CN103065020A

CN103065020A - 一种渐开线齿轮精指形铣刀cad 制图应用方法

Info

Publication number: CN103065020A
Application number: CN2013100171689A
Authority: CN
Inventors: 胡志祖; 赵宗立; 张帮栋; 牛艳芳; 李玉辉
Original assignee: 胡志祖
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开的一种渐开线齿轮精指形铣刀CAD制图应用方法是构建基于UG平台的刀具CAD***,通过输入指形铣刀的各种三维参数，生成三维实体模型，通过对三维参数化技术进行分析与总结,采用参数化技术和UG二次开发技术,实现渐开线齿轮精指形铣刀三维模型及二维CAD图形的自动生成及尺寸的自动标注。本发明解决精指形铣刀设计过程中计算繁琐、易于出错的问题，达到提高设计精度、缩短产品的设计周期、降低设计成本、避免设计误差的目的。广泛应用于按仿形法原理和无瞬心包络法原理加工齿轮所用指形铣刀的CAD参数化设计。

Description

一种渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法

技术领域

本发明属于齿轮刀具CAD参数化设计技术领域，主要涉及的是一种渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法。广泛应用于按仿形法原理和无瞬心包络法原理加工齿轮所用指形铣刀的CAD参数化设计。

背景技术

传统的齿轮刀具设计，需要综合大量的理论知识，并需查阅很多相关的手册, 设计过程通常使用手工计算，计算繁琐、工作量大且易出错。

目前，国内齿轮刀具多以高速钢刀具为主，普遍采用普通机床加工，在加工效率和加工精度上存在较多问题。国外齿轮刀具的研发趋势是与数控高效机床发展保持同步，刀具的设计、制造普遍采用CAD/CAPP/CAM 技术。

UG是美国UGS(Unigraphics Solutions)公司推出的三维设计软件Unigraphics(简称UG), UG三维设计软件具有强大的造型能力与协同化装配建模功能。是目前最流行的CAD/CAE/CAM软件之一。目前，UG软件已成为国内外企业普遍应用的CAD/CAM/CAE设计、加工工艺流程设计的工具。但UG软件都未提供标企业定制的齿轮刀具设计***，还有很多的约束和不便之处，也未见有利用UG软件开发专用齿轮刀具CAD ***的相关报道。

因此，如何利用UG软件开发企业定制的专用齿轮刀具CAD***，使齿轮刀具的设计简化、易于操作、适用性进一步提高，有利于提高刀具设计的整体水平，成为现代企业提高经济效益，实现高效、优质、低成本生产急需解决的一个重要问题。

发明目的

本发明的目的是提供一种渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，解决精指形铣刀设计过程中计算繁琐、易于出错的问题，达到提高设计精度、缩短产品的设计周期、降低设计成本、避免设计误差的目的。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法包括，构建基于UG平台的刀具CAD***,通过输入指形铣刀的各种三维参数，生成三维实体模型，通过对三维参数化技术进行分析与总结,采用参数化技术和UG二次开发技术,实现渐开线齿轮精指形铣刀三维模型及二维CAD图形的自动生成及尺寸的自动标注。

本发明使用VC++语言设计出用于计算渐开线齿形坐标值及各种中间变量数值的软件并实现数据的保存。

本发明使用UG/Open Grip语言编写出基于UG平台的渐开线齿轮精指形铣刀刀槽三维实体模型程序，通过在程序中接受渐开线齿形坐标点值、编写铣刀刀槽及指形铣刀实体其他部分程序生成指形铣刀三维模型。

本发明采用UG/Open Grip程序程序中编写尺寸标注子程序，在成指形铣刀三维模型的同时，对三维实体进行尺寸标注。

本发明使用UG Open Grip语言编写出基于UG平台的尺寸的自动标注程序，并在UG建模功能框架内实现二维图的自动生成。

本发明所述渐开线齿形坐标点值范围为10～25组，最佳为17组坐标值。

本发明利用UG提供的二次开发工具开发定制的专用齿轮刀具CAD***,采用VC++6.0 作为开发工具,配合UG 提供的二次开发工具UG/Open，解决精指形铣刀设计过程中计算繁琐、易于出错的问题，实现一种基于UG 的渐开线齿轮精指形铣刀三维CAD参数化设计并生成目前国内企业生产中常用的二维CAD图形且自动标注尺寸及技术要求。具有以下有益效果：

1、大大减少了指形铣刀设计和计算的强度，大大缩短了产品的设计周期，降低了设计成本。采用手工计算一把指形铣刀齿形并绘制二维CAD图形需一周左右，设计每个坐标值点都需要运用至少15个公式，计算极其繁琐，易出错。采用本套软件从计算到出用于生产的二维CAD图只需半小时左右。

