1 引言

　　在切削加工中廣泛使用的成形車刀是用于加工回轉(zhuǎn)體成形表面的專用刀具。成形車刀可保證穩(wěn)定的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高、可多次重磨、刀具壽命長。成形車刀的切削刃形狀是根據(jù)被加工回轉(zhuǎn)體的表面廓形設(shè)計的，傳統(tǒng)的圖解法和計算法在設(shè)計精度和效率上很難令人滿意。近年來出現(xiàn)了一些采用交互設(shè)計方式的成形車刀CAD系統(tǒng)，在一定程度上提高了設(shè)計效率，但由于在刀具廓形設(shè)計時仍然是以直線或圓弧近似替代廓形曲線，因此存在一定的廓形誤差;此外，有些成形車刀CAD系統(tǒng)尚未實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計.

　　為了進一步提高設(shè)計精度，實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，縮短設(shè)計周期，作者基于Windows XP和UG二次開發(fā)平臺，以Microsoft Visual Studio. NE7，為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了高精度圓體成形車刀設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功解決了傳統(tǒng)設(shè)計中的"雙曲線誤差"問題，實現(xiàn)了"零誤差"設(shè)計精度，并且大大提高了設(shè)計效率，用戶只需進行簡單操作，即可實現(xiàn)圓體成形車刀的自動設(shè)計。

　　2 系統(tǒng)開發(fā)平臺及運行環(huán)境

　　UG設(shè)計軟件提供了良好的二次開發(fā)環(huán)境，包括供用戶定制菜單的UG/OPEN MenuScript供用戶制作UG風(fēng)格對話框界面的設(shè)計模塊UG/OPENU1Styler和供用戶進行功能開發(fā)的UG/OPEN API等。作者在成形車刀設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)中，綜合運用了UG的各種工具模塊、CAD/CAM技術(shù)以及參數(shù)化設(shè)計技術(shù)。成形車刀應(yīng)用程序編譯后生成動態(tài)鏈接庫文件(*.dll)，內(nèi)嵌在UG中，在UG軟件啟動時自動加載到UG運行環(huán)境中，成為UG的一部分，直接控制UG的操作行為，運行結(jié)果直接在UG界面的圖形窗口顯示;用戶操作界面采用中文交互式操作，簡捷直觀，操作方便，具有良好的人機交互性和可擴充性。

　　3 圓體成形車刀設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1 "零誤差"截形法

　　根據(jù)成形車刀設(shè)計理論，可得出如下結(jié)論:前刀面截取工件回轉(zhuǎn)面，其截交線為刀刃廓形。將刀刃廓形繞刀具軸心線旋轉(zhuǎn)，即可獲得刀具成形回轉(zhuǎn)面。刀具成形回轉(zhuǎn)面沿后刀面的法面取剖面，即可獲得所求的刀具廓形。由于開發(fā)的成形車刀設(shè)計系統(tǒng)采用了基準面與工件實體相截交的方法，因而消除了按傳統(tǒng)方法設(shè)計的成形車刀在加工時產(chǎn)生的雙曲線誤差，即該系統(tǒng)設(shè)計的圓體成形車刀不會產(chǎn)生任何加工誤差，而最終車刀工作圖上的誤差僅為UG軟件本身的誤差，由于UG為高端三維設(shè)計軟件，其自身誤差極小，可忽略不計。

　　3.2 最小半徑控制點理論

　　在創(chuàng)建圓體成形車刀實體的過程中，利用了最小半徑控制點理論。最小半徑控制點即工件廓形最小半徑圓與過工件軸線的刀具基面的交點。在圓體成形車刀系統(tǒng)中，最小半徑控制點將工件模型、基準面、刀具法剖面截形緊密聯(lián)系為有機的整體。

　　如圖1所r,A為工件4的最小半徑控制點。利用數(shù)據(jù)庫巾的前角和后角值，過最小半徑點A創(chuàng)建作圖基準面1和2，從數(shù)據(jù)庫中提取圓體成形車刀3的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)最小半徑控制點的位置確定圓體成形車刀的位置。這樣即可保證圓體成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸標準化。

　　3.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

　　為了實現(xiàn)成形車刀結(jié)構(gòu)設(shè)計的標準化，該設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)來確定圓體成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸和前角、后角值。前角、后角值數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與用戶選擇的工件材料及其機械性能具有一一對應(yīng)關(guān)系，因此根據(jù)用戶選擇的工件材料及其機械性能即可在數(shù)據(jù)庫中定位提取出前角、后角值(見表1).從圓體成形車刀結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)庫中可提取出刀具結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)最小半徑控制點的位置確定圓體成形車刀的軸線位置。

