基于Excel和AutoCAD的刀具设计

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摘要：介绍一个实用的刀具设计程序，此程序编写无需语言，编程时先建立一个含有块属性的“视图单元块”库，随后提取库中模块，组合成所需的CAD哑图。Excel计算程序分输入和输出部分，编后隐藏辅助计算部分。程序中加入帮助、批注、国家标准和相关计算手册，方便使用时查询。Excel程序计算后，即可将输出的计算结果整列复制粘贴在相应CAD哑图中的规定位置，这样就完成了刀具设计全过程。

关键词：复杂刀具；刀具设计；模块化设计；Excel；AutoCAD

1 序言

[size=1em]复杂刀具的设计程序通常都使用VB和AutoCAD ActiveX对AutoCAD进行二次开发，完成计算和CAD自动出图程序的编写，但是开发速度较慢，同时对开发人员的能力要求较高[1]。现介绍基于Excel和AutoCAD平台的复杂刀具设计方法，无需编程语言和AutoCAD二次开发，使用简单的块生成技巧和模块化制作，生成能自动填写数据的CAD哑图。采用复制、粘贴方式快速实现Excel计算数据和CAD设计图样无缝连接，免填写，实现CAD自动出图。实现刀具设计程序编写简易、快捷且大众化，并可汇合组成一个刀具设计系统[2，3]。

[size=1em]对于无需计算的国家标准刀具和生产图册中的刀具，只要建立数据库，制作对应的CAD哑图，在计算表上输入规格就可直接生成生产用图。

2 CAD哑图制作2.1 总体设计思路

[size=1em]刀具图样构成简单图形无国家标准画法，除必须按比例绘制的投影图外，图形都釆用无比例的方式来绘制。但要求图形规范、细节表示清晰且排列整齐美观。同时图层需分明，表面粗糙度、几何公差、刀具尺寸公差必须符合国家标准。因此制作CAD哑图的图面质量是设计程序的关键。为实现批量制作CAD哑图，应先建立含有块属性的“视图单元块”和含有块属性的“标志符号块”。

2.2 含有块属性的“视图单元块”制作

[size=1em]为快速制作CAD哑图，应将常用刀具视图分解，做成“视图单元块”，“视图单元块”中包括刀具视图和有块属性标志的符号、几何公差及表面粗糙度等。典型的刀具“视图单元块”如图1所示，简称单元块，单元块内含标志符号块，分解时会显示标志符号名称。

[size=0.8em]图1 典型的刀具“视图单元块”

[size=1em]做“视图单元块”时，线条、文字必须严格按照规定图层进行绘制和标注，“视图单元块”制作完成后，先按刀具品种分类，例如滚刀、拉刀及铣刀等，然后进入“视图单元块”库供调用。

2.3 建立有块属性的“标志符号块”库

[size=1em]“标志符号块”是以图样上各种标志尺寸及文字的名称（如工件各种内外径、长度、角度、法向齿距、内孔、公差、产品规格及图样名称等）做成的有属性的块。

[size=1em]建立块属性时打开AutoCAD块属性中“属性定义”对话框（见图2），在标记、提示及默认3个对话框内，填写需要建立标志符号的“标志尺寸”或“文字”的名称（标记、提示和默认3处输入内容相同），随后选择对正、文字样式和文字高度等, 按下确定按钮，完成“标志符号块”属性的建立。

[size=0.8em]图2 “属性定义”对话框

[size=1em]“标志符号块”和插入方法如图3所示，当标志处有角度时“标志符号块”可旋转。

[size=0.8em]图3 “标志符号块”和插入方法

[size=1em]随后将“标志符号块”分类入库，有属性的“标志符号块”可供制作“视图单元块”时调用。

2.4 CAD哑图模块化制作步骤

[size=1em]以齿轮滚刀为例介绍具体的制作步骤。打开AutoCAD，调入自定义的工厂标准图框块，图样比例1∶1。然后从“视图单元块”库中分别提取齿轮滚刀刀体单元块、轴向齿形单元块、技术条件单元块、工件和滚刀数据块（本例无）等，将单元块整齐排列，插入工厂标准图框块内，用分解命令分解全部单元块（分解图见图4a），检查图样并完善补充欠缺部分。

[size=1em]确定无误后点击AutoCAD的块创建命令，对图样进行块定义，将该图样的名称输入名称对话框内，按块定义步骤将上述分解后的单元块合成一个新块，这个块就是能自动填写刀具尺寸、标志符号和文字的CAD哑图（见图4b），双击CAD哑图会出现“数据转换编辑器”，随后分类进库备用。

