毕业设计精品基于solidworks二次开发平台对齿轮滚刀进行三维参数化设计管理资料.docx

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毕业设计精品基于solidworks二次开发平台对齿轮滚刀进行三维参数化设计管理资料

机械工程学院

前言

齿轮在各种机械、汽车、船舶、仪器仪表中广泛应用，是传递运动和动力的重要零件。

机械产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度等，均与齿轮的质量有着密切的关系。

工厂里生产的机械零件质量和精度的提高，需要较好的加工设备和刀具。

特别是刀具在生产过程中起着及其重要的作用，它决定产品的质量。

目前，机械制造业领域中，产品的生产批量以及种类已经迅速转型，由同一产品转变为生产批量不同，种类不同的大量产品，以适应国内外市场的变化和多元化的需求，而这一转变的实现要求工具的设计、制造、市场等各方面的信息交流必须及时准确，而传统的工艺装备设计手段，仍停留在手工绘图、人工操作绘图软件的水平上，这种状况已经不适应当前的需求了；因此，CAD参数化设计技术在齿轮刀具行业中的应用显得越来越重要。

CAD参数化设计是基于三维绘图软件的二次开发，结合与其自身相关的编程语言，利用计算机实现产品设计和制造自动化，它能提高产品的性能和质量、提高产品的可靠性、降低成本和加强市场竞争力。

本文主要介绍了滚刀参数化设计软件的运行环境、模块的划分与具体组成要素、模块的功能。

着重对三维造型参数化驱动原理进行了分析，阐述了实现的方法。

最后对界面设计和功能作出分析，并提出一些修改的意见。

软件开发作为一次毕业设计来完成，既融合了专业知识，也5涉及了可视化编程工具（VB）以及数据库相关知识，两者的结合应用对我本人来讲收获很大。

此次毕业设计，杨波老师和徐莹老师作为我的指导老师，在整个设计过程中，献出宝贵的时间，不惜劳苦为我们指导设计，讲解我们设计中遇到的问题，并提出了很多建议，对我们的设计给予了很大帮助。

同时，老师经常关心我们的生活。

在此，我由衷地感谢两位老师的辛苦指导。

一、总体设计及软硬件环境：

1．齿轮刀具CAD系统的总体设计方案及功能模块划分

齿轮刀具CAD系统应以有关国家标准和行业标准为设计准则，以齿轮啮合原理及传动理论为设计依据。

进行系统的总体规划分析时，首先应将应用对象抽象为最基本、最普遍的形式，建立系统的基本框架，然后在此基础上根据具体刀具设计的特定需要对设计方案进行变化及扩展。

为此，所建系统应具有良好的可扩展性和易维护性。

由于齿轮刀具CAD技术是将刀具设计计算、分析、数据库管理及计算图形处理技术融为一体的综合性技术，因此系统的总体设计方案应保证系统内部参与设计计算的数据流动畅通，使模块间的耦合性最小，保证用户的界面双向信息的正常流动。

设计系统功能模块时，首先应根据系统总体框架对系统功能进行分解。

各功能模块的划分应充分考虑实际应用需要，将模块全面细化，最大限度地减少模块间的耦合性，增强软件的可移植性、可扩充性和可维护性。

根据系统总体规划和模块规划分原则，可将系统分成四个主要模块：

（1）用户界面管理模块

该模块包括系统菜单、视窗及各类对话框等，主要功能为管理刀具设计时的人机交互信息交流，其有效性对设计质量及效率有直接影响。

（2）刀具设计分析模块

该模块为系统的关键核心模块，主要功能是根据齿轮啮合原理和传动理论进行齿轮刀具参数设计和分析等。

根据刀具设计要求，该模块又可细化为齿形参数设计计算子模块，刀具结构参数和基本尺寸设计子模块、刀具齿形分析，刀具齿形分析和加工工艺性分析子模块和刀具制造图绘图子模块。

（3）数据库管理模块

该模块主要功能为管理在设计计算、分析过程中产生的大量设计数据及需调用的刀具设计手册数据。

利用数据库技术管理设计数据可提高管理效率，方便程序设计，使程序结构简洁、明了，便于系统维护及扩展。

（4）刀具加工图纸绘制模块

该模块可根据设计计算出的刀具齿形参数和结构参数绘制出刀具加工图纸，供刀具加工使用和设计资料存档。

通过数据库管理模块可查找出齿轮刀具加工的技术要求及相关数据填写在刀具加工图中，为生产、检验提供依据。

本次设计中，用到的软件开发工具——VB语言，基于SolidWorks二次开发平台，对齿轮滚刀进行三维参数化设计。

⑴软件

ØVB、SolidWorks、MicrosoftAccess

由于SolidWorks二次开发中支持VBA语言，因此我们使用VisualBasic编程软件，进行编程驱动SolidWorks造型。

同时，要用到Access2000数据库软件提供参数化驱动数据。

✓计算机配置：

Pentium、内存512M、硬盘160G、、光驱

✓软件使用:

