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齿 轮 加 工 仿 真 程 序 的 开 发陈 华 光 , 陈 多 , 廖 智(湖 南 工 程 学 院 , 湘 潭 411101)摘 要 : 介 绍 了 利 用 ActiveX Automation 编 程 接 口 , 用 VB5 编 程 在 AutoCAD R14 环 境 内 实 现 齿 轮 加工 仿 真 的 原 理 。 给 出 了 用 范 成 法 实 现 齿 轮 加 工 的 实 例 和 结 论 。关 键 词 : 齿 轮 加 工 ; 仿 真 ; AutoCAD ; ActiveX Automation中 图 分 类 号 :TH164 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 :1009 2552 (2002) 05 0034 02Development Program on Simulation of Processing GearChenHuaguang , ChenDuo , LiaoZhi( Hunan Engineering Institute , Xiangtan 411101 , China)Abstract : With VB5 and technology of activX Automation in AutoCAD programmed , this paper realized thesimulation of processing gear in AutoCAD environment. It gives the results of the processing gear with generat2ing cutting tools as an example.Keywords : Processing gear ; Simulation ; AutoCAD ; ActiveX Automation开 发 齿 轮 加 工 的 程 序 ,在 微 型 机 上 仿 真 出 两 维或 三 维 齿 轮 的 实 际 加 工 过 程 ,能 直 观 地 展 示 齿 轮 范成 加 工 原 理 、 变 位 原 理 、 切 根 现 象 ;能 给 出 标 准 渐 开线 齿 轮 的 齿 廓 形 状 、 切 根 齿 轮 的 齿 廓 的 形 状 、 正 (负 )变 位 齿 轮 的 齿 廓 的 形 状 等 ;还 能 方 便 地 改 变 待 加 工齿 轮 的 齿 数 及 刀 具 的 参 数 ,来 加 工 不 同 参 数 的 齿 轮 。1 ActiveX Automation 编 程 接 口ActiveX Automation 是 AutoCAD R14 软 件 所 提 供的 一 个 编 程 接 口 ,利 用 该 编 程 接 口 可 以 方 便 地 控 制AutoCAD 内 部 几 乎 所 有 的 操 作 。 在 启 动 VB 后 ,用 户可 以 像 调 用 VB 自 己 的 对 象 一 样 调 用 AutoCAD 所 提供 的 ActiveX Automation 对 象 。 AutoCAD 的 对 象 体 系采 用 层 次 结 构 ,最 高 层 对 象 为 AutoCAD. Application ,它 应 有 Preferences 和 Document 两 个 子 对 象 , Prefer2ences 子 对 象 等 价 于 AutoCAD 的 Preferences 对 话 框 ,包 含 了 AutoCAD 的 系 统 参 数 设 置 ,Document 子 对 象包 含 了 用 户 图 形 文 件 的 所 有 图 形 对 象 集 合 。在 VB5 环 境 下 启 动 1 个 新 工 程 ,建 立 1 个 新 窗体 ,引 入 1 个 命 令 按 钮 和 1 个 时 钟 按 钮 ,将 命 令 按 钮的 名 称 属 性 设 置 为 process ,Caption 属 性 设 置 为 加 工收 稿 日 期 :2001 11 17作 者 简 介 :陈 华 光 ,男 ,1961 年 出 生 ,1982 年 毕 业 于 湖 南 大 学 ,副 教授 ,主 要 从 事 数 据 库 、 计 算 机 辅 助 设 计 教 学 与 研 究 。仿 真 ;时 钟 按 钮 的 的 名 称 属 性 设 置 为 Time1 , Enable属 性 设 置 为 False ,Interval 属 性 设 置 为 200。 