这在实际工程应用中的意义不大，因此对齿轮齿根过渡曲线的研究正是我们工作的重点。

滚齿加工齿轮是按照齿轮啮合原理进行的，齿轮滚刀的切削刃形状不同于被加工齿轮任何剖面的形状，加工齿轮原理属于范成法。由于目前常见的齿轮滚刀，都是阿基米德侧铲螺旋面滚刀，因此在进行仿真加工时使用工具齿条代替滚刀，齿条的齿形与滚刀的法向齿形相同。在进行齿轮加工的图形仿真时，首先利用范成法原理，用工具齿条切制出齿轮的齿廓包络线(见图2)，齿廓包络线的获得较容易，方法也很多。我们是利用Delphi语言和AutoLISP语言混合编程，对AutoCAD软件进行二次开发，完成了齿廓包络线生成和处理。具体处理时，齿条位置和轮坯相应的转角应保证齿轮在齿条的节线上作纯滚动这一运动关系，然后根据此关系使用move(移动)和rotate(旋转)命令移动工具齿条和转动轮坯，当齿条上的某个齿移动到与轮坯相切削的位置时，画出该齿齿形并使其随轮坯转动，这样不断循环即可包络出整个齿轮。由于齿廓包络线不便于进行定量分析，下一步工作就是在齿廓包络线的基础上，通过一定的算法处理得到加工仿真后的齿廓曲线数据(见图1)。仿真程序分为四个模块：滚刀参数输入模块，滚刀齿形参数计算与绘制模块，切削仿真模块，齿廓曲线处理计算模块，程序流程见图3。

三、程序算法

全部图形仿真工作是利用AutoCAD 200X软件提供的AetiveX接口，通过Delph和AutoLISP语言混合编程二次开发实现的。程序算法的关键点在于齿廓轮廓线的生成。为了提高算法的效率，首先在绘制包络线时根据齿条齿形顶点与齿轮齿顶圆的距离去掉与构成齿轮齿廓曲线无关的一部分包络线，并且对其余的包络线用齿顶圆进行裁减，得到如图2的结果。其次，将所得的包络线用IGES格式文件保存并通过程序转换成方便处理的格式，为轮廓线的生成做好准备。

在AutoCAD软件中，在存储组成包络线的各条多义线时，是按照多义线绘制的先后顺序进行的，并且各条多义线的组成实体点也有确定的方向性。

具体算法步骤：

1.记录点Point-A的坐标数据及其所在实体(Solid-A)的相关属性(如实体为圆弧，则还需记录圆心坐标)；

2.在Link-A中依次取出其他各条多义线，并计算各条多义线的每一个组成实体与Solid-A 的实交点；

3.如果实交点存在且实交点在Pomt-A的正方向(sohd-A的方向)一侧，则取此类实交点中距离点Pomt-A最近的点(记作Point—B)，转步骤4；否则，取实体Solid-A的终点替代点Point-A，取多义线Phne-A中下一个实体替代Solid-A，转步骤5。

4.判断点Point-B是否与齿形轮廓线终点(Point-E)重合?是，则转步骤6；否，则用点Point-B替代Point-A，其所在的多义线代替Pline-A，转步骤1。

5.判断点Point-A是否与齿形轮廓线终点(Point-E)重合?是，则转步骤6；否，则转步骤2。