【導(dǎo)讀】要求，一方面是采用機(jī)械性能更好的材料和必要的熱處理，另一方面是提高加工精度，如采用磨削加工來提高蝸桿。螺旋面的形狀精度和降低表面粗糙度值。因此蝸桿磨削的設(shè)計(jì)和研究有著重要的實(shí)際意義。本文主要研究漸開線蝸。桿的磨削仿真，探討了蝸桿、砂輪零件的實(shí)體建模，砂輪磨削蝸桿的運(yùn)動(dòng)仿真等問題。論文首先在深入研究微分幾。何和空間嚙合原理的基礎(chǔ)上，選定一組符合國家標(biāo)準(zhǔn)的蝸桿參數(shù)在pro/e中建立蝸桿的實(shí)體模型。了漸開線蝸桿的磨削加工工藝，根據(jù)已知的蝸桿齒面形狀和包絡(luò)原理，求得了砂輪廓型，并進(jìn)一步在pro/e建立了砂。導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 傾向于后一種觀點(diǎn) , 但應(yīng)注意 , 采用展成法磨削不但要求被磨削螺旋面具有可展性 , 還應(yīng)滿足砂輪面與螺旋面接觸的直母線上具有恒定的公法線。因此 , 砂輪面必須為平面、錐面或柱面 ,砂輪軸線與蝸桿軸線也應(yīng)有一定的位置要求 ,以保證它們具有公法線。 漸開線蝸桿齒形的磨削方法 (1) 展成法磨削 對于 普通圓柱直紋螺旋面而言 ,漸開線螺旋面是唯一的可展面 ,因此可采用展成法進(jìn)行磨削。根據(jù)砂輪形狀的不同 ,又可分為錐面砂輪磨削法和平面砂輪磨削法。 a 錐面砂輪磨削法 漸開線螺旋面存在以下性質(zhì) : 漸開線螺旋面在任意一直母線處均可有一個(gè)密切錐面 , 錐頂半角為 (基圓螺旋角 ) , 其軸為曲線率的中心軸。令砂輪軸與蝸桿軸平行 , 此時(shí)蝸桿面上總可以找到一條直母線與砂輪軸相交 , 令這條直母線繞砂輪軸回轉(zhuǎn) , 即得砂輪錐面。該錐面與蝸桿在該直母線處的密切錐面相切 , 它們的錐頂半角互為余角 , 即砂輪錐面的錐頂半角為 (蝸桿基圓螺旋升 角 ) 。錐面砂輪磨制法砂輪修型簡單 , 砂輪軸線調(diào)整方便 , 但容易出現(xiàn)徑向干涉和另側(cè)干涉。由于這種磨削方法砂輪軸線與蝸桿軸線平行 , 因此又稱作平行軸磨制法或零度磨削法。 b 平面砂輪磨削法 它是利用媒介齒條的原理 , 把砂輪平面放在該齒條面內(nèi) , 再加以螺旋運(yùn)動(dòng) , 便可進(jìn)行磨制。這時(shí) , 砂輪平面為直母線的切平面 , 砂輪軸線為直母線的法線方向。由于蝸桿沿圓周方向有無窮多條直母線 , 因此砂輪軸線也有無窮多個(gè)安裝角度。后來采用蝸桿加工時(shí)刀具與蝸桿的軸夾角作為砂輪磨削時(shí)的安裝角，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試，便可進(jìn)行磨削。 (2) 砂輪創(chuàng)成修整磨削法 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 31 頁 共 54 頁 砂輪創(chuàng)成修整磨削法的關(guān)鍵在于砂輪的修形。創(chuàng)成修整器的工作原理為 : 一個(gè)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的金剛石 , 繞修整器中心軸線旋轉(zhuǎn) , 同時(shí)又沿軸線移動(dòng) , 對砂輪型面進(jìn)行修整。創(chuàng)成修整器頂裝在磨床前后兩頂尖間 , 金剛石繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿軸線的移動(dòng)通過機(jī)床主軸 — 螺距掛輪 — 工作臺(tái)絲杠傳動(dòng)鏈聯(lián)系起來。這樣三種運(yùn)動(dòng)的組合 , 使金剛石刃尖描繪出假想螺旋體母線“造型運(yùn)動(dòng)”的軌跡 , 同時(shí)將砂輪工作面上可能產(chǎn)生干涉的地方修整掉。這種完全按照螺旋體母線造型運(yùn)動(dòng)的軌跡來修整砂輪的方法 , 稱為創(chuàng)成修整法。創(chuàng)成修整法最大 的優(yōu)點(diǎn)是不受砂輪直徑大小的限制 , 可以完全消除“螺旋干涉”效應(yīng) , 磨削出沒有“畸形”的直母線螺旋面。如英國 Matrix 單線砂輪萬能創(chuàng)成修整器就具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊 , 調(diào)整精確可靠 , 使用操作方便等優(yōu)點(diǎn) , 它可以廣泛應(yīng)用于螺紋磨床、蝸桿磨床以及滾刀刃磨機(jī)床等設(shè)備上。