在 VB 中编 写 出 ActiveX Automation 程 序 的 第 一 步 工 作 是 用GetObject 或 CreateObject 函 数 产 生 AutoCAD. Applica2tion 和 子 对 象 Document、 preferences ,利 用 Application对 象 管 理 AutoCAD 应 用 程 序 ,利 用 它 的 属 性 对 象ActiveDocument 操 纵 当 前 活 动 文 档 ,利 用 对 象 prefer2ences 对 环 境 进 行 设 置 。 在 processClick ( ) 过 程 内增 加 产 生 上 述 对 象 的 代 码 :Dim acadapp , acaddoc , acadPref , mospace as objectSet acadApp = GetObject ( ,“ AutoCAD. Application” )Set acadPref = acadApp. preferencesSet acaddoc = acadApp. ActiveDocumentSet mospace = acaddoc. ModelSpace2 齿 轮 加 工 仿 真 实 现 原 理用 范 成 法 制 造 渐 开 线 齿 轮 时 ,常 用 模 数 和 压 力角 都 相 等 一 对 齿 轮 (齿 轮 或 齿 条 )互 相 啮 合 时 共 轭 齿廓 相 互 包 络 的 原 理 来 切 齿 的 ,刀 具 齿 轮 (齿 条 ) 的 节圆 在 齿 轮 毛 坯 的 节 圆 上 作 纯 滚 动 ,则 刀 具 的 齿 廓 即可 包 络 出 被 加 工 齿 轮 渐 开 线 轮 齿 。计 算 机 实 现 仿 真 是 一 种 运 动 的 模 拟 ,其 实 现 方法 是 在 屏 幕 上 快 速 地 显 示 一 组 相 关 的 图 形 。 利 用AutoCAD 的 ActiveX Automation 编 程 接 口 ,在 VB5 的processClick 过 程 内 完 成 齿 轮 的 角 速 度 、 齿 条 的 线 速43 信 息 技 术 2002 年 第 5 期度 等 公 共 参 数 的 计 算 ,用 循 环 调 用 Time1Timer 过程 ,在 时 钟 控 件 Time1Timer 过 程 内 完 成 齿 轮 加 工 的各 种 运 动 操 作 和 加 工 操 作 。 从 而 在 屏 幕 上 显 示 的 图形 能 仿 真 随 时 间 变 化 的 齿 轮 加 工 过 程 。 为 了 使 加 工仿 真 得 到 充 分 显 示 ,作 运 动 仿 真 时 可 关 闭 屏 幕 上 的所 有 图 标 菜 单 、 状 态 条 、 滚 动 条 等 ,使 AutoCAD 处 于全 屏 幕 显 示 状 态 (见 参 考 文 献 1) 。对 于 齿 轮 刀 具 和 轮 坯 的 平 动 用 ActiveX Automa2tion 的 Move 方 法 实 现 ,将 实 体 object 从 Point1 点 移 动到 Point2 的 格 式 为 object. Move (Point1 , Point2) 。 对 它们 的 转 动 用 Rotate3d 方 法 实 现 ,将 实 体 object 绕 由Point1、 Point2 两 点 定 义 的 转 轴 转 动 Angle 角 度 的 格 式为 object. Rotate3D(Point1 ,Point2 ,Angle) 。 对 齿 轮 刀 具与 圆 柱 毛 坯 的 切 削 操 作 要 用 Boolean 方 法 实 现 ,对 两个 两 维 区 域 (Region) 或 三 维 实 体 object1 和 object2 进行 布 尔 操 作 的 格 式 是 object1. Boolean (Operation , Ob2ject2) ,并 返 回 object1 同 时 object2 消 失 ,其 中 Operation为 选 项 0 则 作 并 (union)操 作 、 为 选 项 1 则 作 交 (inter2sect)操 作 或 选 项 2 则 作 减 (subtract) 操 作 。 为 了 在 屏幕 上 能 显 示 所 有 动 作 ,进 行 一 次 完 整 的 动 作 后 就 要 使用 Update 方 法 更 新 屏 幕 ,其 格 式 为 object. Update () 。3 范 成 法 齿 轮 加 工 的 实 现 过 程 和 技 巧(1) 建 模 。 