SolidWorks2006版以上、VisualBasic、MicrosoftAccess2000

✓软件配置：

VisualBasic：

a）安装VisualBasic、Pentium或更高的微处理器。

b）在Windows95/98/2000下需要16MB以上的内存，WindowsNT。

c）硬盘空间：

标准版和专业版的典型安装需要48MB，完全安装需要80MB。

企业版的典型安装需要128MB，完全安装需要147MB。

VisualBasic是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。

它简单易学、效率高，且功能强大可以与Windows专业开发工具SDK相媲美。

在VisualBasic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，以用动态链接库（DLL）、对象的链接与世隔嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。

随着版本的提高，VisualBasic的功能也越来越强。

，VisualBasic，与前个版本相比，其功能有了很大提升。

VisualBasic有学习版、专业版和企业版三种版本，以满足不同的开发需要。

学习版适用于普通学习者及大多数使用VisualBasic开发一般Windows应用程序的人员，但是；专业版适用于计算机专业开发人员，包括了学习版的全部内容功能以及Internet控件开发工具之类的高级特性；企业版除包含专业版全部的内容外，还有自动化构件管理器等工具，使得专业编程人员能够开发功能强大的组骨子里分布式应用程序。

VisualBasic的功能特点：

1.提供可视化的程序设计平台

一般的计算机语言编程时，我们看不到程序运行时的实际效果；程序中避免不了潜在的错误，因此要反复地调试程序，编译，运行，观察结果，直至满意为止，这样浪费了大量的时间。

可视化程序设计，它使用了可视化设计工具，程序员能直接看到做出来的图形、界面，而用户编写的只是实现诸如数据、信息处理过程的那部分程序，程序很简短，由此可见操作起来既容易又很少出错。

2.采用面向对象程序的程序设计方法

面向对象的程序设计方法是把程序和数据封装取来作为一个对象，并为每一个对象设置所需的属性。

这些图形对象的建立不必用语句来描述，而是用工具画在界面上，使用起来非常方便和快捷。

3.实施事件驱动的编程机制

VisualBasic的编程机制是当用户通过某种方法触发一个事件，该事件又通过一个程序段来响应。

事件驱动是一种适用于图形用户界面的编程方式。

通过对图形界面的控制，来执行相应的程序段，实现某种特定的功能。

4.具有强大而开放的数据库管理功能

VisualBasic利用数据库控件，可直接建立Access格式的数据库或访问Access中的数据，并可以进行数据的存储和检索。

VisualBasic还可以编辑访问FoxPro、Paradox等外部数据库，也可以访问Excel、Lotus1-2-3等多种表格。

5.支持动态数据交换

VisualBasic提供了动态数据交换的编程技术应用程序之间的动态数据交换，能把一种应用程序的数据动态地链接到另一种应用程序中，使之在两种不同的应用程序之间交换数据。

6.支持对象链接与嵌入

VisualBasic采用了对象链接与嵌入技术，将每一个应用程序都看作一个对象，将不同的对象链接起来，再嵌入到VisualBasic应用程序中，得到具有声、像、文字等信息的集合式文件。

7.支持动态链接库

VisualBasic中使用动态链接库技术，可以在VisualBasic应用程序中将其他语言编写的函数或者将C/C++或汇编语言写的程序加入到VisualBasic中。

VB的基本语法：

:

变量定义的方法:

Dim语句,Static语句,Public语句,Private语句。

语句的格式为Dim/static/public/private<变量名1>[As<类型1>]，……

格式中各关键字的含义如下：

Dim:

用于标准模块、窗体模块中定义变量或数组，也可以在过程中定义变量。

Private:

用户在窗体模块或过程中声明变量为私有变量。

Public:

用于在标准模块中定义全局变量或数组。

As:

用于说明变量的类型。

Static:

用于在过程中声明变量为静态变量。

所谓静态变量是指当过程运行结束后，静态变量的值继续保留，但只能被初始化一次。

与Dim定义不同。

:

变量名称=表达式,变量名称,函数

:

在Form级中使用Dim语句,K（1to100,1to10）as变量类型.

