摘要：针对成形车刀设计周期长、工作量大、设计精度较低等特点，采用Visual C⁺⁺ 6.0对AutoCAD进行二次开发，可实现圆体成形车刀的计算机辅助设计。用户只需交互式地输入必要的数据就可设计出符合要求的棱体成形车刀，并输出符合国标要求的工程图。

1 引言

成形车刀又称样板刀，主要用于加工内、外回转体的成形表面，是加工回转体成形表面的专用刀具，需根据工件的廓形来设计切削刃形状。采用成形车刀加工的零件精度可达IT9～10级，表面粗糙度R_a可达2.5～10µm ，具有加工质量稳定、刀具可重磨次数多、使用寿命长、生产效率高等优点，适宜于大批量生产。采用传统的手工设计法具有设计周期长、工作量大、设计精度低等缺点，通过开发成形车刀计算机辅助设计系统，可简化设计过程、缩短设计周期、提高设计精度。

2 系统开发平台

AutoCAD自1982年12月推出第一个版本AutoCAD 1.0以来，凭借其易学易用、价格合理的优势，迅速得到了广大工程设计人员的认可和青睐。Autodesk公司在开发AutoCAD产品时，采用开放式体系结构，使AutoCAD在全球CAD软件市场所占的市场份额日益扩大。

Object ARX(AutoCAD Runtime Extension)是Autodesk公司从AutoCAD R13c4版开始提供的以C⁺⁺为基础的一种面向对象的新的开发环境及应用程序接口，包含了一系列的类库和头文件。使用Object ARX开发的程序编译后实际上是一种Windows动态链接库(DLL)，这些动态链接库文件与AutoCAD在相同的地址空间运行，可用核心AutoCAD数据结构和代码直接进行操作。这些库文件充分利用AutoCAD的开放结构体系，可直接访问AutoCAD数据库结构、图形系统和AutoCAD几何引擎，以适时扩展AutoCAD类及其处理能力。Object ARX应用程序以C^++-为开发语言，具有面向对象编程方式的数据可封装性、继承性及多态性等特点；用其开发的软件具有模块性好、独立性强、连接简单、使用方便、内部功能高效实用以及代码可重用性强等优点。

本系统采用。均ectARx 对AlltocADZ000 进行二次开发。

3 圆体成形车刀CAD系统设计

3.1 刀具结构设计

本系统由初始化设置、刀具结构设计模块、刀具廓线设计模块、参数化绘图模块、尺寸自动标注模块和图形输出模块等构成。

圆体成形车刀的主要结构参数包括刀体的总宽度L₀、刀体外径d₀、刀体内径d_内、夹固部分尺寸等。

刀体的总宽度L₀
根据某文献，L₀可由下式求出L₀=L_c+L_y式中：L_c——切削刀刃的总宽度
L_y_除切屑刃外其它部分的宽度由于刀体的总宽度与切削刀刃的总宽度相同，即有L₀=l+a+b+c+d式中：l——工件的廓形宽度
a——为避免切削刃转角过尖而设的附加刀刃宽度，a值取为0.5 ～3mm
b——考虑到工件端面加工和倒角而设的附加刀刃宽度，因其数值大于端面精加工余量和倒角宽度(如果工件有倒角，则此段的K_r值应等于倒角角度值)，b值应比倒角宽度值大1～1.5 mm
c——为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽切削刃宽度，。值取3～8mm
d——为保证切削刃超出工件毛坯表面而设的附加切削刃宽度，d值取0.5～2mm
上述参数可通过对话框选取或人机交互方式输入。
刀体外径d₀和内孔直径d_内
在确定刀体外径d₀时，需要考虑工件的最大廓形深度、排屑、刀体强度及刚度等因素。刀体外径d₀的尺寸尽可能做大些，可使其导热性好、可重磨次数多、双曲线误差小，但刀体外径的增大要受机床刀架高度、刀具材料的消耗、工件孔径尺寸的限制(加工内孔表面时)，因此圆体成形车刀的刀体外径一般为工件最大廓形深度的6～8倍，按下式计算后，取与其相近的标准值。d₀=2R₀>2(A_max+e+m)+d_内式中：R₀——刀具廓形的最大半径
A_max——工件最大廓形深度，A_max=r_max-r_min
e——为保证有足够的容屑空间，一般取3～12mm
m——刀体最小壁厚由刀体强度决定，一般取5～8mm
d_内——内孔直径，为保证刀体和心轴有足够的强度和刚度，d_内需按切削用量和切削力的大小选取，一般取(0.25～0.45)d₀，计算后取与之相近的标准值
上述参数可通过对话框选取或人机交互方式输入。
夹固部分尺寸
圆体成形车刀常采用内孔与端面定位，螺栓夹固，刀具套在刀夹的心轴上并用螺栓夹紧。但当刀具的尺寸或切削用量较大时，成形车刀的端面常做出一段凸台，凸台上可视具体情况铣出端面齿纹或滚花。端面齿纹可防止车刀与刀夹间发生相对转动，并在刀体重磨后起粗调刀尖的作用。有时为制造方便可专门做出与成形车刀相配合的可更换端面齿环，并用销钉固定在刀体上。本系统采用的夹固部分为带销孔的圆体成形车刀，它通过圆柱销传递扭矩，其夹固部分的结构尺寸参见国防工业出版社2001出版的由杨平、廉仲所著《机械电子工程设计》中的表3.3，将表中的数据存入系统中，用户只需选择车床型号即可。

