【正文】 解決方案，它是一個交互式 CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計與計算機 輔助制造 )系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)。 數(shù)控加工是一個全自動過程，工藝人員需要事先確定加工過程的走刀路徑。 而 UG 仿真加工 模塊，在對工件的加工過程中，可以利用 UG 進行數(shù)控車削自動編程。作為精密傳動的主要形式之一的擺線行星傳動自然得到各國的重視。 仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀 在計算機仿真技術(shù)方面，計算機仿真技術(shù)第一次開發(fā)使用是美國的曼哈頓計劃，科學(xué)家為了 開發(fā)先進的軍事技術(shù)， 運用了仿真技術(shù)，用于預(yù)測 武器生產(chǎn)測試。 隨著科學(xué)的進步與發(fā)展，仿真系統(tǒng)功能的智能化、集成化， 仿真軟件設(shè)計和自動化， 將 是仿真軟件開發(fā)的主要趨勢。這種軟件開發(fā)成本高 ， 不容易使用。 美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所 也對虛擬機床也開展了一些研究。 在上 世紀(jì) 80 年代末，我國開始對數(shù)控加工仿真技術(shù)進行研究，主要對幾何仿真進行相關(guān)的研究。上海交通大 學(xué)的倪其民教授對剛性的切削力模型進行了研究，西安 交通大學(xué)的馬萬太教授對具有彈性變形的球頭銑刀的切削力模型進行了研究。 3) 根據(jù)錐形擺線齒輪模 型建立數(shù)控仿真加工程序，通過機械加工原理分析了各種加工參數(shù)的設(shè)置規(guī)則，完成數(shù)控仿真程序，最后由后處理得出數(shù)控程序。所以研究錐形擺線齒輪可先對普通擺線齒輪進行研究，再由普通擺線齒輪方程推導(dǎo)出錐形擺線齒輪方程。 圖 2 1 外嚙合形成法 如圖 21， 設(shè)有兩個圓，半徑分別為 r和 R，兩圓外切于點 P。39。CC C C C 稱為外擺線。 39。 點 1M 圓心 O 的距離叫做偏心距 e。39。CC C C P 同樣是外擺線。 39。39。且把比值 1/ gOM r K? 稱為短幅系數(shù)。當(dāng)滾圓 2在基圓 1上從 C 點滾 到 B點時，針輪6 相對 于擺線輪 g的轉(zhuǎn)角（即中心 O 繞基圓 1的中心 轉(zhuǎn)過的角度）記為 39。 sin 39。 / 39。 39。c o s 39。 sin 39。sin1 2 c o s 39。 因為錐形擺線齒輪的針齒半徑是線性變化的，所以只要找出變化規(guī)律即可推導(dǎo)出錐形擺線齒輪的曲線方程。 所以錐形擺線輪齒廓曲面的方程式為 ? ? ? ?? ? ? ?110110c o s c o s ta n sinsin sin ta n c o sz b zbz b zbKx R z m rzKy R z m rzzm? ? ? ?? ? ? ?? ??? ? ? ? ?? ?????? ??? ? ? ? ?? ?????? ??? （ 28） 式中 ： ? ?? ?? ?? ?12111211s i n s i nc o s1 2 c o sc o s c o ssin1 2 c o sbgbgKzK K zKzK K z????????????????? 當(dāng) m = 0時，方程所表示的曲面為錐形擺線齒輪大端面曲線； 當(dāng) m = 實際齒輪寬度時，方程所表示的曲面為錐形擺線齒輪的小端面曲線。 表 2 1 錐形擺線齒輪基本幾何尺寸 錐形擺線齒輪基本幾何尺寸 表格 圓錐針齒的半徑 zr 01 tanzzr r m ??? `錐形擺線齒輪的齒頂圓半徑 01t a na g z zr R e r m ?? ? ? ? ? 錐形擺線齒輪的齒根圓半徑 01t a nfg z zr R e r m ?? ? ? ? ? 錐形擺線齒輪的曲率半徑 ? ?21 0 0 1ta n 1 ta nzrm? ? ? ?? ? ? ? 偏心距 e 1 ZbKRe z? 錐形擺線齒輪小端面針齒直徑 d sinzz zbDd Kz?? 擺線輪不產(chǎn)生 “根切 ”的條件 在擺線傳動中，擺線輪齒廓的 “ 根切 ” 或 “ 尖角 ” 是不允許的。 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 11 錐形擺線齒輪基本參數(shù)設(shè)計及計算 1） 給定幾個錐形擺線齒輪定型的基本參數(shù) zR =75 針輪半徑 gz =11 錐形擺線齒輪的齒數(shù)（本論文只討論一齒差擺線輪） bz = gz +1=12 針齒的個數(shù) 1? =10 針齒的半錐角 m=15 錐形擺線齒輪寬度 然后根據(jù)這幾個基本參數(shù)計算其他幾何參數(shù) 2） 確定短幅系數(shù) K1 及偏心距 e 當(dāng)擺線輪齒數(shù) gz 和針輪半徑 zR 已確定時，影響齒廓曲線和承載能力的主要參數(shù)就 是短幅系數(shù) K1；根據(jù)《實用齒輪設(shè)計計算手冊》， K1= ~ 為其最佳范圍。 