根 据 齿 轮 的 参 数 ,完 成 图 1 所 示 的齿 条 刀 具 和 齿 轮 毛 坯 。 具 体 刀 具 的 绘 制 可 先 绘 出 单个 齿 ,用 Array 命 令 复 制 一 行 齿 ,用 Fillet 命 令 修 出 齿顶 、 齿 根 处 的 圆 角 ,用 Region 命 令 将 整 个 齿 条 变 成一 个 区 域 ,用 Circle 命 令 绘 制 一 个 圆 ,再 将 它 也 变 成一 个 区 域 作 为 轮 坯 。图 1 齿 条 刀 具 和 齿 轮 毛 坯 图 2 齿 条 和 齿 轮 毛 坯 仿 真 加 工(2)齿 条 刀 具 和 轮 坯 运 动 的 简 化 和 实 现 方 法 。范 成 运 动 :保 证 齿 条 的 速 度 等 于 轮 坯 节 圆 上 点 的 线速 度 。 齿 条 用 Move 方 法 实 现 向 左 的 移 动 ,轮 坯 用Rotate3d 方 法 实 现 顺 时 钟 转 动 ,作 范 成 运 动 的 同 时用 Boolean 方 法 的 减 运 算 完 成 切 削 操 作 。 进 给 运 动 :当 齿 条 加 工 完 一 圈 后 ,齿 条 用 Move 方 法 实 现 向 中 心作 一 径 向 进 给 ,直 到 切 出 规 定 的 齿 高 为 止 。 切 削 运动 :当 齿 条 向 左 运 动 切 完 几 个 齿 后 ,用 Move 方 法 实现 齿 条 回 到 起 始 位 置 。 让 刀 运 动 用 Move 方 法 实 现 。(3)技 巧 。 由 于 用 ActiveX Automation 的 Boolean方 法 实 现 齿 轮 刀 具 与 毛 坯 切 削 时 ,齿 轮 刀 具 实 体 消失 ,所 以 在 切 削 之 前 要 用 Copy 方 法 对 刀 具 实 体 复制 ,对 object1 复 制 其 格 式 是 object1. Copy , 切 削 之 后用 实 体 赋 值 恢 复 刀 具 实 体 。 为 了 程 序 能 自 动 找 到 轮坯 的 中 心 坐 标 ,可 用 ActiveX Automation 的 Centroid特 性 求 出 齿 轮 毛 坯 实 体 的 质 心 坐 标 作 为 它 的 旋 转 中心 。 为 了 内 存 中 保 存 的 临 时 数 据 最 小 ,可 将 文 本 窗口 中 设 置 保 存 在 内 存 中 的 历 史 行 的 数 目 HistoryLines(环 境 参 数 ) 设 置 为 最 小 ,即 用 acadpref. HistoryLines= 25。 同 时 每 完 成 几 个 切 削 操 作 就 用 Regen 方 法 实现 重 画 操 作 ,其 格 式 为 acadDoc. Regen (acActiveView2port) 。 在 Time1Timer 过 程 内 的 主 要 语 句 段 为 :Call ent1. Move(point1 , point2) 齿 条 移 动ent1. UpdateSet ent3 = ent1. Copy 复 制 齿 条ent3. Visible = FalseCall ent2. Rotate3D(p11 , p12 , - omega) 轮 坯 转 动Call ent2. Boolean(2 , ent1) 轮 坯 与 齿 条 相 切Set ent1 = ent3 恢 复 齿 条ent1. Visible = Trueent2. Updateent3. Update4 实 例 及 结 论设 要 仿 真 加 工 的 齿 轮 的 基 本 参 数 为 :模 数 : m = 10 (mm) ;分 度 圆 压 力 角 : = 20 ;齿数 :Z = 17 ;齿 顶 高 系 数 :h 3a = 1 ;径 向 间 隙 系 数 :c 3 =0. 25 ;变 位 系 数 : = 0. 5。图 3 所 示 的 是 基 本 参 数 同 上 ,无 变 位 ,虚 线 和 实线 分 别 表 示 齿 数 分 别 Z = 17 和 Z = 12 的 两 齿 廓 仿 真加 工 后 的 曲 线 形 状 。 虚 线 为 标 准 齿 廓 形 状 ,实 线 为Z = 12 的 齿 廓 形 状 ,它 有 明 显 的 切 根 现 象 。图 4 所 示 的 是 基 本 参 数 同 上 ,变 位 系 数 分 别为 0、 + 0. 5、 - 0. 5 时 仿 真 加 工 后 的 齿 形 图 ,为 了 节省 版 面 和 便 于 比 较 ,将 3 图 绘 制 一 起 。 正 变 位 齿 轮的 齿