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[刀具設計] 基于Excel和AutoCAD的刀具設計

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    基于Excel和AutoCAD的刀具設計
    陳航偉
    浙江易立工具有限公司 浙江金華 321000
    摘要:介紹一個實用的刀具設計程序,此程序編寫無需語言,編程時先建立一個含有塊屬性的“視圖單元塊”庫,隨后提取庫中模塊,組合成所需的CAD啞圖。Excel計算程序分輸入和輸出部分,編后隱藏輔助計算部分。程序中加入幫助、批注、國家標準和相關計算手冊,方便使用時查詢。Excel程序計算后,即可將輸出的計算結果整列復制粘貼在相應CAD啞圖中的規定位置,這樣就完成了刀具設計全過程。
    關鍵詞:復雜刀具;刀具設計;模塊化設計;Excel;AutoCAD
    1 序言

    [size=1em]復雜刀具的設計程序通常都使用VB和AutoCAD ActiveX對AutoCAD進行二次開發,完成計算和CAD自動出圖程序的編寫,但是開發速度較慢,同時對開發人員的能力要求較高[1],F介紹基于Excel和AutoCAD平臺的復雜刀具設計方法,無需編程語言和AutoCAD二次開發,使用簡單的塊生成技巧和模塊化制作,生成能自動填寫數據的CAD啞圖。采用復制、粘貼方式快速實現Excel計算數據和CAD設計圖樣無縫連接,免填寫,實現CAD自動出圖。實現刀具設計程序編寫簡易、快捷且大眾化,并可匯合組成一個刀具設計系統[2,3]。

    [size=1em]對于無需計算的國家標準刀具和生產圖冊中的刀具,只要建立數據庫,制作對應的CAD啞圖,在計算表上輸入規格就可直接生成生產用圖。

    2 CAD啞圖制作2.1 總體設計思路

    [size=1em]刀具圖樣構成簡單圖形無國家標準畫法,除必須按比例繪制的投影圖外,圖形都釆用無比例的方式來繪制。但要求圖形規范、細節表示清晰且排列整齊美觀。同時圖層需分明,表面粗糙度、幾何公差、刀具尺寸公差必須符合國家標準。因此制作CAD啞圖的圖面質量是設計程序的關鍵。為實現批量制作CAD啞圖,應先建立含有塊屬性的“視圖單元塊”和含有塊屬性的“標志符號塊”。

    2.2 含有塊屬性的“視圖單元塊”制作

    [size=1em]為快速制作CAD啞圖,應將常用刀具視圖分解,做成“視圖單元塊”,“視圖單元塊”中包括刀具視圖和有塊屬性標志的符號、幾何公差及表面粗糙度等。典型的刀具“視圖單元塊”如圖1所示,簡稱單元塊,單元塊內含標志符號塊,分解時會顯示標志符號名稱。

    [size=0.8em]圖1 典型的刀具“視圖單元塊”

    [size=1em]做“視圖單元塊”時,線條、文字必須嚴格按照規定圖層進行繪制和標注,“視圖單元塊”制作完成后,先按刀具品種分類,例如滾刀、拉刀及銑刀等,然后進入“視圖單元塊”庫供調用。

    2.3 建立有塊屬性的“標志符號塊”庫

    [size=1em]“標志符號塊”是以圖樣上各種標志尺寸及文字的名稱(如工件各種內外徑、長度、角度、法向齒距、內孔、公差、產品規格及圖樣名稱等)做成的有屬性的塊。

    [size=1em]建立塊屬性時打開AutoCAD塊屬性中“屬性定義”對話框(見圖2),在標記、提示及默認3個對話框內,填寫需要建立標志符號的“標志尺寸”或“文字”的名稱(標記、提示和默認3處輸入內容相同),隨后選擇對正、文字樣式和文字高度等, 按下確定按鈕,完成“標志符號塊”屬性的建立。

    [size=0.8em]圖2 “屬性定義”對話框

    [size=1em]“標志符號塊”和插入方法如圖3所示,當標志處有角度時“標志符號塊”可旋轉。

    [size=0.8em]圖3 “標志符號塊”和插入方法

    [size=1em]隨后將“標志符號塊”分類入庫,有屬性的“標志符號塊”可供制作“視圖單元塊”時調用。

    2.4 CAD啞圖模塊化制作步驟

    [size=1em]以齒輪滾刀為例介紹具體的制作步驟。打開AutoCAD,調入自定義的工廠標準圖框塊,圖樣比例1∶1。然后從“視圖單元塊”庫中分別提取齒輪滾刀刀體單元塊、軸向齒形單元塊、技術條件單元塊、工件和滾刀數據塊(本例無)等,將單元塊整齊排列,插入工廠標準圖框塊內,用分解命令分解全部單元塊(分解圖見圖4a),檢查圖樣并完善補充欠缺部分。

    [size=1em]確定無誤后點擊AutoCAD的塊創建命令,對圖樣進行塊定義,將該圖樣的名稱輸入名稱對話框內,按塊定義步驟將上述分解后的單元塊合成一個新塊,這個塊就是能自動填寫刀具尺寸、標志符號和文字的CAD啞圖(見圖4b),雙擊CAD啞圖會出現“數據轉換編輯器”,隨后分類進庫備用。

