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;河南信陽市公路工程實驗檢測中心摘要:根據(jù)漸開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)計到加工一體化的過程.關(guān)鍵詞:漸開線齒輪;齒輪造型;加工仿真中圖分類號:TG61文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AModellingandMachiningSimulationBasedOilGearManufacturingEngineersCAXADuJiaxi,ZhengSuzhenAbstract:BasedoninvolutegeartoothsurfaceformingpnncipleofNCmachiningsoftwareandtheformulaCAXAinvolutecurvefunctiondrawinggeartoothprofile,the3Dmodelingofgearandamethodofcreatingtoolprocessingtrackareputforward.Thentheintegrationfrompartdesigntoprocessinghasbeenachieved.Keywords:involutegear;gearmodelling;machiningsimulation1引言齒輪傳動具有工作可靠,使用壽命長,瞬時傳動比恒定,效率高,結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點,因此在機械行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛.隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的飛速發(fā)展,無論是齒輪的三維建模,虛擬裝配還是齒輪機構(gòu)的運動仿真及數(shù)控加工,都要求精確構(gòu)建漸開線齒輪的三維模型.由于標(biāo)準(zhǔn)的直齒漸開線齒輪的齒廓是一段漸開線,它是基圓上的一條切線繞著基圓做純滾動時該切線上的一固定點形成的軌跡,因此漸開線的繪制成為齒輪建模的一個難點.目前普遍采用的方法是通過參數(shù)化方法,利用漸開線公式計算得到精確的齒廓數(shù)據(jù)點,本文提出了一種利用CAXA制造工程師快速繪制漸開線直齒圓柱齒輪三維模型和數(shù)控仿真加工的方法.2漸開線齒輪造型原理根據(jù)機械原理可知,漸開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線1.漸開線齒輪三維造型的關(guān)鍵是生產(chǎn)符合要求的漸開線輪齒.利用CAXA制造工程師的公式曲線功能可以生成漸開線齒廓.漸開線的直角坐標(biāo)系參數(shù)方程為:(1)tl,()=Rb(sint+teost)一式中,y為漸開線上任一點的直角坐標(biāo)值;Rb為漸開線基圓半徑,Rb=Rcosa,OL=20.;t為漸開線展角,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)一畫出齒頂圓,齒根圓和分度圓一應(yīng)用公式曲線繪制出漸開線一畫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體造型.3造型過程下面以模數(shù)為4,齒數(shù)為20的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪為例,說明其三維造型過程.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)原點為圓心點,分別輸入半徑44mm,35mm和40,繪制出齒頂圓,齒根圓和分度圓.(2)繪制漸開線齒廓.單擊公式曲線圖標(biāo),彈出公式曲線對話框(見圖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)原點為漸開線定位點,做一個輪齒齒廓.圖1漸開線參數(shù)設(shè)置對話框(3)做一個輪齒齒根.漸開線具有基圓內(nèi)無漸開線的特性,因此,當(dāng)基圓直徑大于或小于齒根圓直徑時,齒廓曲線的情況是不一樣的.計算臨界時齒輪的齒數(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,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線;當(dāng)齒輪齒數(shù)<42時,基圓直徑大于齒根圓直徑,齒輪齒廓曲線自基圓開始直至齒頂圓為漸開線,基圓以內(nèi)的齒廓曲線(即齒根的過渡曲線部分)不是漸開線,由加工齒輪時的刀具齒頂圓角切出L3j.在數(shù)控機床上進(jìn)行漸開線齒輪加工時,加工刀具可用一般銑刀,所以齒根的過渡曲線可由銑刀半徑?jīng)Q定.取齒根的過渡曲線半徑為lmm,作出齒根過渡曲線.,(4)做另一個輪齒齒廓.先做一個輔助點,根據(jù)齒厚s:6.28mm,單擊點圖標(biāo),以漸開線與分度圓的交點(設(shè)為A點)為起始點,在分度圓上做出另一工具技術(shù)點B.連接和OB,做AOB的等分線OC,C為直線AB的中點.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:兩條漸開線,一個齒頂和一個齒根這四條曲線,輸人中心點坐標(biāo)原點,然后裁剪,刪除不需要的地方,如圖4所示.圖2畫出輪齒齒廓圖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)表對話框,在粗加工參數(shù)選項卡中設(shè)置各項參數(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,點擊確認(rèn)后系統(tǒng)開始計算,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齒輪加工動態(tài)仿真及后處理程序單擊線面可見按鈕,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,選擇拾取兩點方式,拾取粗加工/精加工的刀具軌跡,按右鍵結(jié)束.仿真過程中,系統(tǒng)顯示走刀速度.仿真結(jié)束后,拾取點觀察仿真截面.單擊鼠標(biāo)右鍵,彈出選擇仿真文件對話框,輸入文件名,單擊保存,存儲加工仿真的結(jié)果.仿真檢驗無誤后,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話框,填寫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用機床和專用刀具對齒輪的數(shù)控程序進(jìn)行編制和加工.利用CAXA免去了繁瑣的數(shù)值計算,編程結(jié)果直觀,通過仿真切削和刀具干涉檢查,確保所編程序一次成功,大幅減少機床調(diào)試時間和機床試切時間,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的漸開線圓柱齒輪數(shù)控加工仿真J.組合機床與自動化加工技術(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的漸開線齒輪建模方法研究J.現(xiàn)代機械,2008(1):3739.4朱延紅,姚素芬.基于SolidWorks和CAXA電子圖板的漸開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的可樂瓶底模具數(shù)控加工方法的比較研究J.機電工程技術(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)院機電系,453003河南省新鄉(xiāng)市FirstAuthor:DuJiaxi,AssociateProfessor,HenanInstituteofScienceandTechnology,Xinxiang,Henan453003,China美國格里森大模數(shù)滾刀交貨期將縮短為應(yīng)對全球市場對于大型圓柱齒輪的前所未有的需求,美國格里森刀具公司已投資建成了一個大模數(shù)滾刀生產(chǎn)車間,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個星期.新的滾刀車間采用精益生產(chǎn)方式,加快了大模數(shù)滾刀從棒料開始的全部生產(chǎn)過程,包括在現(xiàn)場對滾刀所有參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格檢測.新的滾刀車間還使得格里森擴大了滾刀的產(chǎn)品范圍,新滾刀的最大直徑達(dá)到450mm,長度達(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,它具有獨特的容屑槽設(shè)計,增加了切削刃數(shù)量,在粗切時可比普通滾刀提高70%的進(jìn)給量.除此而外,新的滾刀車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,可滿足各種所需的齒形或特殊的漸開線修形.新車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)品門類最全的公司,涵蓋了當(dāng)今生產(chǎn)圓柱齒輪和錐齒輪所需的所有種類和所有規(guī)格的刀具.格里森公司的使命