基于CAXA制造工程師的齒輪造型與加工仿真.doc

基于CAXA制造工程師的齒輪造型與加工仿真2011年第45卷No9基于CAXA制造工程師的齒輪造型與加工仿真35杜家熙,鄭素真河南科技學(xué)院;河南信陽(yáng)市公路工程實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中心摘要:根據(jù)漸開(kāi)線齒輪齒面形成原理,基于CAXA數(shù)控加工軟件的公式曲線功能繪制齒輪漸開(kāi)線齒廓,得到齒輪的精確模型,并在此基礎(chǔ)上提出一種齒輪三維建模及生成刀具加工軌跡的方法,完成從零件設(shè)計(jì)到加工一體化的過(guò)程.關(guān)鍵詞:漸開(kāi)線齒輪;齒輪造型;加工仿真中圖分類(lèi)號(hào):TG61文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AModellingandMachiningSimulationBasedOilGearManufacturingEngineersCAXADuJiaxi,ZhengSuzhenAbstract:BasedoninvolutegeartoothsurfaceformingpnncipleofNCmachiningsoftwareandtheformulaCAXAinvolutecurvefunctiondrawinggeartoothprofile,the3Dmodelingofgearandamethodofcreatingtoolprocessingtrackareputforward.Thentheintegrationfrompartdesigntoprocessinghasbeenachieved.Keywords:involutegear;gearmodelling;machiningsimulation1引言齒輪傳動(dòng)具有工作可靠,使用壽命長(zhǎng),瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,效率高,結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),因此在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛.隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的飛速發(fā)展,無(wú)論是齒輪的三維建模,虛擬裝配還是齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真及數(shù)控加工,都要求精確構(gòu)建漸開(kāi)線齒輪的三維模型.由于標(biāo)準(zhǔn)的直齒漸開(kāi)線齒輪的齒廓是一段漸開(kāi)線,它是基圓上的一條切線繞著基圓做純滾動(dòng)時(shí)該切線上的一固定點(diǎn)形成的軌跡,因此漸開(kāi)線的繪制成為齒輪建模的一個(gè)難點(diǎn).目前普遍采用的方法是通過(guò)參數(shù)化方法,利用漸開(kāi)線公式計(jì)算得到精確的齒廓數(shù)據(jù)點(diǎn),本文提出了一種利用CAXA制造工程師快速繪制漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪三維模型和數(shù)控仿真加工的方法.2漸開(kāi)線齒輪造型原理根據(jù)機(jī)械原理可知,漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)如下:齒數(shù)z,基圓直徑db,齒頂圓直徑d.,齒根圓直徑df,分度圓直徑d,齒頂高h(yuǎn),齒根高h(yuǎn)f,齒高h(yuǎn)+hf,齒厚s,齒槽寬e,齒距P=e+s.為了方便計(jì)算,引入模數(shù)m=p/n,則其他各量為:ha=ham,d=椒,hf=(+C)m,dh=dcosa,S=e:mn/2,df=d一2hf,da=d+2.其中,c,a(a取20.)為已知.由此可知,只需模數(shù)m,齒數(shù)z兩個(gè)參數(shù)就能大致表達(dá)出齒輪的外收稿日期:2011年4月形,但是仍不能精確繪制齒輪的漸開(kāi)線1.漸開(kāi)線齒輪三維造型的關(guān)鍵是生產(chǎn)符合要求的漸開(kāi)線輪齒.利用CAXA制造工程師的公式曲線功能可以生成漸開(kāi)線齒廓.漸開(kāi)線的直角坐標(biāo)系參數(shù)方程為:(1)tl,()=Rb(sint+teost)一式中,y為漸開(kāi)線上任一點(diǎn)的直角坐標(biāo)值;Rb為漸開(kāi)線基圓半徑,Rb=Rcosa,OL=20.;t為漸開(kāi)線展角,以弧度度量.