本次 gz ≤ 18，所以初步取 K 值為 ，可計算出 e為 ，然后將 e帶入上式，反向計算出 K 值為 3）計算小端面針齒直徑 d 按照計算公式 sinzzzbDd Kz?? ， 可 得出針齒直徑 ，取針齒直徑為20，這時半徑為 10。 因此，利用 ug的參數(shù)化建模，不僅提高建模的準(zhǔn)確性，更方便后期對幾何模型的修改，從而提高設(shè)計和制造的質(zhì)量，以及縮短設(shè)計制造的周期。檢查所輸入的公式，確認(rèn)無誤之后點擊確定。 錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 14 圖 3 2 錐形擺線齒輪上下端面輪廓曲線 建立錐形擺線齒輪實體模型 點擊 菜單欄中“插入 ”下“網(wǎng)格曲面”命令里的“通過曲線組”， 分 別選擇錐形擺線齒輪大小端面曲線作為截面曲線，創(chuàng)建錐形擺線齒輪，錐形擺線齒輪創(chuàng)建完成，隱藏輪廓線即可得到實體模型。該模塊同時還可用于鉆孔、攻絲和鍵孔等加工編程。 數(shù)控加工與通用機床加工的工藝分析原則上一致，但數(shù)控機床自動化程度高，設(shè)備成本高，控制有其獨特的特點。因此，數(shù)控加工的圖形處理，計算和編程的所有細節(jié)應(yīng)力求準(zhǔn)確，從而使 NC加工順利。實踐表明，數(shù)控加工失誤主要是做工還是編程的考慮不周。 通常來說，零件的材料一旦確定，其毛坯成形方法也大致確定。從工藝性原則來說，零件的使用要求決定毛坯形狀特點，各種各樣不同的使用要求和形狀特點，也就形成了相應(yīng)的毛坯成形工藝要求。 45鋼是常用中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，該鋼冷塑性一般，退火、正火比調(diào)質(zhì)時要稍好，具有較高的強度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。如圖 42 是本次加工設(shè)計的夾具。接著裝上中間的定位螺桿和上面的定位元件。 1) 加工方法的選擇 UG 提供了 很多種加工方法，如 車削、銑削、線切割、鉆孔等多種加工方法。 mill_contour （輪廓銑加工）： 輪廓銑又叫型腔銑， 適用于粗加工，可加工側(cè)壁與底面不垂直的零件，可生成多層刀具路徑，每層切削深度可自由設(shè)定，但路徑均與刀軸垂直。 drill（鉆）：用于創(chuàng)建鉆、鉸、鏜、攻絲等各類加工幾何。根據(jù)工作地點是否發(fā)生變化或工作是否連續(xù)來劃分工序。 d. 一般粗加工和精加工分為兩道工序 3) 加工順序 安排 加工順序的安排應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)、毛坯形狀和安裝的條件，定位，夾緊 要求。 綜上所述以及本論文齒輪 模型的結(jié)構(gòu)特點， 預(yù)先 選擇 mill_planar（平面銑加工 ）加工端面以及銑孔，選擇 mill_contour （輪廓銑加工 ）的加工方式進行齒輪輪廓加工。 在加工過程中，刀具是從毛坯上切除材料的工具。數(shù)控加工中使用的刀具種類有很多，下面對常用的刀具性能及刀具的選用加以介紹。高速鋼的合金元素鎢、鉻、鉬、釩的含量較高，淬火硬度可達 HRC62—70。 與硬質(zhì)合金材料相比，仍有硬度較低，紅硬性和耐磨性較差等缺點?？箯潖姸鹊?，沖擊韌性差，刀刃不易磨的很鋒利。） 類型 材料 用途 T01 15 0 平頭立銑刀 硬質(zhì)合金 銑上下端面，粗銑孔，粗銑齒輪輪廓 T02 10 0 平頭立銑刀 硬質(zhì)合金 精銑孔 T03 10 10 平頭立銑刀 硬質(zhì)合金 精銑齒輪輪廓 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 21 加工余量與切削用量的選擇 加 工余量，是指處理表面，使其達到所要求的精度和表面質(zhì)量而應(yīng)該切除掉的材料厚度。合理的加工余量，是確保零件工程質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的前提。 綜合考慮各種因素，本文將加工余量分為精加工余量和粗加工余量。合理的切削參數(shù)是指在保證加工質(zhì)量的前提下，充分利用刀具和機床的性能、獲得高的生產(chǎn)效率和低加工成本。 2）背吃刀量的確定 背吃刀量由機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。粗加工時的背吃刀量選取同前。精加工時背吃刀量取 ～ 。一般在 100～ 200m/min范圍內(nèi)選取。 