　　數(shù)據(jù)表格采用VC ++ . NET的ADO ( Active Data Object，活動數(shù)據(jù)對象)直接操作Micmsoft Office Access創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫。ADO是一種基于組件對象模型的自動化接口技術(shù)91，具有以下特點:#p#分頁標題#e#

　　(1)由于封裝了許多底層工作，使用ADO可以簡化數(shù)據(jù)庫訪問，使數(shù)據(jù)庫的訪問更加方便、簡潔，在很大程度上縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間。

　　(2) ADO適用的數(shù)據(jù)源范圍廣泛,覆蓋了目前常見的數(shù)據(jù)源類型。

　　(3)ADO允許進行批更新(使用Update Batch方法)，可大大減輕計算機負擔，提高數(shù)據(jù)庫處理效率。

　　(4) ADO在快速定位、可擴展性、易于維護性等方而具有顯著優(yōu)點〕

　　3.4 模塊化設(shè)計技術(shù)

　　模塊化設(shè)計有利于系統(tǒng)的設(shè)計與維護，由于各模塊之間是相互獨立的，因此較易實現(xiàn)對某一模塊功能的更改，同時不會影響其它模塊。圓體成形車刀設(shè)計系統(tǒng)共有數(shù)據(jù)采集、刀具設(shè)計和結(jié)果輸出三個模塊(見圖2)。各模塊之間既相互獨立，又有機聯(lián)系在一起，共同完成整個系統(tǒng)功能。

　　3.5 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)

　　將參數(shù)化設(shè)計方法應(yīng)用于特征造型設(shè)計中，使特征具有可調(diào)整性，可以根據(jù)需要隨時進行調(diào)整變化(主要針對特征的幾何和拓撲信息)，這就是基于特征的參數(shù)化設(shè)計方法。將參數(shù)化設(shè)計方法應(yīng)用于特征及特征造型中，使特征參數(shù)化，并實現(xiàn)參數(shù)化造型，從而將參數(shù)化的靈活性與特征的豐富信息融合在一起。

　　對于圓體成形車刀，基于特征的參數(shù)化設(shè)計就是利用UC的特征建模方法，將圖形尺寸與一定的約束條件相互關(guān)聯(lián)，將圖形尺寸作為設(shè)計條件的函數(shù)，當設(shè)計條件改變時，圖形尺寸會隨之進行相應(yīng)的更新。成形車刀的設(shè)計是"設(shè)計-檢測-設(shè)計"的反復(fù)修改過程。設(shè)計時，通過計算得到或從數(shù)據(jù)庫中選定一個系列尺寸值后，系統(tǒng)將自動修改圖形，然后按照成形車刀設(shè)計的約束條件，檢驗選定的這一系列成形車刀尺寸是否符合設(shè)計標準。如此不斷反復(fù)，自至所選的成形車刀結(jié)構(gòu)尺寸符合全部約束條件。

　　4 設(shè)計實例

　　圓體成形車刀設(shè)計實例:進人圓體成形車刀設(shè)計系統(tǒng)界面(見圖3)進行參數(shù)設(shè)置，選擇工件材料:鋼;輸人工件材料的機械性能66:1GPa;選擇刀具材料:W18Cr4V;輸出信息:刀具加工代碼或刀具二維工程圖;點擊OK按鈕。設(shè)計出的圓體成形車刀二維工程圖見圖4。輸出的部分數(shù)控加工代碼如下:

　　5 結(jié)論

　　根據(jù)設(shè)計實例的設(shè)計結(jié)果可知，該圓體成形車刀設(shè)計系統(tǒng)具有以下特點:

　　(1)設(shè)計精度高，可實現(xiàn)"零誤差"設(shè)計。

　　(2)設(shè)計速度快，可大大縮短設(shè)計時間，節(jié)約刀具制造成本。

　　(3)系統(tǒng)各模塊之間運行協(xié)調(diào)，可共同完成設(shè)計功能。

　　(4)實現(xiàn)T與11G系統(tǒng)的無縫集成，用戶菜單直接掛在UG系統(tǒng)主菜單上，利用UG/Open UIStyler制作的UG風(fēng)格對話框簡捷直觀、操作方便，具有良好的人機交互性、可擴充性和可移植性。

　　本系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法不僅適用于成形車刀CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)，對其它專用CAD/CAM系統(tǒng)的二次開發(fā)也極具參考價值。