齿轮加工的三维动画仿真

　　齿轮加工动画仿真是齿轮设计中的重要环节，已有数篇关于该课题的文献。郭晓东采用基于AutoCAD环境的ObjectARX软件包，用C++语言在AutoCAD环境下实现了对锥齿轮切齿过程的仿线DSMAX环境中开发了齿轮机构工作动画；冯涓在CAD环境下，用AutoLisp语言建立了范成法加工齿轮的仿真演示程序。

　　以上各种方法都有自己的特点，本文用VB对AutoCAD进行二次开发来实现齿轮加工的三维动画仿真，这是因为VB是目前最简捷的Windows软件开发工具兼程序设计语言，能对AutoCAD进行二次开发，可将AutoCAD当成自己程序中的一个图形窗口对其进行打开、绘图等操作，能十分方便地实现齿轮加工的动画仿真。

　　常见的齿轮加工方法有仿形法和范成法，范成法又包括齿轮插刀加工法、齿条插刀和齿轮滚刀加工法等。加工直齿圆柱齿轮的仿线 仿真程序流程图

　　本程序只用一个窗体，用四个文本框接收输入参数：齿数Z、模数m、压力角α和变位系数x，用4个命令框控制子程序，1个命令框取消运行程序。该窗体运行结果如图2所示。

　　用VB控制AutoCAD，是通过VB的Object技术来控制AutoCAD的对象及其方法和属性的。VB6.0在调用AutoCAD 2000对象时，首先必须在VB中引用该对象库，方法是在VB的“Projects/Preferences”菜单中选择“AutoCADObjectLibrary”。

　　程序设计伊始，需定义一个AutoCAD对象变量GearCAD，通过该变量可以访问AutoCAD的下级对象，定义方法为：Dim GearCAD As AcadApplication。然后在VB的窗体代码中添加如下代码，即可在程序运行时启动AutoCAD：

　　其中，NewDirection（0 To 2）为双精度型一维数组变量，存放视点的三维坐标。

　　用SendCommand方法实现图形着色，本程序中使用Gouraud着色方式，可使三维模型表面光滑，富有逼真的质感。其代码如下：

　　在程序中先根据输入的参数计算出齿轮的齿根圆半径Rf、齿顶圆半径Ra、分度圆半径R、基圆半径Rb、轮坯厚度Height和轴孔半径r等。再利用AddCylinder方法分别生成一个以Ra为半径的一个圆柱体Gear3d和一个以r为半径的圆柱体Hole，再用布尔减（Boolean acSubtraction）方法生成齿轮中间的轴孔。

　　以齿条刀具为例，刀具模型形状和刀具实体创建完毕时，分别如图3和图4所示。

　　(6)将齿条刀具Tool3d一端平移至与轮坯刚好相遇，准备切齿。平移尺寸根据变位系数x、模数m等参数算出。

　　(2)刀具向前水平移动，每次移动距离（πm/n）mm，n为正整数；刀具沿齿轮毛坯上下移动（用Move方法实现）切制出齿轮厚度方向齿形；

　　图5和图6分别为齿条插刀和仿形铣齿的动画仿线 齿条插刀动画仿线 仿形铣齿动画仿真

　　通过VB对AutoCAD进行二次开发，实现了VB界面对AutoCAD中对象的控制，既发挥了VB在科学计算、数据处理及界面友好和事件驱动方面的优势，又利用了AutoCAD的精确绘图功能。我们借此方便地实现了齿轮加工的三维动画仿真，这在科研和教学方面有较大的实用性。