基于VB 6.0和Slideworks的圓孔拉刀CAD系統(tǒng)研究

李 斌，趙讓乾

(河南工程學(xué)院 機(jī)械工程系，河南 鄭州 451191)

拉刀作為一種高效、高精度的多齒復(fù)雜刀具已被廣泛應(yīng)用于孔的批量加工中.在設(shè)計(jì)時(shí),拉刀所涉及的參數(shù)多，計(jì)算量大，齒形設(shè)計(jì)繁瑣.同時(shí)，由于拉削加工是封閉切削，在圓孔拉刀設(shè)計(jì)中必須充分考慮并妥善處理齒升量、容屑、散熱條件等與拉刀長度之間的矛盾.如采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員需查閱大量資料，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，設(shè)計(jì)周期較長[1-2].為了提高圓孔拉刀的設(shè)計(jì)精度并縮短設(shè)計(jì)周期，筆者開發(fā)了基于VB 6.0和Slideworks的圓孔拉刀CAD系統(tǒng).該系統(tǒng)以Windows XP為設(shè)計(jì)操作平臺(tái),可在VB 6.0的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)圓孔拉刀的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)人員可以通過人機(jī)交互界面控制設(shè)計(jì)的方向和進(jìn)程，利用計(jì)算機(jī)完成大量的數(shù)據(jù)檢索和計(jì)算工作，提高設(shè)計(jì)效率，參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果可以通過數(shù)據(jù)接口傳遞給Slideworks，自動(dòng)繪出圓孔拉刀的三維視圖.

1 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

圖1 拉刀CAD系統(tǒng)總體方案Fig.1 The scheme of the CAD system for round broach

為了保證系統(tǒng)的可移植性、擴(kuò)充性和可維護(hù)性，采用模塊化編程原理對系統(tǒng)功能進(jìn)行了分解[3]，主要設(shè)置了4大功能模塊：人機(jī)交互界面模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、計(jì)算分析模塊和繪圖模塊，如圖1所示.

利用人機(jī)交互界面，用戶可以輸入設(shè)計(jì)所需的原始參數(shù)，通過對數(shù)據(jù)庫的檢索和計(jì)算分析模塊的優(yōu)化，確定拉刀的結(jié)構(gòu)參數(shù).優(yōu)化過的參數(shù)可通過數(shù)據(jù)接口傳遞給繪圖模塊，繪制出拉刀的三維結(jié)構(gòu)圖.

2 系統(tǒng)各模塊的實(shí)現(xiàn)

2.1 界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)用戶界面的設(shè)計(jì)是CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，良好的界面既要方便操作、直觀易學(xué)，又要保證人機(jī)交互信息的順暢流動(dòng)，在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與圖形處理有機(jī)結(jié)合起來，使界面能夠提供圖文并茂的設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)結(jié)果.本系統(tǒng)利用了VB的多界面設(shè)計(jì)技術(shù)，主要設(shè)計(jì)了歡迎界面、參數(shù)輸入界面和參數(shù)生成界面.

參數(shù)輸入界面如圖2所示，其主要功能是讓用戶輸入設(shè)計(jì)拉刀所需的原始參數(shù).用戶自主輸入的參數(shù)主要有零件的材料、拉削長度、拉前孔直徑基本尺寸及最大和最小極限尺寸、被拉孔直徑基本尺寸及最大和最小極限尺寸、刀具材料、采用的拉床等.其中，零件的材料、刀具材料和采用的機(jī)床的選擇方式是下拉式菜單.零件材料的選擇范圍包括10鋼、15鋼、20鋼、35鋼、20Cr、30Cr、40Cr、25Ni、鑄鐵、黃銅等常用材料；刀具材料選擇范圍包括W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、W6Mo5Cr4V2、CR12；拉床選擇范圍包括L6110、L6110-1、L6120、L6120-1、L6140，其余項(xiàng)皆由用戶根據(jù)實(shí)際需要自主輸入數(shù)值.