    [size=0.8em]圖4 CAD啞圖制作過程

    [size=1em]綜上所述,有了“視圖單元塊”庫就可以非常方便快捷地組合各種形式的CAD刀具啞圖,而且在完成的CAD啞圖上適當變換視圖就可做成系列圖樣。例如修緣齒輪滾刀只要更換軸向齒形單元塊即可變成Ⅰ型、Ⅱ型和全圓弧型凸角齒形3種圖樣,而且通過凸角形式可編寫一個共用的Excel修緣齒輪滾刀設計程序。輸入CAD啞圖中數據文字的標志數量不限。

    3 Excel設計程序的編寫和使用3.1 程序編寫

    [size=1em]以標準滾刀設計為例,標準滾刀設計程序界面(見圖5)由隱藏列(由公式列、數據列、計算過程及部分計算結果等組成,相當于設計程序后臺不需顯示)、計算數據輸出列、計算數據輸入框、設計資料框及標題欄填寫數據框等組成,組成的列框數不限。

    [size=0.8em]圖5 標準滾刀設計程序界面

    [size=1em]在本例標準齒輪滾刀設計程序的Excel程序界面中,C、D、F及G等列已隱藏,返回、幫助等超鏈接按鈕在A、B列上端,點擊可快速到達指定部位。工件數據和計算結果都匯總在E列,E列上的數據和名稱排序必須和雙擊CAD啞圖后產生的“數據轉換編輯器”上數據名稱、排序一一對應,否則計算結果和數據名稱會發生錯位,無法在圖樣中正確顯示。

    [size=1em]輸入數據的單元格應填充顏色以示區別,輸入數據的單元格可插入批注,提示數據輸入要求,以方便使用。輸入工件規格、形式、技術標準及刀體尺寸時,可在Excel中用數據命令中的數據有效性“序列” 選項卡格式做成下拉菜單形式 (見圖6)進行選擇。刀具計算公式可直接建立在單元格中,也可建立在待隱藏的輔助計算單元格中。隨后對工作表進行加密,加密時先確定單元格允許編輯區域(指可輸入數據的單元格的區域),并根據需要對現有公式的單元格進行是否隱藏和鎖定的操作。

    [size=0.8em]圖6 下拉菜單形式

    [size=1em]程序中可外掛VB程序(包絡生成滾刀齒形、切削模擬等小程序)、刀具國家標準和技術設計書籍等電子文檔資料,這些都可用超鏈接方式鏈接,方便查詢計算。

    3.2 計算程序的使用

    [size=1em]以標準齒輪滾刀為例,首先在圖5中,將工件數據輸入有顏色的單元格,有“▼”符號的單元格可下拉選擇,例如產品規格、技術條件及滾刀刀體尺寸等。

    [size=1em]如需修整更改刀具相關計算數據,如鏟背量、槽底半徑、齒槽角或者臺肩直徑等,可下拉相應選項后自定義輸入,輸入全部數據后回車就完成刀具設計和計算,計算數據全部進入E列。

    [size=1em]點擊E列整列復制計算數據,隨后點擊“■”打開齒輪滾刀CAD圖樣的單元格,即可打開指定的CAD圖樣;也可選擇點擊“■”打開齒輪滾刀Excel圖樣,此時打開的Excel圖樣,無需AutoCAD平臺和計算數據復制、粘貼步驟,直接可以打印,圖面質量可以和CAD圖樣媲美。

    [size=1em]CAD圖樣打開后,雙擊生成的CAD啞圖即可出現有名稱的空白“數據轉換編輯器”(見表1),將復制的E列數據,根椐提示粘貼在“數據轉換編輯器”的空白表格中,按確定鍵后Excel的計算數據就全部進入CAD啞圖上的指定位置,這就完成了刀具圖樣的設計工作(見圖7),檢查無誤后即可打印,CAD啞圖上的數據都可以通過“數據轉換編輯器”進行更改。

    [size=0.8em]表1 數據轉換編輯器

    [size=0.8em](續)

    [size=0.8em]圖7 完成的CAD圖樣

    4 結束語

    [size=1em]本文介紹的是一種大眾化的刀具設計方法,能實現刀具設計和CAD自動出圖的完美結合。具有編寫要求低、簡單實用、計算出圖迅速及通用性強的特點,設計程序已應用十多年,并獲得相關工廠的認可,因此可作為一種補充的刀具設計方法使用。

    [size=1em]參考文獻:

    [size=1em][1] 四川省機械工業局. 復雜刀具設計手冊[M]. 北京:機械工業出版社,1979.

    [size=1em][2] ExceI Home. Excel 2007函數與公式實戰技巧精粹[M]. 北京:人民郵電出版社,2010.

    [size=1em][3] 程緒琦,王建華,劉志峰,等. AutoCAD 2006中文版標準教程[M]. 北京:清華大學出版社,2006.



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