標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒厚s和槽寬e相等,即s=e=mn/2o齒輪三維造型的步驟:進(jìn)入草圖繪制狀態(tài)一畫(huà)出齒頂圓,齒根圓和分度圓一應(yīng)用公式曲線繪制出漸開(kāi)線一畫(huà)出齒根曲線一用鏡像功能拷貝出輪齒的另一側(cè)齒廓一裁剪出需要的齒頂和齒根一根據(jù)齒數(shù),用圓周陣列功能繪制出全部齒廓曲線一應(yīng)用拉伸增料功能生成三維實(shí)體造型.3造型過(guò)程下面以模數(shù)為4,齒數(shù)為20的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪為例,說(shuō)明其三維造型過(guò)程.已知齒頂高系數(shù)=1,齒頂隙系數(shù)c=0.25,模數(shù)Fig=4,齒數(shù)彳=20.計(jì)算分度圓直徑d=80mm,齒頂圓直徑d.=88mm,齒根圓直徑df=70mm,基圓直徑db=75.18mm,齒頂高h(yuǎn)=4mm,齒根高h(yuǎn)f=5mm,齒厚s=e=6.28mm36選取XOY平面為視圖平面和作圖平面,激活草圖繪制模式.(1)繪制齒頂圓,齒根圓和分度圓.單擊圓圖標(biāo),選取圓心一半徑,拾取坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心點(diǎn),分別輸入半徑44mm,35mm和40,繪制出齒頂圓,齒根圓和分度圓.(2)繪制漸開(kāi)線齒廓.單擊公式曲線圖標(biāo),彈出公式曲線對(duì)話框(見(jiàn)圖1),按式(1)給定參數(shù)方程及相關(guān)參數(shù),基圓直徑dh=75.18mm.拾取坐標(biāo)原點(diǎn)為漸開(kāi)線定位點(diǎn),做一個(gè)輪齒齒廓.圖1漸開(kāi)線參數(shù)設(shè)置對(duì)話框(3)做一個(gè)輪齒齒根.漸開(kāi)線具有基圓內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線的特性,因此,當(dāng)基圓直徑大于或小于齒根圓直徑時(shí),齒廓曲線的情況是不一樣的.計(jì)算臨界時(shí)齒輪的齒數(shù),設(shè)RbR,分別將齒根圓半徑和基圓半徑公式代人上式,即,吉c.s2OP1榭一1.25m(2)可得41.5因此當(dāng)齒輪齒數(shù)42時(shí),基圓直徑小于齒根圓直徑,齒輪齒廓曲線自齒根圓至齒頂圓均為漸開(kāi)線;當(dāng)齒輪齒數(shù)<42時(shí),基圓直徑大于齒根圓直徑,齒輪齒廓曲線自基圓開(kāi)始直至齒頂圓為漸開(kāi)線,基圓以?xún)?nèi)的齒廓曲線(即齒根的過(guò)渡曲線部分)不是漸開(kāi)線,由加工齒輪時(shí)的刀具齒頂圓角切出L3j.在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行漸開(kāi)線齒輪加工時(shí),加工刀具可用一般銑刀,所以齒根的過(guò)渡曲線可由銑刀半徑?jīng)Q定.取齒根的過(guò)渡曲線半徑為lmm,作出齒根過(guò)渡曲線.,(4)做另一個(gè)輪齒齒廓.先做一個(gè)輔助點(diǎn),根據(jù)齒厚s:6.28mm,單擊點(diǎn)圖標(biāo),以漸開(kāi)線與分度圓的交點(diǎn)(設(shè)為A點(diǎn))為起始點(diǎn),在分度圓上做出另一工具技術(shù)點(diǎn)B.連接和OB,做AOB的等分線OC,C為直線AB的中點(diǎn).以O(shè)C為鏡像軸平面鏡像,拷貝出輪齒的另一側(cè)齒廓,如圖2所示.(5)裁剪掉不需要的齒頂圓,如圖3所示.單擊陣列圖標(biāo),拾取元素:兩條漸開(kāi)線,一個(gè)齒頂和一個(gè)齒根這四條曲線,輸人中心點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn),然后裁剪,刪除不需要的地方,如圖4所示.圖2畫(huà)出輪齒齒廓圖3裁剪(6)拉伸增料生成如圖5所示的齒輪實(shí)體.圖4陣列圖5拉伸增料4齒輪模型數(shù)控加工刀具軌跡的生成使用直徑為2mm的高速鋼立銑刀進(jìn)行加工,設(shè)置工藝參數(shù).選擇應(yīng)用一軌跡生成一等高粗加工命令,出現(xiàn)粗加工參數(shù)表對(duì)話框,在粗加工參數(shù)選項(xiàng)卡中設(shè)置各項(xiàng)參數(shù).設(shè)置切削用量,輸入相應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度.起止高度為60mm,安全高度為50ram,單擊確定按鈕.根據(jù)提示拾取,點(diǎn)擊確認(rèn)后系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)算,稍后生成粗加工軌跡,如圖6所示.選擇應(yīng)用命令,彈出等高精加工參數(shù)表對(duì)話2011年第45卷9框,按照表中內(nèi)容設(shè)置加工參數(shù).刀具和其它參數(shù)按粗加工的參數(shù)來(lái)設(shè)定.根據(jù)狀態(tài)欄提示拾取,按提示完成相應(yīng)工作,最后生成軌跡,如圖7所示引.