參數(shù)輸入界面有參數(shù)輸入合法性及完整性的檢測功能，當(dāng)用戶輸入的參數(shù)不合法或不完整時(shí)，將得到提示無法進(jìn)行下一步，如圖3所示.當(dāng)用戶被拉孔直徑為空時(shí)，將彈出對話框“被拉孔直徑基本尺寸D不能為空”，提示用戶完整輸入?yún)?shù).

圖2 參數(shù)輸入界面Fig.2 The interface for parameter input

圖3 參數(shù)輸入不完整示意圖Fig.3 The sketch map of imperfect parameter input

完整輸入原始參數(shù)并點(diǎn)擊下一步后，就進(jìn)入到拉刀參數(shù)生成界面，如圖4所示.

圖4 參數(shù)生成界面Fig.4 The interface for parameter generating

參數(shù)生成界面顯示了拉刀所有結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)結(jié)果.拉刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)可分為4大塊：前柄部基本參數(shù)、前導(dǎo)部和后導(dǎo)部基本參數(shù)、切削部基本參數(shù)和校準(zhǔn)部基本參數(shù)，每個(gè)部分都配有標(biāo)注示意圖，使參數(shù)的具體含義一目了然.

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

使用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)拉刀時(shí)，需查閱大量圖表檢索數(shù)據(jù).本CAD系統(tǒng)采用Access將這些表格編制成數(shù)據(jù)庫，供計(jì)算機(jī)檢索.這些數(shù)據(jù)庫包括：①圓孔拉削余量；②圓孔拉刀前角選擇；③圓孔拉刀后角選擇；④圓孔拉刀粗切齒齒升量；⑤圓孔拉刀過渡齒和精切齒的加工余量、齒數(shù)及齒升量；⑥圓孔拉刀齒距及同時(shí)工作齒數(shù)；⑦圓孔拉刀容屑槽的形狀及尺寸；⑧直線背容屑槽尺寸；⑨圓孔拉刀容屑槽系數(shù)；⑩圓孔拉刀根據(jù)拉削長度及容屑槽條件計(jì)算的輪切式拉刀最大齒升量；拉刀剛度允許的容屑槽最大深度；輪切式圓孔拉刀精切齒分屑槽尺寸；輪切式圓孔拉刀單齒組弧形槽尺寸；輪切式圓孔拉刀雙齒組弧形槽尺寸；輪切式圓孔拉刀三齒組弧形槽尺寸；拉刀校準(zhǔn)齒齒數(shù)；拉削時(shí)孔的擴(kuò)張量；拉刀后導(dǎo)部尺寸；裝配式后托柄的拉刀尾部尺寸；拉刀最大長度；成套拉刀導(dǎo)向部允許偏差；圓孔拉刀柄部快速卡頭基本尺寸；圓孔拉刀柄部插銷式基本尺寸.

在數(shù)據(jù)庫的建立過程中，對不同情況可分別處理：①對于二維表格，可將表格中的不同項(xiàng)目加以劃分，并與程序變量一一對應(yīng)，所有數(shù)據(jù)按照一定的順序編入程序，便是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫文件；②對于圖表中的曲線，可在曲線上選中足夠多的離散點(diǎn)，再用不同的插值方法求得所需數(shù)值.

為正確調(diào)用數(shù)據(jù)庫，需采用以下語句設(shè)置數(shù)據(jù)庫路徑.

Adodc1.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=" + App.Path + "lqsykld.mdb;Persist Security Info=False" /設(shè)置數(shù)據(jù)庫的具體路徑.lqsykld.mdb是數(shù)據(jù)庫的名稱，App.Path表明了默認(rèn)數(shù)據(jù)庫路徑，即數(shù)據(jù)庫與VB程序放在同一文件夾中.

在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)庫是在各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)分別調(diào)用的.例如，設(shè)計(jì)粗切齒齒升量參數(shù)時(shí)，可采用以下程序：

Set db = OpenDatabase(App.Path & "lqsykld.mdb") /打開數(shù)據(jù)庫/

Set rs = db.OpenRecordset("圓孔拉刀粗切齒齒升量") /調(diào)用“圓孔拉刀粗切齒齒升量”的數(shù)據(jù)庫庫表.