ØIf…Then…If…Then

Else

Endif

ØIf…Then

ElseIf……Then

Else

Endif

ØSelectcase…

Case…

Caseelse…

Endselect

：

ØFor…ToStep…

ExitFor

Next

ØForeach

Next

ØDo

Loopwhile（Until）…

Dowhile（Until）…

Loop

While

Wend

：

退出相应的嵌套语句Exit（For,Do,Sub…）

7.VisualBasic可视化编程的步骤与规则

主要包括以下几个步骤：

创建工程→添加控件（文本、按钮等）→调整控件（包括控件的大小、尺寸、对齐样式、锁定）→设置属性→编写代码→保存工程→调试运行工程→修改工程→最后保存→生成可执行文件。

⑵硬件

计算机（最低配置）

、512MRAM、24XCD-ROM、不少于1GB的硬盘工作空间。

二、齿轮滚刀设计过程

Ø传统设计过程：

齿轮滚刀是刀齿沿圆柱或圆锥作螺旋线排列的齿轮加工刀具，用于按展成法加工圆柱齿轮﹑蜗轮和其他圆柱形带齿的工件（见齿轮加工﹑齿轮）。

根据用途的不同，滚刀分为齿轮滚刀﹑蜗轮滚刀﹑非渐开线展成滚刀和定装滚刀等。

齿轮滚刀按结构不同，可分为整体结构和镶片结构两种。

整体式滚刀结构图

滚刀的基本蜗杆有三种形式：

渐开线蜗杆、阿基米德蜗杆和法向直廓蜗杆。

由于阿基米德蜗杆制造和检测比较方便，因此在绝大多数的渐开线圆柱齿轮滚刀，均采用阿基米德蜗杆作为滚刀的基本蜗杆。

本设计中也是根据实际生产情况，进行滚刀三维参数化设计。

已知条件----被加工齿轮参数：

1）.法向模数Mn2）.分圆法向压力角α3）.齿顶高系数f

4）.径向间隙系数C5）.分圆法向弧齿厚Sfn6）.分圆螺旋角βf

7）.螺旋方向8）.精度等级

©需要选取和计算的参数：

1）.按齿轮精度等级选定精度等级

2）.根据滚刀精度等级，按表选取Ⅱ型基本尺寸：

外径Deg，孔径d、全长L、容屑槽数Zg

3）.计算法向齿形尺寸：

齿顶高heg、齿根高hjg、齿全高hg、法向齿距tn、法向齿厚Sfng

4）.查表并计算——切削部分

A.前角γo

B.铲削量：

第一铲背量K、侧刃后角αe、第二铲背量K1

C.容屑槽深度H

D.槽底半径R

E.槽形角θ

5）.作图校验

6）.计算分圆直径dfg

7）.计算分圆螺纹升角λf

8）.选择容屑槽螺旋角βfg

9）.选择容屑槽导程T

10）.计算轴向齿形尺寸：

轴向齿距tz、轴向齿厚Sfzg、齿顶圆弧半径r1、齿根圆弧半径r2

11）.计算轴向齿形角：

直槽滚刀齿形角αz、螺旋槽滚刀右侧面齿形角αzy和左侧面齿形角αzz

12）.选择滚刀螺纹方向

13）.计算直槽正前刀面齿形角：

右侧面齿形角αqy和左侧面齿形角αqz

14）.计算前刀面齿高：

齿顶高hegq和齿全高hgq

15）.查表选取轴台尺寸：

直径D1、长度l、侧棱c

16）.查表选取键槽尺寸：

槽宽B、键高T’1、圆弧半径r

17）.查表选取内孔空刀尺寸：

空刀直径d1、磨光部分长度l1

滚刀的工艺过程如下：

毛坯进行粗加工外圆→内孔加工→轴台加工→精车外圆→加工键槽→车削螺纹→铣容屑槽→铲磨外圆及齿形→磨孔→垳孔→磨削轴台外圆及端面→热处理

下面对铲磨外圆及齿形进行分析：

对于每一个齿而言，铲背分为两个步骤，即第一次铲背和第二次铲背，得到两条铲背曲线；同时还有两条铲底曲线。

当滚刀为0°前角时，前刀面与基面重合，加工之前，滚刀装在铲齿车床上，铲齿车刀装在刀架上，阿基米德螺线凸轮装在溜板箱上，铲齿时铲刀沿滚刀轴线轴向进给，铲刀又在阿基米德螺线凸轮控制下向滚刀轴线推进，滚刀转过ε角位移量。