2、设计精度可以达到小数点后四位，完全满足生产实际需要。同时可以根据用户要求通过修改程序增加小数点后位数，提高了设计精度；

3、采用微软公司的VC++6.0作为编写计算渐开线廓形程序的工具，使程序在Windows 操作***下运行更为安全、稳定；

4、软件对公司生产的各种指形铣刀渐开线廓形坐标点数量作了汇总，采用17组坐标，满足了绝大多数精指形铣刀设计要求，创建出用户定制的、专用的UG功能标准模块,给设计指形铣刀带来极大的方便,满足企业的个性化的需要；

5、通过UG提供的二次开发工具UG/Open编写Grip程序实现UG强大的建模功能；

6、生成的指形铣刀三维模型可在UG的CAE模块中进行强度数值模拟分析，较精确地掌握刀具上各点的受力情况，了解刀具内部应力、应变及温度的分布规律，方便找出危险点，提高刀具的使用寿命；

7、生成的指形铣刀三维模型可在UG的CAM模块中生成数控G代码，方便在数控机床上加工；

8、在此基础上还可以开发切制齿轮的仿真软件，对形成齿廓的过程进行动态仿真,帮助刀具设计者验证刀具的齿形参数合理与否,减少甚至避免试切,直接降低齿轮的试切、调试费用,缩短试制周期，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明渐开线齿形坐标计算对话框，用于输入渐开线齿轮的各种参数。

图2是本发明渐开线齿形中间变量计算数据，用以判断渐开线齿形坐标值是否正确。

图3是本发明渐开线齿形坐标值计算数据。

图4是本发明输入指形铣刀前端切削刃及中心孔各参数。

图5是本发明在UG中生成前端切削刃及中心孔各部。

图6是本发明输入渐开线坐标值。

图7是本发明在UG中生成指形铣刀渐开线廓形。

图8是本发明输入指形铣刀总长参数。

图9是本发明在UG中生成指形铣刀基本廓形。

图10是本发明输入指形铣刀尾部与刀杆连接尺寸。

图11是本发明在UG中生成指形铣刀基本造型。

图12输入指形铣刀尾部装卡平面参数

图13是本发明在UG中生成指形铣刀尾部装卡平面。

图14是本发明输入指形铣刀刀槽参数及刀槽数量。

图15是本发明当输入刀槽数量不在正常范围内时报错，图中刀槽数量应为偶数个数（四个槽、六个槽、八个槽），当输入刀槽数量不在正常范围内时报错。

图16是本发明生成指形铣刀完整的造型。

图17是本发明指形铣刀仰视图。

图18是本发明指形铣刀CAD制图功能模块的实现，图中所示尺寸为加工切头飞剪XC240-11的精指形铣刀图纸的各个参数。

图19是上述参数发生改变后生成的指形铣刀CAD图形，图中可实现输入不同刀具的参数，生成不同形状刀具的实体并标注尺寸，由此可判断刀具的设计参数是否合理，证明该程序的通用性。

图20是本发明生成的二维CAD图。

图21是图20的仰视图。

具体实施方式

结合附图，通过实施例对本发明进一步详细说明。

本实施例所述的渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法是针对渐开线齿轮精指形铣刀的实际生产需求,构建基于UG平台的刀具CAD***,通过输入指形铣刀的各种三维参数，生成三维实体模型，通过对三维参数化技术进行分析与总结,采用参数化技术和UG二次开发技术,实现渐开线齿轮精指形铣刀三维模型及二维CAD图形的自动生成及尺寸的自动标注。所述的渐开线齿轮精指形铣刀包括直齿和斜齿。

指形铣刀生成的过程是：输入指形铣刀前端切削刃及中心孔各参数（如图4所示）→生成前端切削刃及中心孔各部（如图5所示）→输入渐开线坐标值（如图6所示）→生成指形铣刀渐开线廓形（如图7所示）→输入指形铣刀总长参数（如图8所示）→生成指形铣刀基本廓形（如图9所示）→输入指形铣刀尾部与刀杆连接尺寸（如图10所示）→中生成指形铣刀基本造型（如图11所示）→输入指形铣刀尾部装卡平面参数（如图12所示）→生成指形铣刀尾部装卡平面（如图13所示）→输入指形铣刀刀槽参数及刀槽数量（如图14所示）→生成指形铣刀三维实体模型（如图16、17所示）→自动标注尺寸（如图18所示）。

