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

1 序言

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]。現介紹基于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]。

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

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

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。

圖1 典型的刀具“視圖單元塊”

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

“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。

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。

圖2 “屬性定義”對話框

“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。

圖3 “標志符號塊”和插入方法

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

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。

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。

圖4 CAD啞圖制作過程

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

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。

圖5 標準滾刀設計程序界面

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。

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。

圖6 下拉菜單形式

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

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。

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。

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。

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。

表1 數據轉換編輯器

（續）

圖7 完成的CAD圖樣

4 結束語

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。