基于AutoLISP的漸開線修緣齒輪滾刀修緣值參數驗證

摘 要：針對帶齒頂修緣的齒輪加工中近似參數修緣滾刀的挑選效率低，以及在機床滾切零件驗證刀具是否合適時齒輪毛坯浪費大等問題，本文基于AutoLISP語言，在AutoCAD環境下，繪制出范成法齒輪齒形，通過測量圖形齒頂修緣值驗證刀具是否符合加工零件參數要求，極大地提高了效率，減少了材料浪費。

關鍵詞：參數驗證；AutoLISP；修緣滾刀

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0163-03

Verification of Trimming Parameter of Involute Gear Hob Based on AutoLISP

ZHANG Xiyou

（Information Department of Shanxi Changkong Gear Co.，Ltd.，Hanzhong 723102，China）

Abstract：Aiming at the inefficiency of selecting approximate parameter trimming hob in gear machining with tooth top trimming edge and the waste of gear blank in machine tool hobbing parts to verify the appropriateness of the cutter，this paper draws the normal gear tooth profile based on AutoLISP and AutoCAD. By measuring the value of tooth top trimming edge to verify whether the cutter meets the requirements of machining parameters，the efficiency is greatly improved and the material waste is reduced.

Keywords：parameter validation；AutoLISP；trimming gear hob

0 引 言

多品種少批量的齒輪生產使得齒輪刀具的種類繁多，刀具庫難以找到完全按零件技術參數設計的修緣滾刀。為了降低加工成本，往往挑選近似參數的修緣滾刀在機床上進行零件試切驗證，這不僅造成驗證效率低且齒輪毛坯浪費嚴重。

LISP（List Processing Language）是一種計算機的表處理語言，同樣也是一種已經在人工智能學科領域被廣泛應用的程序設計語言。AutoLISP語言嵌套于AutoCAD內部，是將LISP語言和AutoCAD有機結合的產物。AutoLISP正是開發AutoCAD的重要工具之一。

本文應用AutoLISP語言，通過在對話框中輸入修緣滾刀參數，可以在AutoCAD環境下自動實現齒廓范成過程，得到范成后的齒廓，通過測量齒廓齒頂的修緣值驗證刀具是否可用于此類零件加工，大大提高了驗證效率，也節約了成本。

1 基于AutoLISP的齒輪修緣滾刀范成加工齒廓的實現

以往在計算機里用AutoCAD繪制齒輪的齒廓時，由于現有AutoCAD系統不支持直接繪出齒輪齒廓，特別是非標滾刀滾制出的齒輪齒廓，而是采用間接方法繪制漸開線齒輪齒廓，即用圓弧近似代替漸開線，這樣雖能近似畫出齒輪齒廓，但存在如下一些缺點：繪制出的齒廓的齒根過度線部分與實際相差較大，繪制輸出的齒廓影響齒輪齒廓的檢測精確度和利用此圖形進行滾刀設計參數的校對。

采用AutoCAD軟件中的AutoLISP語言，二次開發能夠模擬范成法加工齒輪的過程，實現修緣滾刀滾制齒輪齒廓的精確繪制。使用范成法對齒輪進行加工，類似于被加工齒輪與刀具齒條間的齒合運動，過程中通過不斷對刀具、毛坯重疊部分切削，從而得到全部的齒廓。

在AutoCAD環境下，首先根據所需刀具的參數繪制出修緣滾刀法向輪廓，再根據所要切制齒輪的模數、齒數、壓力角、螺旋角和變位系數，繪制出齒輪的齒頂圓，齒頂圓表示齒輪毛坯，之后再通過AutoCAD內嵌的AutoLISP語言重新編寫程序，模擬齒條刀具加工齒輪的過程，在切除齒條刀具與齒輪毛坯重疊的部分之后，齒條刀具移動距離L，齒輪毛坯轉動相應的角度θ=Lπ/R×180°，最后切除齒條刀具和齒輪毛坯重疊的部分，得到所需齒輪的全部齒廓。具體的程序流程圖如圖1所示。