滚刀装在铲齿车床主轴上，进给前角为零度的铲齿车刀装在刀架上，阿基米德螺线凸轮装在溜板箱上，铲齿时，滚刀随车床主轴等速转动，铲刀在刀架带动下沿滚刀轴线按滚刀，其本蜗杆导程PZ↓作相应的轴向进给，铲刀刀刃则相对于滚刀轴线作螺旋运动，同时铲刀又在阿基米德螺线凸轮控制下向滚刀轴线推进，其特征在于滚刀转过ε↓角度时，阿基米德螺线凸轮转过角度φ↓，铲刀右刀尖铲至Ｆ’点，完成一个刀齿齿背的铲削工作，滚刀转过ε↓角度，阿基米德螺线凸轮相应转过φ↓[x]角度，铲刀退回原位，开始下一个刀齿的铲削工作。

本工艺的有关工艺参数如下：

滚刀阿基米德螺线凸轮的运动关系ε↓[x]／ε＝φ↓[x]／360°滚刀每转一周的铲削次数NN＝Zk／cos↑βk铲齿时滚刀转角ε↓[p]的计算εp＝ε↓[1]＋ε↓[2]＋f↓[Δ]ε↓[3]＋ε↓[3]滚刀左右两侧刃在分圆柱上的扭转角：

Δε＝πm↓[n]↑[2]Zo／d↓[o]↑[2]其中：

ε为滚刀刀齿齿间角；ε↓[x]、φ↓［x］分别为铲刀空程时滚刀、阿基米德螺线凸轮的转动角度，Zk滚刀溶屑槽数β↓[k]为滚刀螺旋槽分圆螺旋角，ε↓[1]、ε↓[2]、分别为铲刀切入角和切出角，ε↓[2]、为滚刀刀齿角度、m↓[n]滚刀基本蜗杆法向模数、Zo为滚刀基本蜗杆螺纹头数，d↓[o]为滚刀分圆柱直径f为齿根扭转角条数。

工艺过程中零前角铲齿车刀前刀面刃形，即滚刀铲面齿轴向齿形就是零前角铲齿车刀前刀面刃形。

Ø现代滚刀参数化设计过程：

齿轮滚刀采用参数化设计，是以SolidWorks三维软件为基础平台，采用VB语言进行二次开发，可视化数据管理，便于操作。

设计不但提高了设计的效率，而且缩短了设计周期、保证设计结果的可靠性，从而对齿轮加工质量和精度有了很大的提高。

主要功能要求如下：

（1）齿形参数设计计算

输入加工齿形参数对工件几何尺寸进行校验，然后进行刀具齿形参数及加工工艺参数设计，得出一组符合要求的刀具齿形参数。

（2）刀具结构参数和基本尺寸设计

在保证加工工艺性（刀具在展切齿形时不与工件其它部件发生干涉）的前提下，选择标准规定或推荐的刀具结构形式，确定刀具结构参数和基本尺寸，并保证刀具具有足够的刚度和强度。

（3）刀具齿形图和刀具展切齿形图的校验及绘制

刀具齿形放大图可用于刀具样板或检验样板的设计，为刀具齿形加工及检验提供依据；刀具展切工件的图形及数据可用于分析刀具齿形参数设计的合理性以及刀具共轭齿形相对理论齿形的误差，或用于评价某一具体齿轮刀具对特定工件的加工工艺性。

（4）刀具三维实体的自动生成

刀具齿形及结构参数设计完毕后，可自动绘制出刀具实体图，提供刀具加工使用及设计资料存档。

（5）工程图生成

系统根据已生成的实体图自动转换为工程图。

（6）刀具技术条件的自动查询

在刀具制造图上必须依据有关标准和设计准则标注出刀具制造、验收的技术条件及要求。

三、用户界面的设计

本软件的用户界面制作，通过VB来完成。

打开VisualBasic企业版，新建一个工程后，添加一个新窗体，可调整其大小，对窗体的属性进行修改。

这时可以使用VB中常用的控件，如单选按钮、文本框、检查框、框架、列表框等，使用时可以点击后，拖放在窗体的工作区，调整其大小，修改属性；为了方便软件的部分功能操作，在软件的界面上设置了菜单栏、工具栏以及状态栏。