圖5 主要參數(shù)優(yōu)化過程Fig.5 The flow chart of parameter optimization

2.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

拉刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)可分為兩類:一類為獨(dú)立參數(shù)，如拉削余量A、拉削長度L、刀具的前角及后角等，這類參數(shù)基本上不受其他參數(shù)的影響；另一類為非獨(dú)立參數(shù)，如齒升量af、齒距t、容屑槽深度h、容屑系數(shù)k等，這類參數(shù)相互依賴又相互限制，其中比較重要的是齒距.

齒距減少，可以縮短拉刀的總長度，有利于降低拉刀的成本，也可以使同時(shí)工作的齒數(shù)增加，使切削過程更平穩(wěn).但是，減少齒距也會(huì)使容屑的槽體積變小，切屑容易堵塞在槽內(nèi)使刀齒折斷；而同時(shí)工作齒數(shù)的增加也會(huì)增加切削力，造成拉床拉力的不足或拉刀強(qiáng)度達(dá)不到要求[4].所以，拉刀齒距和容屑槽尺寸的選擇應(yīng)同步進(jìn)行、綜合考慮，其優(yōu)化過程可按圖5進(jìn)行.

2.4 繪圖模塊

本系統(tǒng)中VB 6.0可調(diào)用Solidworks文件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化繪圖.在程序放置的文件夾中，有Solidworks文件“圓孔拉刀.SLDPRT”.在最后生成Solidworks三維圖時(shí)，打開Solidworks界面，直接調(diào)用該文件，然后根據(jù)用戶選擇參數(shù)重建模型，即可得到用戶所需的拉刀三維圖，如圖6所示.

圖6 生成拉刀三維圖Fig.6 The three-dimensional diagram of round broach

具體調(diào)用代碼如下：

Set swApp = CreateObject("sldWorks.application")

swApp.Visible = 1 /顯示solidworks界面

Set part = swApp.OpenDoc4(App.Path & "圓孔拉刀.SLDPRT", 1, 0, "", longstatus) /設(shè)置Solidworks文件“圓孔拉刀.SLDPRT”的位置.App.Path & "圓孔拉刀.SLDPRT"表示了該文件與VB程序處于同一文件夾內(nèi).

Set part = swApp.ActivateDoc("圓孔拉刀") /在Solidworks內(nèi)激活該文件.

A = Label6.Caption '= rs.Fields("D1")

B = Label7.Caption ' = rs.Fields("L'")

c = Label8.Caption '= rs.Fields("c")

d = Label9.Caption '= rs.Fields("L''")

e = Label10.Caption '= rs.Fields("L1")

f = Label11.Caption '= rs.Fields("D2")

h = Label12.Caption '= rs.Fields("D'")

激活文件后，將文件根據(jù)用戶需求重建模型，故先定義函數(shù).在重建模型時(shí)，只需將定義的函數(shù)“D1”、“L”、“c”、“L”、“L1”、“D2”、“D”分別按照之前各部分參數(shù)的計(jì)算結(jié)果重新賦值計(jì)算，即可得到拉刀三維圖.

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要研究了綜合輪切式圓孔拉刀的CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì).通過用VB 6.0編程以及Access建立數(shù)據(jù)庫，完成了綜合輪切式圓孔拉刀的自動(dòng)化CAD設(shè)計(jì).采用VBA進(jìn)行拉刀的CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)，可對同一類型、不同規(guī)格的拉刀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算與出圖，避免重復(fù)工作，提高設(shè)計(jì)效率，縮短新刀具的開發(fā)、制造周期.同時(shí)，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，具有良好的可移植性，只需稍加修改并完成對數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)充，即可進(jìn)行花鍵拉刀的設(shè)計(jì)，具有良好的應(yīng)用前景.

參考文獻(xiàn)：

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[3] 龐麗君,胡智軍.拉刀CAD自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)初探[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,19(4):23-24.

[4] 徐旬.圓孔拉刀設(shè)計(jì)的CAD與計(jì)算機(jī)輔助繪圖[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1989,5(1):54-61.