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體成形表面的專用刀具。成形車刀可保證穩定的加工質量，生產效率高、可多次重磨、刀具壽命長。成形車刀的切削刃形狀是根據被加工回轉體的表面廓形設計的，傳統的圖解法和計算法在設計精度和效率上很難令人滿意。近年來出現了一些采用交互設計方式的成形車刀CAD系統，在一定程度上提高了設計效率，但由于在刀具廓形設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系統尚未實現參數化設計.

　　為了進一步提高設計精度，實現參數化設計，縮短設計周期，作者基于Windows XP和UG二次開發平臺，以Microsoft Visual Studio. NE7，為開發環境，開發了高精度圓體成形車刀設計系統。該系統成功解決了傳統設計中的"雙曲線誤差"問題，實現了"零誤差"設計精度，并且大大提高了設計效率，用戶只需進行簡單操作，即可實現圓體成形車刀的自動設計。

　　2 系統開發平臺及運行環境

　　UG設計軟件提供了良好的二次開發環境，包括供用戶定制菜單的UG/OPEN MenuScript供用戶制作UG風格對話框界面的設計模塊UG/OPENU1Styler和供用戶進行功能開發的UG/OPEN API等。作者在成形車刀設計系統的開發中，綜合運用了UG的各種工具模塊、CAD/CAM技術以及參數化設計技術。成形車刀應用程序編譯后生成動態鏈接庫文件(*.dll)，內嵌在UG中，在UG軟件啟動時自動加載到UG運行環境中，成為UG的一部分，直接控制UG的操作行為，運行結果直接在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 圓體成形車刀設計的關鍵技術

　　3.1 "零誤差"截形法

　　根據成形車刀設計理論，可得出如下結論:前刀面截取工件回轉面，其截交線為刀刃廓形。將刀刃廓形繞刀具軸心線旋轉，即可獲得刀具成形回轉面。刀具成形回轉面沿后刀面的法面取剖面，即可獲得所求的刀具廓形。由于開發的成形車刀設計系統采用了基準面與工件實體相截交的方法，因而消除了按傳統方法設計的成形車刀在加工時產生的雙曲線誤差，即該系統設計的圓體成形車刀不會產生任何加工誤差，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。利用數據庫巾的前角和后角值，過最小半徑點A創建作圖基準面1和2，從數據庫中提取圓體成形車刀3的結構數據，然后根據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構尺寸標準化。

　　3.3 數據庫技術

　　為了實現成形車刀結構設計的標準化，該設計系統應用了數據庫技術來確定圓體成形車刀的結構尺寸和前角、后角值。前角、后角值數據庫中的數據與用戶選擇的工件材料及其機械性能具有一一對應關系，因此根據用戶選擇的工件材料及其機械性能即可在數據庫中定位提取出前角、后角值(見表1).從圓體成形車刀結構尺寸數據庫中可提取出刀具結構數據，然后根據最小半徑控制點的位置確定圓體成形車刀的軸線位置。

　　數據表格采用VC ++ . NET的ADO ( Active Data Object，活動數據對象)直接操作Micmsoft Office Access創建的數據庫。ADO是一種基于組件對象模型的自動化接口技術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可以簡化數據庫訪問，使數據庫的訪問更加方便、簡潔，在很大程度上縮短了系統開發時間。

　　(2) ADO適用的數據源范圍廣泛,覆蓋了目前常見的數據源類型。

　　(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，提高數據庫處理效率。

　　(4) ADO在快速定位、可擴展性、易于維護性等方而具有顯著優點〕

　　3.4 模塊化設計技術

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

　　3.5 參數化設計技術

　　將參數化設計方法應用于特征造型設計中，使特征具有可調整性，可以根據需要隨時進行調整變化(主要針對特征的幾何和拓撲信息)，這就是基于特征的參數化設計方法。將參數化設計方法應用于特征及特征造型中，使特征參數化，并實現參數化造型，從而將參數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，基于特征的參數化設計就是利用UC的特征建模方法，將圖形尺寸與一定的約束條件相互關聯，將圖形尺寸作為設計條件的函數，當設計條件改變時，圖形尺寸會隨之進行相應的更新。成形車刀的設計是"設計-檢測-設計"的反復修改過程。設計時，通過計算得到或從數據庫中選定一個系列尺寸值后，系統將自動修改圖形，然后按照成形車刀設計的約束條件，檢驗選定的這一系列成形車刀尺寸是否符合設計標準。如此不斷反復，自至所選的成形車刀結構尺寸符合全部約束條件。

　　4 設計實例

　　圓體成形車刀設計實例:進人圓體成形車刀設計系統界面(見圖3)進行參數設置，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。設計出的圓體成形車刀二維工程圖見圖4。輸出的部分數控加工代碼如下:

　　5 結論

　　根據設計實例的設計結果可知，該圓體成形車刀設計系統具有以下特點:

　　(1)設計精度高，可實現"零誤差"設計。

　　(2)設計速度快，可大大縮短設計時間，節約刀具制造成本。

　　(3)系統各模塊之間運行協調，可共同完成設計功能。

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

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