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本文結合了VB在計算與數據處理方面的優點與AutoCAD在精確繪圖方面的優點，采用Visual Basic6.0驅動AutoCAD 2000實現了齒輪加工的三維動畫仿真，有較強的實用性。文中介紹三維參數化建模以及三維動畫仿真的實現步驟，具有一定的代表性。
一、引言
齒輪加工動畫仿真是齒輪設計中的重要環節，已有數篇關于該課題的文獻。郭曉東采用基于AutoCAD環境的ObjectARX軟件包，用C++語言在AutoCAD環境下實現了對錐齒輪切齒過程的仿真；羅慶生在3DSMAX環境中開發了齒輪機構工作動畫；馮涓在CAD環境下，用AutoLisp語言建立了范成法加工齒輪的仿真演示程序。
以上各種方法都有自己的特點，本文用VB對AutoCAD進行二次開發來實現齒輪加工的三維動畫仿真，這是因為VB是目前最簡捷的Windows軟件開發工具兼程序設計語言，能對AutoCAD進行二次開發，可將AutoCAD當成自己程序中的一個圖形窗口對其進行打開、繪圖等操作，能十分方便地實現齒輪加工的動畫仿真。
二、仿真程序流程圖與窗體設計
常見的齒輪加工方法有仿形法和范成法，范成法又包括齒輪插刀加工法、齒條插刀和齒輪滾刀加工法等。加工直齒圓柱齒輪的仿真程序流程，如圖1所示。
圖1 仿真程序流程圖
本程序只用一個窗體，用四個文本框接收輸入參數：齒數Z、模數m、壓力角α和變位系數x，用4個命令框控制子程序，1個命令框取消運行程序。該窗體運行結果如圖2所示。
圖2 仿真窗體
三、 仿真方法
1. 在VB中連接AutoCAD
用VB控制AutoCAD，是通過VB的Object技術來控制AutoCAD的對象及其方法和屬性的。VB6.0在調用AutoCAD 2000對象時，首先必須在VB中引用該對象庫，方法是在VB的“Projects/Preferences”菜單中選擇“AutoCADObjectLibrary”。
程序設計伊始，需定義一個AutoCAD對象變量GearCAD，通過該變量可以訪問AutoCAD的下級對象，定義方法為：Dim GearCAD As AcadApplication。然后在VB的窗體代碼中添加如下代碼，即可在程序運行時啟動AutoCAD：
Private Sub Form-Load()
On Error Resume Next
Set GearCAD=CreatObject（“AutoCADApplication”）
GearCAD.Visible=True（顯示AutoCAD窗體）
End Sub
在運行時要確保硬盤中已安裝了AutoCAD 2000。
2. 設置視點和著色方式
三維動畫演示需設置三維視點，用如下語句實現：
GearCAD.ActiveDocument. ActiveViewport.Direction=NewDirection GearCAD.ActiveDocument.ActiveViewport = GearCAD.ActiveDocument.Active Viewport
其中，NewDirection（0 To 2）為雙精度型一維數組變量，存放視點的三維坐標。
用SendCommand方法實現圖形著色，本程序中使用Gouraud著色方式，可使三維模型表面光滑，富有逼真的質感。其代碼如下：
GearCAD.ActiveDocument.Send Command“_Shademode”+vbCr+“_G”+vbCr。
3. 齒輪毛坯的生成
在程序中先根據輸入的參數計算出齒輪的齒根圓半徑Rf、齒頂圓半徑Ra、分度圓半徑R、基圓半徑Rb、輪坯厚度Height和軸孔半徑r等。再利用AddCylinder方法分別生成一個以Ra為半徑的一個圓柱體Gear3d和一個以r為半徑的圓柱體Hole，再用布爾減（Boolean acSubtraction）方法生成齒輪中間的軸孔。
4.刀具的生成
以齒條刀具為例，刀具模型形狀和刀具實體創建完畢時，分別如圖3和圖4所示。
圖3 齒條刀具模型
圖4 仿真輪坯和齒條刀具
具體創建步驟如下：
(1)過0~5點，用Addlight weightpolyline方法創建輕便多義線Curve(0)；
(2)鏡像(Mirror)刀具左部多義線Curve(0)，得到右部線段Curve(1)；
(3)用Addregion方法得到刀具截面面域Tool；
(4)用Addextrudedsolid方法將刀具面域拉伸得到三維刀具實體Tool3d；
(5)將單齒刀具實體Tool3d進行單行陣列(Arrayrectangular)，得到多個齒Tools；再將多個齒Tools進行布爾加運算(Boolean Acunion)得到齒條刀具Tool3d；
(6)將齒條刀具Tool3d一端平移至與輪坯剛好相遇，準備切齒。平移尺寸根據變位系數x、模數m等參數算出。
5. 齒輪加工三維動畫制作
仍以齒條插刀為例，動畫制作主要步驟及代碼如下：
(1)復制刀具Tool3d得到Tool3dcopy，用輪坯Gear3d與復制所得刀具Tool3dcopy的布爾減（Boolean acSubtraction），完成刀具對齒輪毛坯的切削；
(2)刀具向前水平移動，每次移動距離（πm/n）mm，n為正整數；刀具沿齒輪毛坯上下移動（用Move方法實現）切制出齒輪厚度方向齒形；
(3)輪坯Gear3d繞自身軸線旋轉，每次轉動[2π/（nz）]弧度。
圖5和圖6分別為齒條插刀和仿形銑齒的動畫仿真情形。
圖5 齒條插刀動畫仿真
圖6 仿形銑齒動畫仿真
四、應用實例
運行本程序時，只要輸入齒數Z等參數，就可以模擬各種齒輪加工過程。例如，改變齒數Z或變位系數x可以觀察根切過程及變位齒輪的加工。表1是仿真所得的標準齒輪、發生了根切的齒輪及正變位齒輪的對比。
五、結論
通過VB對AutoCAD進行二次開發，實現了VB界面對AutoCAD中對象的控制，既發揮了VB在科學計算、數據處理及界面友好和事件驅動方面的優勢，又利用了AutoCAD的精確繪圖功能。我們借此方便地實現了齒輪加工的三維動畫仿真，這在科研和教學方面有較大的實用性。
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