4）主軸轉(zhuǎn)速的確定 主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。同時，使主軸轉(zhuǎn)速 、切削深度及進給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 23 表格 43 刀具切削速度 v 的選擇表 綜上所述，本次加工的切削用量如表 44. 表 44 各工序切削用量表 加工工序 背吃刀量（ mm） 進給率（ mm） 切削速度 （ m/min） 主軸轉(zhuǎn)速（ r/min） 10 2 400 45 1000 20 2 400 45 1000 30 500 45 1000 40 400 45 1200 50 2 500 45 1000 60 400 45 1200 工藝方案對比分析 擺線齒輪的齒廓是我們主要加工的曲面。型腔銑的加工特點是刀具路徑在同一高度內(nèi)完成一層銑錐形擺線齒輪的設(shè)計及數(shù)控加工 24 削遇到曲面時繞過，下降一個高度進行下一層的銑削。 插銑 插銑法 (plunge milling)又稱為 Z軸銑削法，是實現(xiàn)高切除率 的金屬切削最有效 加工方法之一。 通過觀察圖中 刀具路徑，對比圖 46型腔銑刀具路徑可知，插銑就是使刀具沿工件豎直方向運動，直至加工切削完成，將刀具返回安全點，再變化刀具位置 ，接著做豎直方向運動，直至所以表面加工完成。 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 25 圖 4 7 插銑刀具路徑 等 高 輪廓銑 等高輪廓銑是型腔銑的一個子類型，等高輪廓銑不需要毛坯幾何體，進退刀相比于型腔銑大大簡化。因此我們選用等高輪廓銑進行齒輪輪廓的精加工，不僅可以提高效率，還可以保證表面精度。在跳出來的加工環(huán)境對話框中 CAM會話配置選擇 cam_general，要創(chuàng)建的CAM設(shè)置選擇 millcontour（輪廓銑削） 。 圖 4 9 創(chuàng)建程序?qū)υ捒? 華僑大學(xué)廈門工學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計（論文） 27 創(chuàng)建幾何體 創(chuàng)建幾何體主要是定義要加工的幾何對象（包括部件幾何體、毛坯幾何體、切削區(qū)域、檢查幾何體、修剪幾何體）和指定零件幾何體在數(shù)控機床上的機床坐標(biāo)系（ MCS）。 圖 4 10 創(chuàng)建幾何體窗口 下面是幾何體子類型下的幾個選項的意思。切削區(qū)域也可以在以后的操作對話框中指定。 （部件幾何體 MILL_GEOM）：此選項可以通過選擇模型中的體、面、曲線和切削區(qū)域來定義部件幾何體，毛坯幾何體，檢查幾何體，還可以定義零件的偏置，材料，儲存當(dāng)前的視圖布局與層。點擊確認(rèn)，系統(tǒng)彈出“ MCS”對話框。安全平面的設(shè)定可以選取模型的表面或者直 接選擇基準(zhǔn)面作為參考平面，然后設(shè)定安全平面相對于所選平面的距離。繼續(xù)選擇下拉菜單“插入”里的“幾何體”命令，在彈出的“創(chuàng)建幾何體”對話框中選擇子類型為WORKPIECE，幾何位置為剛才所設(shè)置的 MCS，名稱設(shè)為 WORKPIECE_1。 創(chuàng)建刀具 在前面已經(jīng)討論過刀具的選擇，這里直接創(chuàng)建所需刀具。這里根據(jù)前面所選擇的 3把刀具，分別創(chuàng)建 3把刀具為后續(xù)加工作準(zhǔn)備。 選擇下拉菜單“插入”里的“方法”命令，系統(tǒng)彈出圖 412所示的“創(chuàng)建方法”對話 框。所以，用戶可以根據(jù)零件圖樣及工藝技術(shù)狀況，選擇合理的加工方法。按照制定好的方法選擇刀具和設(shè)定切削參數(shù)即可完成工序的創(chuàng)建。通過觀察刀具路徑可及時發(fā) 現(xiàn)問題，加以改正。 圖 4 14 銑孔加工 上下凹槽面加工完畢后，不需要更換夾具可繼續(xù)進行銑孔加工。銑孔精加工完成后，齒輪的端面就基本成型了，接著就可以開始對齒輪輪廓進行銑削加工。加工完后可得到大致的錐形擺線齒輪輪廓。 后 處理 上面所做的一切工作，都是為了生成機床能接受的代碼文件，把刀軌文件和 CLSF 點位源文件生成為機床能接收和識別的代碼文件，就是后處理。 通過上面的幾個操作步驟，一個完整錐形擺線齒輪加工流程就做完了，通過上面的操作我們可以看出，利用 UG 的加工模塊我們可以非常方便的實現(xiàn)加工仿真， UG 的建模和加工模塊不僅可以使模型轉(zhuǎn)換為圖紙，在完成加工仿真后，還可以通過 UG 的后處理功能得到數(shù)控程序（程序詳見附件），再通過數(shù)控機床就可以直接加工出成品。 本文雖然基本完成了錐形擺線齒輪的加工，但是由于實際加工經(jīng)驗的欠缺，對于錐形擺線齒輪加工無法完成較高的精度要求，對于刀具強度方面的考慮也