李 斌，赵让乾

(河南工程学院 机械工程系，河南 郑州 451191)

拉刀作为一种高效、高精度的多齿复杂刀具已被广泛应用于孔的批量加工中.在设计时,拉刀所涉及的参数多，计算量大，齿形设计繁琐.同时，由于拉削加工是封闭切削，在圆孔拉刀设计中必须充分考虑并妥善处理齿升量、容屑、散热条件等与拉刀长度之间的矛盾.如采用传统的设计方法，设计人员需查阅大量资料，然后根据经验进行反复计算，设计周期较长[1-2].为了提高圆孔拉刀的设计精度并缩短设计周期，笔者开发了基于VB 6.0和Slideworks的圆孔拉刀CAD系统.该系统以Windows XP为设计操作平台,可在VB 6.0的环境下实现圆孔拉刀的计算机辅助设计.设计人员可以通过人机交互界面控制设计的方向和进程，利用计算机完成大量的数据检索和计算工作，提高设计效率，参数设计结果可以通过数据接口传递给Slideworks，自动绘出圆孔拉刀的三维视图.

1 系统总体方案的设计

图1 拉刀CAD系统总体方案Fig.1 The scheme of the CAD system for round broach

为了保证系统的可移植性、扩充性和可维护性，采用模块化编程原理对系统功能进行了分解[3]，主要设置了4大功能模块：人机交互界面模块、数据库模块、计算分析模块和绘图模块，如图1所示.

利用人机交互界面，用户可以输入设计所需的原始参数，通过对数据库的检索和计算分析模块的优化，确定拉刀的结构参数.优化过的参数可通过数据接口传递给绘图模块，绘制出拉刀的三维结构图.

2 系统各模块的实现

2.1 界面设计

系统用户界面的设计是CAD系统设计的重要组成部分，良好的界面既要方便操作、直观易学，又要保证人机交互信息的顺畅流动，在界面设计中应将设计数据与图形处理有机结合起来，使界面能够提供图文并茂的设计过程及设计结果.本系统利用了VB的多界面设计技术，主要设计了欢迎界面、参数输入界面和参数生成界面.

参数输入界面如图2所示，其主要功能是让用户输入设计拉刀所需的原始参数.用户自主输入的参数主要有零件的材料、拉削长度、拉前孔直径基本尺寸及最大和最小极限尺寸、被拉孔直径基本尺寸及最大和最小极限尺寸、刀具材料、采用的拉床等.其中，零件的材料、刀具材料和采用的机床的选择方式是下拉式菜单.零件材料的选择范围包括10钢、15钢、20钢、35钢、20Cr、30Cr、40Cr、25Ni、铸铁、黄铜等常用材料；刀具材料选择范围包括W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、W6Mo5Cr4V2、CR12；拉床选择范围包括L6110、L6110-1、L6120、L6120-1、L6140，其余项皆由用户根据实际需要自主输入数值.

参数输入界面有参数输入合法性及完整性的检测功能，当用户输入的参数不合法或不完整时，将得到提示无法进行下一步，如图3所示.当用户被拉孔直径为空时，将弹出对话框“被拉孔直径基本尺寸D不能为空”，提示用户完整输入参数.

图2 参数输入界面Fig.2 The interface for parameter input

图3 参数输入不完整示意图Fig.3 The sketch map of imperfect parameter input

完整输入原始参数并点击下一步后，就进入到拉刀参数生成界面，如图4所示.

图4 参数生成界面Fig.4 The interface for parameter generating

参数生成界面显示了拉刀所有结构参数的设计结果.拉刀的结构参数可分为4大块：前柄部基本参数、前导部和后导部基本参数、切削部基本参数和校准部基本参数，每个部分都配有标注示意图，使参数的具体含义一目了然.

2.2 数据库设计

使用传统方法设计拉刀时，需查阅大量图表检索数据.本CAD系统采用Access将这些表格编制成数据库，供计算机检索.这些数据库包括：①圆孔拉削余量；②圆孔拉刀前角选择；③圆孔拉刀后角选择；④圆孔拉刀粗切齿齿升量；⑤圆孔拉刀过渡齿和精切齿的加工余量、齿数及齿升量；⑥圆孔拉刀齿距及同时工作齿数；⑦圆孔拉刀容屑槽的形状及尺寸；⑧直线背容屑槽尺寸；⑨圆孔拉刀容屑槽系数；⑩圆孔拉刀根据拉削长度及容屑槽条件计算的轮切式拉刀最大齿升量；拉刀刚度允许的容屑槽最大深度；轮切式圆孔拉刀精切齿分屑槽尺寸；轮切式圆孔拉刀单齿组弧形槽尺寸；轮切式圆孔拉刀双齿组弧形槽尺寸；轮切式圆孔拉刀三齿组弧形槽尺寸；拉刀校准齿齿数；拉削时孔的扩张量；拉刀后导部尺寸；装配式后托柄的拉刀尾部尺寸；拉刀最大长度；成套拉刀导向部允许偏差；圆孔拉刀柄部快速卡头基本尺寸；圆孔拉刀柄部插销式基本尺寸.

