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滚刀设计制造专家系统的开发与应用

摘 要： 应用空间啮合的基本原理，建立了滚刀刃形和铲磨砂轮廓形的计算通式； 嘧霉胺利用CAD/婚宴酒店CAM技术和专家系统技术，开发出了实用的滚刀设计制造专家系统. 文中还对滚刀设计制造专家系统的特点与应用方法进行了介绍.

关键词： 滚刀； 专家系统； 计算机辅助设计/计算机辅助制造

分类号： TH 11 文献标识码： A

文章编号： X(2000)

Development and Application of an Expert System for the Design and Manufacture of Hob Cutters

SHAO Ming TANG Chao-jun JIN Jun HAN Zhi-peng

（Dept. of Mechatronic Engineering, South China Univ. of Tech., Guangzhou 510640，China）

Abstract： A general formula that includes the calculation of the profile of hob tooth and relief grinding whee经减速后带动丝杠副进行加载l is d也许这样1种情势能够思考evised by applying the principle of spacial meshing. A useful expert system for the design and manufacture of gear cutting hobbing is developed by making use of the CAD/CAM4是建立健康规范的发展环境 technique and expert system technique. The characteristic and application of this system have been introdu自收购了Fischer复合材料技术公司(奥地利Ried im Innkreis)的汽车业务部门和于2012年在奥地利Ort im Innkreis附近建成第2家复合材料部件工厂以来ced.

Key words： hob; expert system; CAD/CAM▲

计算机技术在机械工业中的广泛应用引发了传统机械设计制造方式的巨大变革. 在齿轮制造领域，一些滚刀设计制造新方法的出现和计算机数控(CNC)高速滚齿机的产品化，使滚齿技术上升到一个新的水平，对滚齿刀具的设计制造提出了更高的要求. 目前生产中普遍采用的传统的近似计算方法与机械式砂轮修整器修整铲磨砂轮的技术很难满足滚刀设计制造技术进步的需要. 另一方面，随着高校教学体制改革的深入，我国工程技术人员队伍中懂计算机的人越来越多，详尽掌握复杂刀具设计制造技术的人员将会逐渐减少. 采用专家系统技术，开发实用的齿轮滚刀设计制造专家系统，成为发展齿轮滚刀设计制造技术的重要途径.

本研究在推导出齿轮滚刀刃形与铲磨砂轮廓形计算通式的基础上，综合该领域专家的经验知识，把符号推理和数值计算有机地结合起来，开发了实用的滚刀设计制造专家系统（HDMES）. 该系统用C语言编制计算程序，用AUTOCAD自动绘图并输出，用VP_Expert建造专家系统知识库及实现咨询解释功能，并用VB开发友好的系统集成界面.

1 滚刀刃形与铲磨砂轮廓形的计算通式

为了减少专家系统开发的工作量和增加系统的通用性，笔者成功地推导出了滚刀刃形与铲磨砂轮廓形的计算通式. 对于任意齿形的工件，只要将其一个完整的齿形离散化为列表曲线，便可以利用滚刀刃形计算通式计算出滚刀刃形，然后根据滚刀刃形计算出铲磨砂轮廓形. 于是系统在屏幕上绘制出滚刀刃形与铲磨砂轮廓形图（如图1所示），同时将铲磨砂轮廓形以一定格式存储于数据库中，供FGS_30N型CNC成形磨齿机自动生成铲磨砂轮修整软件，修整砂轮后铲磨滚刀.

图1 滚刀刃形与铲磨砂轮廓形图

Fig.1 Profiles of hob tooth and relief grinding wheel

滚刀刃形计算通式是结合空间媒介齿条法和齿廓法线法推导出的，只要提供用离散值表示的工件齿形点的坐标值和该点的单位切矢，便可利用计算通式计算出滚刀的轴向刃形，对于标准的直槽零前角滚刀来说就是其前刀面刃形. 计算实例表明，该通式的计算精度达0.1 μm，完全可以满足滚刀设计制造的工程要求［1摇表］.

目前刀具设计人员通常只进行滚刀设计而不考虑滚刀制造问题，而对于任意齿形的齿轮滚刀来讲，铲磨砂轮廓形的计算是十分重要的，开发齿轮滚刀设计制造专家系统不能不解决铲磨砂轮廓形的计算问题. 本研究中笔者推导出了滚刀铲磨砂轮廓形的计算通式，直接根据系统计算出的滚刀刃形来计算铲磨砂轮廓形. 在推导计算通式时采用CNC成形铲磨法铲磨滚刀，计算出的砂轮廓形数据可直接用于CNC成形磨齿机自动编程，从而实现了齿轮滚刀CAD/CAM一体化. 日本熊本工业大学石桥彰教授、 日本佐贺大学吉野英弘教授与本文作者之一共同研究的该项技术已在日本齿轮刀具制造厂家应用［2］.

2 自动绘图的实现与数据库处理

经过对滚刀轴向刃形及其结构尺寸的设计计算，自动绘图所需要的数据已经存储在数据库和数据文件中. 绘图程序段从数据库和数据文件中读出所需数据，经过适当转换，生成面向AUTOCAD系统的屏幕命令集成绘图文件. 这个绘图文件实际上是一个文本文件，文件中汇集了用AUTOCAD系统绘制滚刀工作图的所有屏幕命令，并经过了合理的