[size=0.8em]图4 CAD哑图制作过程

[size=1em]综上所述，有了“视图单元块”库就可以非常方便快捷地组合各种形式的CAD刀具哑图，而且在完成的CAD哑图上适当变换视图就可做成系列图样。例如修缘齿轮滚刀只要更换轴向齿形单元块即可变成Ⅰ型、Ⅱ型和全圆弧型凸角齿形3种图样，而且通过凸角形式可编写一个共用的Excel修缘齿轮滚刀设计程序。输入CAD哑图中数据文字的标志数量不限。

3 Excel设计程序的编写和使用3.1 程序编写

[size=1em]以标准滚刀设计为例，标准滚刀设计程序界面（见图5）由隐藏列（由公式列、数据列、计算过程及部分计算结果等组成，相当于设计程序后台不需显示）、计算数据输出列、计算数据输入框、设计资料框及标题栏填写数据框等组成，组成的列框数不限。

[size=0.8em]图5 标准滚刀设计程序界面

[size=1em]在本例标准齿轮滚刀设计程序的Excel程序界面中，C、D、F及G等列已隐藏，返回、帮助等超链接按钮在A、B列上端，点击可快速到达指定部位。工件数据和计算结果都汇总在E列，E列上的数据和名称排序必须和双击CAD哑图后产生的“数据转换编辑器”上数据名称、排序一一对应，否则计算结果和数据名称会发生错位，无法在图样中正确显示。

[size=1em]输入数据的单元格应填充颜色以示区别，输入数据的单元格可插入批注，提示数据输入要求，以方便使用。输入工件规格、形式、技术标准及刀体尺寸时，可在Excel中用数据命令中的数据有效性“序列” 选项卡格式做成下拉菜单形式 (见图6）进行选择。刀具计算公式可直接建立在单元格中，也可建立在待隐藏的辅助计算单元格中。随后对工作表进行加密，加密时先确定单元格允许编辑区域（指可输入数据的单元格的区域），并根据需要对现有公式的单元格进行是否隐藏和锁定的操作。

[size=0.8em]图6 下拉菜单形式

[size=1em]程序中可外挂VB程序（包络生成滚刀齿形、切削模拟等小程序）、刀具国家标准和技术设计书籍等电子文档资料，这些都可用超链接方式链接，方便查询计算。

3.2 计算程序的使用

[size=1em]以标准齿轮滚刀为例，首先在图5中，将工件数据输入有颜色的单元格，有“▼”符号的单元格可下拉选择，例如产品规格、技术条件及滚刀刀体尺寸等。

[size=1em]如需修整更改刀具相关计算数据，如铲背量、槽底半径、齿槽角或者台肩直径等，可下拉相应选项后自定义输入，输入全部数据后回车就完成刀具设计和计算，计算数据全部进入E列。

[size=1em]点击E列整列复制计算数据，随后点击“■”打开齿轮滚刀CAD图样的单元格，即可打开指定的CAD图样；也可选择点击“■”打开齿轮滚刀Excel图样，此时打开的Excel图样，无需AutoCAD平台和计算数据复制、粘贴步骤，直接可以打印，图面质量可以和CAD图样媲美。

[size=1em]CAD图样打开后，双击生成的CAD哑图即可出现有名称的空白“数据转换编辑器”（见表1），将复制的E列数据，根椐提示粘贴在“数据转换编辑器”的空白表格中，按确定键后Excel的计算数据就全部进入CAD哑图上的指定位置，这就完成了刀具图样的设计工作（见图7），检查无误后即可打印，CAD哑图上的数据都可以通过“数据转换编辑器”进行更改。

[size=0.8em]表1 数据转换编辑器

[size=0.8em]（续）

[size=0.8em]图7 完成的CAD图样

4 结束语

[size=1em]本文介绍的是一种大众化的刀具设计方法，能实现刀具设计和CAD自动出图的完美结合。具有编写要求低、简单实用、计算出图迅速及通用性强的特点，设计程序已应用十多年，并获得相关工厂的认可，因此可作为一种补充的刀具设计方法使用。

[size=1em]参考文献：

[size=1em][1] 四川省机械工业局. 复杂刀具设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，1979.

[size=1em][2] ExceI Home. Excel 2007函数与公式实战技巧精粹[M]. 北京：人民邮电出版社，2010.

[size=1em][3] 程绪琦，王建华，刘志峰，等. AutoCAD 2006中文版标准教程[M]. 北京：清华大学出版社，2006.