齿轮孔径、键宽塞规CAD系统的开发

[ 摘 要 ] 本文介绍了在国际著名的Top CAD平台上通过二次开发，完成齿轮内孔、键槽全系 列塞规的柔性CAD系统的设计、参数化系统的实现和数据库的检索，并结合上海机床齿轮厂的生产实际,，完成中山复盛SA-3G系列压缩机齿轮内孔、键槽全系列塞规的柔性CAD系统开发，提高了塞规设计的自动化程度，提供了零件专用量具的机辅助设计的思路，。本系统最大特点是系列化、智能化。

[ 关键词 ] 齿轮;塞规;CAD;参数

一 、 Top CAD软件概述
Top CAD，又名T-FIEXCAD，意即尖端CAD和柔性CAD，是一个真正完全参数化的微机CAD系统，专门用于工程技术方面的计算机辅助设计和参数化造型。
（一） Top CAD的两大特点
1 充分适用的参数化造型功能。
通过参数表达式的约束来设置图形的形状和尺寸，以及图素间的联接关系。只要改变参数值或参数表达式即可自动生成系列产品.
2 简易快捷的数据库连接功能
在Top CAD只须在参数表中设定数据库函数，就可轻而易举地实现数据库查询和调用的＂可视化＂操作。

二 、 设计要求概述
孔径塞规
针对不同范围孔径，塞规结构形式不同： 4≤d0＜25 整体式整体式圆柱塞规
25≤d0＜60 双头锥柄测头塞规
60≤d0≤90 套式双头塞规
塞规测头尺寸公式：
通端: dT=(d0min+Z+T/2)-T ；止端: dZ=d0max-T 。式中T:量规尺寸公差；Z：通规尺寸公差的中心到工件最大实体之间的距离；
T、Z按GB1957-81《国家标准--光滑极限量规》确定。
单键塞规
塞规测头尺寸公式：
通端: BT=(B0min+Z+T/2)-T ；止端: BZ=B0max-T 。式中T: 量规尺寸公差；Z：通规尺寸公差的中心到工件最大实体之间的距离；
Z按GB1957-81《国家标准--光滑极限量规》确定。

三 、孔径塞规CAD的方案设计讨论
下面以孔径塞规CAD的方案设 计为重点进行讨论，键宽塞规的设计方案和孔径塞规的设计方案是相同的。
（一）、 塞规选型的智能化
如前所述，孔径塞规有三种形状结构截然不同的形式，如何来组合三个不同的系列，使之成为一个完整系统，经分析，有两个较为的方案：
方案一：图形选单法
绘制三种不同结构形式塞规的代表图样文件，并制作好三个幻灯片，并于幻灯片中分别注明：/d0<25/；/25≤d0<60/和/60≤d0≤90/。置于/孔径塞规/图库中，使用时，鼠标单击右侧屏幕图库选单中/孔径塞规/栏，弹出三个图形选单，根据给定孔径选定其一，系统即打开对应图形文件，然后进行参数设置，生成新图。
方案二：可变块图法
首先仍须分别绘制三种不同结构形式塞规的代表图形文件[Saigui1.GRB、Saigui2.GRB、Saigui3.GRB]，再新建一个空白图形文件SaiguiD.GRB]，将已绘好的三个图形作为可参数图块插入图形文件。使用时，打开SaiguiD.GRB，选取参数菜单中的外部变量，依提示输入d0（孔径），单击OK，系统立即依据给定逻辑表达式进行判断，自动插入对应结构形式的塞规图块，并将d0等外部变量传递
给图块，随即生成新图。
通过上述分析，可知方案一的塞规选型实际上仍依赖于人工判断，只是将这一过程直观化，而方案二则依据输入的d0 自动选择塞规类型，无须人为介入选型决策，具有较高的柔性和智能化。但图块的制作必须非常完善，否则不易修改。本文采用方案二。
（二）、塞规测头图样切换的智能化
由于当d0≥25时，塞规为非整体式，需要双测头，即必须生成两个图形，一个为通端测头，另一个为止端测头。分析通/止测头图的异同之处，可知它们有很大的共性，因此将通/止测头图合并成一体，而将它们不同之处设置成参数变量，用通/止切换开关变量进行选择，再将通/止一体化测头图插入SaiguiD.GRB中，定义成一个可变图块，依据外部变量中通/止切换开关，自动对块图特征进行修改，从而完成通/止端测头图样的选择性生成。
（三）、 塞规测头尺寸的自动生成
塞规测头的尺寸和公差是按照国家标准--光滑极限量规（GB 1957-81）确定的。设计目标是争取使测头尺寸、公差的标注实现全自动化--当输入被测工件的名义尺寸和精度等级后，系统自行查找对应的标准数据，在完成计算、生成图样的同时，正确无误地标出测头尺寸和公差。这部分工作的完成有赖于数据库的建立。
Top CAD中数据库分成两类，一类内部数据库，另一类外部数据库，相应地《光滑极限量规数据库》的设计就有了两种方案：
方案一：内部数据库
建立内部数据库，用来存储Top CAD的GRB图形文件，以实现彻底的集成化。
方案二：外部数据库
用Fox base / dBASE或其它数据库管理文件（如Access或Foxpro）建立外部数据库，但注意：应存成DBF格式文件。该文件独立于Top CAD系统。
综合评估两种方案可以发现，方案一固然提升了系统集成度，但违背了数据库设计的基本原则：
1． 数据库的程序无关原则，即数据库应独立于程序，以实现最大限度的数据共享，在本设计中这点尤为重要，因为键宽CAD系统与孔径塞规CAD系统可共享《光滑极限量规数据库》，并为将来开发新型量规CAD系统提供永久性的数据库支援；
2． 数据库的统一管理原则，同一内容数据库并存于不同系统中，不仅浪费了重复建库的时间和存储时间，而且不利于数据更新，数据的完整性和安全性得不到保障。
综上所述，本设计采用方案二，建立独立的外部数据库。