-,0,0一圖6等高粗加工軌跡圖7等高精加工軌跡5齒輪加工動(dòng)態(tài)仿真及后處理程序單擊線面可見(jiàn)按鈕,顯示所有已經(jīng)生成加工軌跡,拾取粗加工軌跡,按右鍵確認(rèn).選擇軌跡仿真命令,選擇拾取兩點(diǎn)方式,拾取粗加工/精加工的刀具軌跡,按右鍵結(jié)束.仿真過(guò)程中,系統(tǒng)顯示走刀速度.仿真結(jié)束后,拾取點(diǎn)觀察仿真截面.單擊鼠標(biāo)右鍵,彈出選擇仿真文件對(duì)話框,輸入文件名,單擊保存,存儲(chǔ)加工仿真的結(jié)果.仿真檢驗(yàn)無(wú)誤后,單擊文件一保存,保存粗加工和精加工軌跡.選擇應(yīng)用一后置處理一生成G代碼命令,彈出選擇后置文件對(duì)話框,填寫(xiě)加工代碼文件名齒輪粗加工,單擊保存.,拾取生成的粗加工的刀具軌跡,按右鍵確認(rèn),立即彈出粗加工代碼文件保存即可.同樣方法生成精加工G代碼_6J.6結(jié)語(yǔ)傳統(tǒng)的齒輪加工方法速度慢,效率低,刀具復(fù)37雜,精度低,用CAXA軟件進(jìn)行建模和數(shù)控代碼的自動(dòng)生成,能大大地減少編程人員的工作量,特別是避免了采用專(zhuān)用機(jī)床和專(zhuān)用刀具對(duì)齒輪的數(shù)控程序進(jìn)行編制和加工.利用CAXA免去了繁瑣的數(shù)值計(jì)算,編程結(jié)果直觀,通過(guò)仿真切削和刀具干涉檢查,確保所編程序一次成功,大幅減少機(jī)床調(diào)試時(shí)間和機(jī)床試切時(shí)間,既可以縮短零件生產(chǎn)周期,又可以確保零件表面品質(zhì)和加工精度,提高了工作效率,可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益.參考文獻(xiàn)1蔣曉魁,王建平,李曉峰,等.基于NASTERCAN的漸開(kāi)線圓柱齒輪數(shù)控加工仿真J.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2007(10):7682.2倪春杰.基于CAXA制造工程師XP的齒輪三維造型J.甘肅科技,2005,21(4):7677.3張湘,郭坤州,夏宏玉,等.基于SolidWorks的漸開(kāi)線齒輪建模方法研究J.現(xiàn)代機(jī)械,2008(1):3739.4朱延紅,姚素芬.基于SolidWorks和CAXA電子圖板的漸開(kāi)線齒輪快速三維建模方法J.陜西科技大學(xué),2008,26(5):126130.4李文君,劉曉超.基于CAXA的可樂(lè)瓶底模具數(shù)控加工方法的比較研究J.機(jī)電工程技術(shù),2009,38(9):4446.6馬保聰,田相克.基于CAXA的復(fù)雜曲面三維造型及數(shù)控加工J1.機(jī)械制造與研究,2O09,38(6):61一62.第一作者:杜家熙,副教授,河南科技學(xué)院機(jī)電系,453003河南省新鄉(xiāng)市FirstAuthor:DuJiaxi,AssociateProfessor,HenanInstituteofScienceandTechnology,Xinxiang,Henan453003,China美國(guó)格里森大模數(shù)滾刀交貨期將縮短為應(yīng)對(duì)全球市場(chǎng)對(duì)于大型圓柱齒輪的前所未有的需求,美國(guó)格里森刀具公司已投資建成了一個(gè)大模數(shù)滾刀生產(chǎn)車(chē)間,生產(chǎn)全部規(guī)格的大型粗切和精切滾刀,交貨期將縮短到6個(gè)星期.新的滾刀車(chē)間采用精益生產(chǎn)方式,加快了大模數(shù)滾刀從棒料開(kāi)始的全部生產(chǎn)過(guò)程,包括在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滾刀所有參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè).新的滾刀車(chē)間還使得格里森擴(kuò)大了滾刀的產(chǎn)品范圍,新滾刀的最大直徑達(dá)到450mm,長(zhǎng)度達(dá)到530哪,模數(shù)達(dá)到4o.這些產(chǎn)品包含了格里森廣受歡迎的Ez滾刀,它具有獨(dú)特的容屑槽設(shè)計(jì),增加了切削刃數(shù)量,在粗切時(shí)可比普通滾刀提高70%的進(jìn)給量.除此而外,新的滾刀車(chē)間還能夠使得格里森生產(chǎn)出同行業(yè)內(nèi)最精密的精切滾刀,精度達(dá)到AGMA標(biāo)準(zhǔn)的從級(jí),可滿足各種所需的齒形或特殊的漸開(kāi)線修形.新車(chē)間的建成使得格里森成為同行業(yè)內(nèi)齒輪切削刀具和夾具產(chǎn)品門(mén)類(lèi)最全的公司,涵蓋了當(dāng)今生產(chǎn)圓柱齒輪和錐齒輪所需的所有種類(lèi)和所有規(guī)格的刀具.格里森公司的使命