齒廓范成的程序代碼為：

模擬切削繪圖程序gear.lsp

（defun c：gear（）

（start_dialog）；啟動對話

（unload_dialog d1）；卸載對話框

（command \"pline\" pt8 pt7 pt6 pt4 \"\"）

（command \"arc\" pt4 pt14 pt10）

（command \"pline\" pt10 pt11\"\"）

（command \"arc\" pt3 pt15 pt11）

（command \"pline\" pt3 pt5 pt9\"\"）

（command \"pline\" pt7 pt6 pt4\"\"）

（command \"arc\" pt4 pt14 pt10）

（command \"region\" \"w\" pt20 pt18\"\"）

（command \"move\" \"w\" pt21 pt19 \"\" pt0 pt）

（setq e0（entlast））；完成齒條刀具圖

（command \"layer\" \"s\" \"l1\" \"\"）

（setq p0（polar pt0 （* 90 （/ pi 180）） （+ r xm xt）））

（command \"circle\" p0 ra）

（command \"region\" \"l\" \"\"）

（setq e10（entlast））；完成齒輪毛坯圓

（command \"rotate\" e10 \"\" p0 pj）；旋轉毛胚

（setq yd（* r pj （/ pi 180） i））

（setq pt（polar pt0 0 yd））

（command \"copy\" e0 \"\" Pt0 pt）；移動齒條

（command \"region\" \"l\" \"\"）

（setq e1（entlast））

（command \"subtract\" e10 \"\" e1 \"\"）；切除重疊部分

（setq i（+ i 1））

））

（setq j（+ j 1））

）

（command \"erase\" e0 \"\"）；完成齒輪輪廓

2 程序運行驗證過程及實例

計算機模擬修緣滾刀切削齒坯生成精確齒廓是在R14以上版本的AutoCAD、P4以上計算機、512M以上內存以及Windows32位操作系統環境下進行的，通過自行研發的二次開發軟件完成，該軟件采用AutoLISP語言編制，它由一個對話框程序gear.dcl和模擬切削繪圖程序gear.lsp組成。

修緣滾刀參數和齒坯參數的輸入在AutoCAD環境下進行，裝載并運行gear.lsp程序，gear.lsp程序先調用打開對話框程序gear.dcl，采用對話框方式輸入齒坯的模數mn、齒數Z、壓力角αn、齒頂圓直徑Da和螺旋角β，采用修緣滾刀法設置向齒形參數為sx0、px0、ha0、hF0、h0、af0、rc，繪制精度jd默認狀態為1，表示模擬切削時每次齒坯轉動的角度為1°，即每次齒坯的轉動角度為1°/jd數值，jd數值越大，每次齒坯轉動的角度越小，這樣獲得的齒廓圖形越精確，根據所需切削的已知齒輪參數在法向變位系數Xn、公法線數值Wk和跨棒距數值M三個數值中任選一個輸入。對話框界面如圖2所示。

接下來，程序根據輸入的參數繪制出修緣滾刀法向刀具輪廓和齒輪的齒頂圓，齒頂圓表示齒輪毛坯，并使齒頂圓和刀具圖形成域，如圖3所示。程序模擬滾刀加工齒輪的范成法加工過程，即切除刀具輪廓與齒輪齒坯重疊的部分后，修緣刀具移動距離L，同時齒輪毛坯轉動相應的角度θ=Lπ/R×180°，然后再切除修緣刀具與齒輪毛坯重疊部分，如此循環，直至得到所需齒輪的全部齒廓，其過程如圖3所示，所完成的齒輪齒廓圖如圖4所示，通過測量所得齒廓的修緣值，并與零件要求修緣值范圍比對，即可挑選出可用的修緣滾刀。

3 結 論

AutoLISP是一種人工智能語言，是AutoCAD中唯一的非編譯的、解釋性的語言，所以在運行AutoLISP應用程序時，通過調用編寫好的函數就能進行所需要的操作，通過AutoLISP可以進行再開發，同樣也可以通過AutoCAD提高圖形參數化設計水平，并節省大量時間。

利用AutoLISP語言進行齒廓的自動范成，從所得齒形測量出與實際加工零件一致的尺寸參數后，再與要求尺寸比對，從而避免了在機床上滾切出零件來驗證修緣滾刀是否可用的步驟，大大節省了成本，也提高了效率。

參考文獻：

[1] 胡仁喜，胡星，史青錄.AutoLISP機械設計高級應用實例 [M].北京：機械工業出版社，2005.

[2] 熊萬武，馮宗青.齒輪手冊 [M].（第二版）.北京：機械工業出版社，2000

作者簡介：張西有（1965.02-），男，漢族，陜西西安人，主任工程師，高級工程師。研究方向：信息技術。