以下是软件界面的图片：

图为软件界面的初状态

三、数据结构和数据流程（数据库、流程图）

参数输入是通过键盘来完成，执行程序后，根据定义的所需变量，由数据库调入必要的参数，通过计算公式得出设计计算结果，最后验证结果，以保证设计的合理和可靠性。

对于数据库的应用，在这里要着重详细介绍，通常VB中有以下几种连接数据库方式：

1）连接SQLServer数据库

DimoleDbConnection1AsOleDb.OleDbConnection

DimstrConnectAsSting=”Provider=SQLOLEDB;PersistSecurityInfo=False;DataSource=服务器名;InitialCatalog=数据库名;UserID=sa;Password=;”

oleDbConnection1=NewSystem.Data.OleDb.OleDbConnection（strConnect）

2）连接Access数据库

假设要连接的Access数据库名为“”，存放在d:

\Data\目录下。

DimoleDbConnection1AsOleDb.OleDbConnection

DimstrConnectAsSting=”Provider=;DataSource=d:

\Data\”

oleDbConnection1=NewSystem.Data.OleDb.OleDbConnection（strConnect）

3）连接Oracle数据库

DimoleDbConnection1AsOleDb.OleDbConnection

DimstrConnectAsSting=”Provider=MSDAORA;DataSource=服务器名;UserID=用户ID;Password=密码;”

oleDbConnection1=NewSystem.Data.OleDb.OleDbConnection（strConnect）

DimconnAsADODB.Connection

Setconn=NewADODB.Connection

Conn.Open"Provider=;DataSource="&App.Path&DataBaseName

本软件设计采用第二种方式----连接Access数据库，VisualBasic中外界数据程序中支持Access数据程序，并且这种数据库编程输入程序比较方便、快捷，修改也比较容易。

连接数据库程序如下：

DimstrAsString

str="滚刀模数1='"&Trim（Val（）&""）&"'"

Dimdb_cnnAsNew

Dimdb_rstAsNew

Dimimgdia_Status（1To3）AsBoolean'imgdia按钮的状态数组

Dimflagindex（5）AsInteger'列表框的项目数

"provider=;"&"PersistSecurityInfo=false;"&"DataSource="&&"\"

"select*from滚刀基本参数Where"&str,db_cnn,adOpenKeyset,adLockOptimistic

Ⅰ型滚刀基本参数赋值

M28=db_rst（"滚刀模数1"）

M29=db_rst（"外径1"）

M30=db_rst（"孔径1"）

…………………………

Ⅱ型滚刀基本参数赋值

M6=db_rst（"滚刀模数1"）

M18=db_rst（"外径2"）

M19=db_rst（"孔径2"）

……………………

如果仅是通过ADO或ADOC的属性设置来进行数据库的连接，会造成数据库文件加载时路径无法识别；而通过上述程序可以有效地避免此问题，顺利地进行数据连接，为设计提供参数的输入。

四、模块的结构图

齿轮滚刀CAD系统整体框图

五、程序流程图

✓程序的最开始部分实现变量的定义，采取全局变量定义，同时也定义了需要的对象，诸如数据库记录和连接、SolidWorks零件和特征等。

DimboolstatusAsBoolean

DimlongstatusAsLong,longwarningsAsLong定义变量的类型为长整型

DimFeatureDataAsObject定义特征数据为对象变量

DimFeatureAsObject定义特征为对象变量

DimComponentAsObject

DimtempBooleanAsBoolean定义布尔变量

PublicHAsInteger,λfAsSingle,RAsInteger,KAsInteger,K1AsInteger,hegAsSingle,dfgAsSingle,cmAsInteger,K2AsInteger定义全局变量

PublictnAsSingle,hfAsSingle,hgAsSingle,CAAsSingle,tzAsSingle,sfngAsSingle，sfzgAsSingle,r1AsInteger,r2AsInteger定义全局变量

…………………………………………………………………………

✓软件界面的规划，包括菜单栏、工具栏、文本等功能设置，通过程序来实现。

✓数据库的查询

DimstrAsString

str="滚刀模数1='"&Trim（Val（）&""）&"'"

Dimdb_cnnAsNewADODB.Connection

Dimdb_rstAsNewADODB.Recordset

"provider=;"&"PersistSecurityInfo=false;"&"DataSource="&&"\滚刀参数

"

"select*from滚刀基本参数Where"&str,db_cnn,adOpenKeyset,adLockOptimistic

………………………………………………………………………………

VB通过连接Access数据库进行数据的查询，由滚刀模数作为关键值进行滚刀其他参数的查取，再通过赋值程序，完成滚刀基本结构参数的输入。

数据库的使用，对于用户来查询数据带来了极大的便捷。

✓窗体程序

PrivateSubForm_Load（）

="法向模数Mn"

="齿高系数f"

=