四、 CAD系统的实现
（一）齿轮孔径塞规CAD系统
系统组成：
齿轮孔径塞规CAD系统包括以下八个文件：
1．SaiguiD.GRB 孔径塞规柔性CAD集成主文件；
2．Saigui1.GRB 孔径塞规~整体式圆柱塞规图块文件；
3．Saigui2.GRB 孔径塞规~双头锥柄测头塞规图块文件；
4．Saigui3.GRB 孔径塞规~套式双头塞规块图块文件；
5．GHJXLG.DBF 光滑极限量规（GB1957-81）数据库公用文件；
6．# Saigui1.GRB 孔径塞规~整体式圆柱塞规参数图样文件；
7．# Saigui2.GRB 孔径塞规~双头锥柄测头塞规参数图样文件；
8．# Saigui3.GRB 孔径塞规~套式双头塞规块参数图样文件。
使用方法：
1、鼠标点击主菜单之文件栏，弹出下拉选单，确认打开文件 ，从对话窗中选出SaiguiD.GRB，回车，系统调入孔径塞规柔性CAD主文件；
2、鼠标点击主选单参数栏，弹出下拉选单，确认外部变量，弹出孔径塞规的外部变量参数表.

设计要点：
1.量规公差标准数据库的建立和检索
根据国家标准-光滑极限量规GB1957--81（另附）制定，采用EXCEL软件将GB1957--81之表，存为dBASE IV数据库文件GHJXLG.DBF，。
2.系列图块的参数变量规划及作图(省略)

3.孔径塞规智能化CAD集成
本系统实现集成的核心在于SaiguiD.GRB,事实上SaiguiD.GRB是一个不包含任何Construction （结构）/ Graphics （图形）/ Dimension（尺寸）等图素的空文件，其中只存储了对Saigui1.GRB、Saigui2.GRB、Saigui3.GRB 的链接关系和一个变量表，通过设置图块的参数，从而实现塞规的智能化选型。
（二）键槽宽度塞规CAD系统
系统组成
齿轮孔径键槽宽度塞规CAD系统包含以下三个文件：
1．SaiguiB.GRB齿轮键槽宽度塞规主图文件；
2．#SaiguiB.GRB齿轮键槽宽度塞规变量图文件；
3．GHJXLG.DBF光滑极限量规（GB1957-81）公用数据库文件。
使用方法
1、鼠标点击主菜单之文件栏，弹出下拉选单，确认打开文件 ，从对话窗中选出SaiguiB.GRB，回车，系统调入孔径塞规柔性CAD主文件；
2、鼠标点击主菜单参数栏，弹出下拉选单，确认外部变量，弹出键槽宽度塞规的外部变量参数表。
输入齿轮键宽B0及其精度等级，系统即按给定参数自动生成指定键宽塞规图样。
设计要点
（一） 量规公差标准数据库的查询
本系统不必建立数据库文件，只须调用前述GHJXLG.DBF文件即可。在此设计中与数据库查询相关变量

主要
高汶栋：《全息CAD/CAPP集成软件培训手册》，同济大学机械工程系，1997年12 月
张曙、陈炳森：《生产系统学》，同济大学出版社，1992年12月
沈斌、钱增新：《计算机辅助制造技术》，高等出版社，1995年9月
李德庆、吴锡英：《计算机辅助制造》机械出版社，1992年10月