在数据库的建立过程中，对不同情况可分别处理：①对于二维表格，可将表格中的不同项目加以划分，并与程序变量一一对应，所有数据按照一定的顺序编入程序，便是一个独立的数据库文件；②对于图表中的曲线，可在曲线上选中足够多的离散点，再用不同的插值方法求得所需数值.

为正确调用数据库，需采用以下语句设置数据库路径.

Adodc1.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=" + App.Path + "lqsykld.mdb;Persist Security Info=False" /设置数据库的具体路径.lqsykld.mdb是数据库的名称，App.Path表明了默认数据库路径，即数据库与VB程序放在同一文件夹中.

在本设计中，数据库是在各个参数设计时分别调用的.例如，设计粗切齿齿升量参数时，可采用以下程序：

Set db = OpenDatabase(App.Path & "lqsykld.mdb") /打开数据库/

Set rs = db.OpenRecordset("圆孔拉刀粗切齿齿升量") /调用“圆孔拉刀粗切齿齿升量”的数据库库表.

图5 主要参数优化过程Fig.5 The flow chart of parameter optimization

2.3 参数设计

拉刀的结构参数可分为两类:一类为独立参数，如拉削余量A、拉削长度L、刀具的前角及后角等，这类参数基本上不受其他参数的影响；另一类为非独立参数，如齿升量af、齿距t、容屑槽深度h、容屑系数k等，这类参数相互依赖又相互限制，其中比较重要的是齿距.

齿距减少，可以缩短拉刀的总长度，有利于降低拉刀的成本，也可以使同时工作的齿数增加，使切削过程更平稳.但是，减少齿距也会使容屑的槽体积变小，切屑容易堵塞在槽内使刀齿折断；而同时工作齿数的增加也会增加切削力，造成拉床拉力的不足或拉刀强度达不到要求[4].所以，拉刀齿距和容屑槽尺寸的选择应同步进行、综合考虑，其优化过程可按图5进行.

2.4 绘图模块

本系统中VB 6.0可调用Solidworks文件实现参数化绘图.在程序放置的文件夹中，有Solidworks文件“圆孔拉刀.SLDPRT”.在最后生成Solidworks三维图时，打开Solidworks界面，直接调用该文件，然后根据用户选择参数重建模型，即可得到用户所需的拉刀三维图，如图6所示.

图6 生成拉刀三维图Fig.6 The three-dimensional diagram of round broach

具体调用代码如下：

Set swApp = CreateObject("sldWorks.application")

swApp.Visible = 1 /显示solidworks界面

Set part = swApp.OpenDoc4(App.Path & "圆孔拉刀.SLDPRT", 1, 0, "", longstatus) /设置Solidworks文件“圆孔拉刀.SLDPRT”的位置.App.Path & "圆孔拉刀.SLDPRT"表示了该文件与VB程序处于同一文件夹内.

Set part = swApp.ActivateDoc("圆孔拉刀") /在Solidworks内激活该文件.

A = Label6.Caption '= rs.Fields("D1")

B = Label7.Caption ' = rs.Fields("L'")

c = Label8.Caption '= rs.Fields("c")

d = Label9.Caption '= rs.Fields("L''")

e = Label10.Caption '= rs.Fields("L1")

f = Label11.Caption '= rs.Fields("D2")

h = Label12.Caption '= rs.Fields("D'")

激活文件后，将文件根据用户需求重建模型，故先定义函数.在重建模型时，只需将定义的函数“D1”、“L”、“c”、“L”、“L1”、“D2”、“D”分别按照之前各部分参数的计算结果重新赋值计算，即可得到拉刀三维图.

3 结论

本设计主要研究了综合轮切式圆孔拉刀的CAD系统设计.通过用VB 6.0编程以及Access建立数据库，完成了综合轮切式圆孔拉刀的自动化CAD设计.采用VBA进行拉刀的CAD参数化设计，可对同一类型、不同规格的拉刀实现自动计算与出图，避免重复工作，提高设计效率，缩短新刀具的开发、制造周期.同时，本系统在设计的过程中，采用了模块化的设计思想，具有良好的可移植性，只需稍加修改并完成对数据库的扩充，即可进行花键拉刀的设计，具有良好的应用前景.

参考文献：

[1] 袁哲俊,刘华明.刀具设计手册[M].北京:机械工业出版社,1999：527-668.

[2] 康文利,陈立新,杜必强.基于ObjectARX的拉刀CAD系统的研制[J].CAD/CAM与制造业信息化，2002(2)：44-56.

[3] 庞丽君,胡智军.拉刀CAD自动设计系统初探[J].沈阳航空工业学院学报，2002,19(4):23-24.

[4] 徐旬.圆孔拉刀设计的CAD与计算机辅助绘图[J].沈阳建筑工程学院学报，1989,5(1):54-61.