3.2 刀具廓形设计

回转体类零件廓形一般由圆弧段、直线段及非圆曲线段构成。由于每段廓形的修正计算方法各不相同，因此在进行廓形修正计算前应先区分圆弧段和直线段。

系统根据用户以人机交互方式输入的各转折点的直径和轴向距离及其对应的上、下偏差进行数据处理和廓形计算，并根据预先确定的基点设置坐标点。在对圆弧段进行修正计算时，需判断圆弧是凸圆弧还是凹圆弧，是对称圆弧还是非对称圆弧。刀具廓形设计程序。

l_i为计算出来的刀具廓形上第i点的轴向距离；R_i为计算出的刀具廓形半径。当工件成形表面为圆弧时，由于前角和后角的存在，因此与之对应的成形车刀廓形实际上已不是圆弧形，为简化设计制造，在圆弧形状精度要求不高时，仍可以圆弧作为刀具廓形，不过其半径将增大。

3.3 参数化绘图

参数化绘图就是将图形尺寸与一定的设计条件(或约束条件)相关联，即将图形尺寸看成是“设计条件”的函数，当设计条件发生改变时，图形的尺寸会随之发生相应的更新。机械设计是设计一评价－设计不断反复修改的过程，当用户选定一个尺寸并键入新的尺寸值后，系统根据用户输入的新值来修改图形。参数化绘图分为程序驱动法和尺寸驱动法两种，本系统中采用程序驱动法进行参数化绘图。

在上述设计步骤所获得数据的基础上，系统通过转换廓形点和成形车刀的结构尺寸来确定基点坐标，从而确定其它点的坐标和绘图方向，通过调用AutoCAD图元命令对象即可生成成形车刀的工作图。首先对工件廓形的各组成点进行排序，从左到右依次设为1、2、3、4．……，取第1点为基准点，其余点的坐标根据第1点的坐标确定。对于刀具廓形的生成，需先计算出刀具廓形各组成点的坐标，再通过调用AutoCAD图元命令对象将其首尾相连，在不知道工件廓形组成点的数量时，需在程序中使用循环语句来实现刀具廓形的生成。由于输入工件参数时工件廓形组成点的数量未知，因此创建一系列数组来存储各点的参数，为了能通过循环语句实现刀具廓形的生成，实际上是按照刀具廓形(包括附加刃在内)从左到右的顺序存储数组的，这样用循环语句生成的刀具廓形才与刀具实际廓形一致，工件廓形组成点的个数通过用户输入点的个数来确定。由于刀具其他部分(如内孔)的各组成点的坐标都是根据第一点的坐标用内孔各尺寸参数来计算，这些参数与选用的加工车床有关，不同的车床有不同的尺寸。由于系统中已经存入了这些尺寸参数，用户只需选择加工车床，系统即可算出各点坐标，通过ARX调用AutoCAD图元命令对象绘出图形。

3.4 自动标注尺寸

圆体成形车刀的尺寸标注包括线性尺寸标注、角度尺寸标注、直径尺寸标注以及表面粗糙度标注。其中，表面粗糙度的标注需先创建表面粗糙度代号，并放入块中，插到成形车刀工作图的适当位置，用ARx 调用AlltocAD 尺寸标注命令。自动标注尺寸时要考虑各尺寸之间的位置关系，需对尺寸进行适当的排序。

3.5 输出图形

设置图幅和填充标题栏
用户通过对话框选择所需图幅的大小。在填写标题栏前，先由用户选择标题栏格式，弹出标题栏填充对话框，由用户在对话框中填入设计者姓名、图名、材料、比例等信息后，系统即可将其填入标题栏中的相应位置，系统根据用户的选择创建相应标题栏，并根据选好的图幅将标题栏插入到图框的相应位置。
填写技术要求
填写技术要求只需在对话框中填入，做成块后，系统可根据选择好的图幅，自动将其插入到适当的位置，技术要求输入对话框。

4 系统的运行环境及要求

圆体成形车刀计算机辅助设计系统以AutoCAD2000为支撑平台，利用Visual C⁺⁺ 6.0和AutoCAD提供的Object ARX 3.0开发工具进行二次开发，在AutoCAD2000环境下加载ARX动态链接库运行。

硬件配置要求：Pentiu 133以上机型，至少32MB内存。用户只需以人机交互方式输入必要的设计数据，即可设计出符合要求的圆体成形车刀，并输出符合国标要求的工程图，同时输出的数据可方便地转换成数控加工指令。该系统的应用可显著提高成形车刀的设计精度，缩短设计周期，降低设计、生产成本，具有良好的实用性和推广价值。

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