摘 要：针对带齿顶修缘的齿轮加工中近似参数修缘滚刀的挑选效率低，以及在机床滚切零件验证刀具是否合适时齿轮毛坯浪费大等问题，本文基于AutoLISP语言，在AutoCAD环境下，绘制出范成法齿轮齿形，通过测量图形齿顶修缘值验证刀具是否符合加工零件参数要求，极大地提高了效率，减少了材料浪费。
关键词：参数验证；AutoLISP；修缘滚刀
中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：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
多品种少批量的齿轮生产使得齿轮刀具的种类繁多，刀具库难以找到完全按零件技术参数设计的修缘滚刀。为了降低加工成本，往往挑选近似参数的修缘滚刀在机床上进行零件试切验证，这不仅造成验证效率低且齿轮毛坯浪费严重。
LISP（List Processing Language）是一种计算机的表处理语言，同样也是一种已经在人工智能学科领域被广泛应用的程序设计语言。AutoLISP语言嵌套于AutoCAD内部，是将LISP语言和AutoCAD有机结合的产物。AutoLISP正是开发AutoCAD的重要工具之一。
本文应用AutoLISP语言，通过在对话框中输入修缘滚刀参数，可以在AutoCAD环境下自动实现齿廓范成过程，得到范成后的齿廓，通过测量齿廓齿顶的修缘值验证刀具是否可用于此类零件加工，大大提高了验证效率，也节约了成本。
1 基于AutoLISP的齿轮修缘滚刀范成加工齿廓的实现
以往在计算机里用AutoCAD绘制齿轮的齿廓时，由于现有AutoCAD系统不支持直接绘出齿轮齿廓，特别是非标滚刀滚制出的齿轮齿廓，而是采用间接方法绘制渐开线齿轮齿廓，即用圆弧近似代替渐开线，这样虽能近似画出齿轮齿廓，但存在如下一些缺点：绘制出的齿廓的齿根过度线部分与实际相差较大，绘制输出的齿廓影响齿轮齿廓的检测精确度和利用此图形进行滚刀设计参数的校对。
采用AutoCAD软件中的AutoLISP语言，二次开发能够模拟范成法加工齿轮的过程，实现修缘滚刀滚制齿轮齿廓的精确绘制。使用范成法对齿轮进行加工，类似于被加工齿轮与刀具齿条间的齿合运动，过程中通过不断对刀具、毛坯重叠部分切削，从而得到全部的齿廓。
在AutoCAD环境下，首先根据所需刀具的参数绘制出修缘滚刀法向轮廓，再根据所要切制齿轮的模数、齿数、压力角、螺旋角和变位系数，绘制出齿轮的齿顶圆，齿顶圆表示齿轮毛坯，之后再通过AutoCAD内嵌的AutoLISP语言重新编写程序，模拟齿条刀具加工齿轮的过程，在切除齿条刀具与齿轮毛坯重叠的部分之后，齿条刀具移动距离L，齿轮毛坯转动相应的角度θ=Lπ/R×180°，最后切除齿条刀具和齿轮毛坯重叠的部分，得到所需齿轮的全部齿廓。具体的程序流程图如图1所示。
齿廓范成的程序代码为：
模拟切削绘图程序gear.lsp
（defun c：gear（）
（start_dialog）；启动对话
（unload_dialog d1）；卸载对话框
（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））；完成齿条刀具图
（command \"layer\" \"s\" \"l1\" \"\"）
（setq p0（polar pt0 （* 90 （/ pi 180）） （+ r xm xt）））
（command \"circle\" p0 ra）
（command \"region\" \"l\" \"\"）
（setq e10（entlast））；完成齿轮毛坯圆
（command \"rotate\" e10 \"\" p0 pj）；旋转毛胚
（setq yd（* r pj （/ pi 180） i））
（setq pt（polar pt0 0 yd））
（command \"copy\" e0 \"\" Pt0 pt）；移动齿条
（command \"region\" \"l\" \"\"）
（setq e1（entlast））
（command \"subtract\" e10 \"\" e1 \"\"）；切除重叠部分
（setq i（+ i 1））
））
（setq j（+ j 1））
）
（command \"erase\" e0 \"\"）；完成齿轮轮廓
2 程序运行验证过程及实例
计算机模拟修缘滚刀切削齿坯生成精确齿廓是在R14以上版本的AutoCAD、P4以上计算机、512M以上内存以及Windows32位操作系统环境下进行的，通过自行研发的二次开发软件完成，该软件采用AutoLISP语言编制，它由一个对话框程序gear.dcl和模拟切削绘图程序gear.lsp组成。
修缘滚刀参数和齿坯参数的输入在AutoCAD环境下进行，装载并运行gear.lsp程序，gear.lsp程序先调用打开对话框程序gear.dcl，采用对话框方式输入齿坯的模数mn、齿数Z、压力角αn、齿顶圆直径Da和螺旋角β，采用修缘滚刀法设置向齿形参数为sx0、px0、ha0、hF0、h0、af0、rc，绘制精度jd默认状态为1，表示模拟切削时每次齿坯转动的角度为1°，即每次齿坯的转动角度为1°/jd数值，jd数值越大，每次齿坯转动的角度越小，这样获得的齿廓图形越精确，根据所需切削的已知齿轮参数在法向变位系数Xn、公法线数值Wk和跨棒距数值M三个数值中任选一个输入。对话框界面如图2所示。
接下来，程序根据输入的参数绘制出修缘滚刀法向刀具轮廓和齿轮的齿顶圆，齿顶圆表示齿轮毛坯，并使齿顶圆和刀具图形成域，如图3所示。程序模拟滚刀加工齿轮的范成法加工过程，即切除刀具轮廓与齿轮齿坯重叠的部分后，修缘刀具移动距离L，同时齿轮毛坯转动相应的角度θ=Lπ/R×180°，然后再切除修缘刀具与齿轮毛坯重叠部分，如此循环，直至得到所需齿轮的全部齿廓，其过程如图3所示，所完成的齿轮齿廓图如图4所示，通过测量所得齿廓的修缘值，并与零件要求修缘值范围比对，即可挑选出可用的修缘滚刀。
3 结 论
AutoLISP是一种人工智能语言，是AutoCAD中唯一的非编译的、解释性的语言，所以在运行AutoLISP应用程序时，通过调用编写好的函数就能进行所需要的操作，通过AutoLISP可以进行再开发，同样也可以通过AutoCAD提高图形参数化设计水平，并节省大量时间。
利用AutoLISP语言进行齿廓的自动范成，从所得齿形测量出与实际加工零件一致的尺寸参数后，再与要求尺寸比对，从而避免了在机床上滚切出零件来验证修缘滚刀是否可用的步骤，大大节省了成本，也提高了效率。
参考文献：
[1] 胡仁喜，胡星，史青录.AutoLISP机械设计高级应用实例 [M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 熊万武，冯宗青.齿轮手册 [M].（第二版）.北京：机械工业出版社，2000
作者简介：张西有（1965.02-），男，汉族，陕西西安人，主任工程师，高级工程师。研究方向：信息技术。