上述渐开线齿形坐标点的软件的设计是在VC中新建MFC工程框架并对工程命名，在工程资源中设计对话框（如图1所示）。本设计中对话框类别（Class Name）名称为SheZhiCanShu，为对话框所有控件（Object IDs）添加消息响应（Messages）。并在SheZhiCanShu.cpp中初始化所有控件。在主程序头文件CDemoDlg.h中对输入的参数及计算中使用各种变量进行定义。在主程序可执行文件中加入#include "math.h"，调用数学库头文件用于计算，定义Π值为const double pi(3.14159265)，初始化各种变量。

本设计在void CDemoDlg::OnOK() {}函数中添加计算渐开线坐标点C++算法程序并实现计算出的数据保存（图3所示）。在void CDemoDlg::OnBUTTONCanShu(){}函数中添加实现数据之间交换设置代码，实现对话框和程序之间的数据交流。

使用C++语言编写计算渐开线各种中间变量的程序并保存（如图2所示），包括齿轮基本参数（基圆直径、分度圆直径、渐开角、步距等等），用于检查渐开线坐标值是否正确。

用UG/Open Grip语言开发生成指形铣刀三维实体的程序，需解决以下几个问题：

①使用UG/ Open Grip语言设置各种类型变量。

②使用UG/ Open Grip语言编写出实现将计算出的渐开线坐标值连接成光滑曲线的程序，参考机械工业出版社《复杂刀具设计手册》，设计出指形铣刀渐开线齿形的各个点，为增加切削刃重磨次数增加两个坐标点,本设计设计17组坐标点，渐开线齿形坐标点数可根据需要扩展。（坐标点应为17个点，分为3组）

③应用UG/ Open Grip语言中子程序编写及调用和连接的实现。

④应用UG /Open Grip语言中循环、阵列、实体旋转、求和、求差等功能的实现。

⑤应用UG /Open Grip语言中标注功能，实现基于UG平台的渐开线齿轮精指形铣刀CAD制图功能模块的实现

⑥开发铣刀槽程序、渐开线齿轮精指形铣刀数学模型的建立，实现各段曲线光滑过渡，使铣刀在切削过程中更利于排屑，并实现报错功能（如图15所示）。

⑦使用UG Open Grip语言编写出基于UG平台的指形铣刀人机对话框参数化建模程序，实现输入不同刀具的参数，生成不同大小形状的刀具实体。

使用UG/Open Grip语言编写指形铣刀尺寸标注子程序，实现尺寸的自动标注。

生成的指形铣刀三维实体模型在UG建模框架内使用视图变化功能，转变为二维图。使用UG建模框架内文件→导出→DXF/DWG功能分别将二维图输出到AutoCAD中并稍作编辑就可生成生产中常用的二维CAD图，完成设计过程（如图20、21所示）。

最后，在AutoCAD中设置图框，打印出图。

本实施例通过应用于加工切头飞剪主减速器齿轮轴（零件号N260-15，参数： Mn=40，α=25°，Z=27，β=12o,Ha*=1）和应用于加工Ф5.4×40m回转窑小齿轮（零件号J2525-7，参数： Mn=36，α=25°，Z=21，变位系数χ=0.4，Ha*=1），最终获得的精指形铣刀的渐开线齿形坐标值并生成图纸的各个参数，正确率达100%，具有较为广泛的应用价值。

Claims

1.一种渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，其特征是：构建基于UG平台的刀具CAD***,通过输入指形铣刀的各种三维参数，生成三维实体模型，通过对三维参数化技术进行分析与总结,采用参数化技术和UG二次开发技术,实现渐开线齿轮精指形铣刀三维模型及二维CAD图形的自动生成及尺寸的自动标注。

2.根据权利要求1所述的渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，其特征是：使用VC++语言设计出用于计算渐开线齿形坐标值及各种中间变量数值的软件并实现数据的保存。

3.根据权利要求1所述的渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，其特征是：使用UG/Open Grip语言编写出基于UG平台的渐开线齿轮精指形铣刀刀槽三维实体模型程序，通过在程序中接受渐开线齿形坐标点值、编写铣刀刀槽及指形铣刀实体其他部分程序生成指形铣刀三维模型。

4.根据权利要求1所述的渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，其特征是：采用UG/Open Grip程序程序中编写尺寸标注子程序，在成指形铣刀三维模型的同时，对三维实体进行尺寸标注。

5.根据权利要求1所述的渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，其特征是：使用UG Open Grip语言编写出基于UG平台的尺寸的自动标注程序，并在UG建模功能框架内实现二维图的自动生成。

6. 根据权利要求1所述的渐开线齿轮精指形铣刀CAD 制图应用方法，其特征是：渐开线齿形坐标点值为10～25组，最佳为17组坐标值。