創(chuàng)成修整器的調(diào)整計(jì)算 , 主要是修整器金剛石的安裝高度和角度的調(diào)整計(jì)算。創(chuàng)成修整器是通過兩組塊規(guī) (角度調(diào)整塊規(guī)和高度調(diào)整塊規(guī) ) 來保證金剛石切削刃尖往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)軌跡與假想螺旋面母線位置完全一致。按照螺旋面形成原理 , 直母線偏離螺旋面軸線的距離就是金剛石 高度調(diào)整塊規(guī)組的尺寸ν , 直母線相對端剖面的夾角就是金剛石安裝角 , 通過公式可將其換算為金剛石角度塊規(guī)組尺寸 C(單位 : mm) ? ??C (43) 對于漸開線蝸桿 , 尺寸ν等于蝸桿基圓半徑 ,? 等于蝸桿基圓螺旋升角。為避免另側(cè)干涉 , 砂輪平面一般沿蝸桿分度圓螺旋線方向傾斜 , 其傾斜角度不影響蝸桿齒形精度。采用創(chuàng)成修整器修出的砂輪型面 為一復(fù)雜的空間曲面 , 它與蝸桿的接觸也是空間曲線 , 本文不再詳述。 磨削方法比較 (1) 平面包絡(luò)法 : 砂輪形狀簡單 , 如砂輪安裝角度適當(dāng) , 可避免徑向干涉和另側(cè)干涉。這種方法的缺點(diǎn)是要求砂輪必須繞兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn) ,通常只能在精密鏟床上實(shí)現(xiàn) 。 (當(dāng)磨削小齒角漸開線蝸桿 , 其基圓半徑大于實(shí)際根圓半徑時(shí) , 砂輪只要調(diào)整角度即可 , 這時(shí)也可以在精密螺紋磨床上實(shí)現(xiàn) ) 每次只能磨削一個(gè)齒面 , 磨另一齒面時(shí)需要蝸桿調(diào)頭。 (2) 錐面砂輪展成法 : 砂輪形狀簡單 , 對機(jī)床調(diào)整機(jī)構(gòu)要求低 , 在鏟床、螺紋磨床、蝸桿 磨床上都能實(shí)現(xiàn) , 且能夠同時(shí)磨削左右齒廓面。但當(dāng)分度圓螺旋升角較大時(shí) , 容易產(chǎn)生另側(cè)干涉和徑向干涉 , 因此它適用于磨削分度圓螺旋升角較小的漸開線蝸桿。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 32 頁 共 54 頁 (3) 創(chuàng)成直母線修整法 : 可消除徑向干涉、另側(cè)干涉和螺旋干涉等問題 。 對磨削對象限制較小 , 它可以磨削所有直母線蝸桿 。 砂輪調(diào)整角度不影響蝸桿齒形精度。缺點(diǎn)是由于砂輪修整時(shí)沿蝸桿圓周方向?yàn)閿嗬m(xù)修整 , 一般金剛石刃尖每轉(zhuǎn) 3176。修整一次 , 因此存在一定的修形誤差 ,齒形加工精度比展成法的略低。 在本設(shè)計(jì)中，采用平面砂輪磨削方法來進(jìn)行磨削。 砂輪表面參數(shù)方程 設(shè)坐標(biāo)系 ），（ ,o1111 kji?與漸開線圓柱蝸桿相固連，通過計(jì)算得到螺旋面參數(shù)方程為： ????????? nuunubunubuuuZrYrXs inc o sc o ss ins inc o sc o s111?????? （ 44） 式中 ?n ―蝸桿齒形角 u―直廓線車刀刃口參數(shù) ?u ￣車刀轉(zhuǎn)角 rb ―圓柱蝸桿基圓直徑 ? ―螺旋參數(shù) ??nb tgr ?? 設(shè)坐標(biāo)系 ），（ ,o1111 kji?與盤形砂輪相固連，兩者的相互位置如圖 圖 漸開線位置坐標(biāo) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 33 頁 共 54 頁 P 點(diǎn)是漸開線蝸桿螺旋面與砂輪回轉(zhuǎn)面上任意一點(diǎn)的相應(yīng)點(diǎn)，也是兩者接觸線 C上任一點(diǎn)。 蝸桿螺旋面 p點(diǎn)的法矢量 n1 為： ????????????nzunuunbyunuubxuutgutgnrnrnc o ss i ns i ns i ns i nc o ss i ns i nc o s111??????? （ 44） 砂輪與蝸桿的嚙合條件為 ： 0)12( ??Vn 經(jīng)過整理后得到嚙合條件為 MLu? 式中：)c o s(s i nc o ss i ns i ns i n)c o s (c o ss i nc o s)s i nc o sc o ss i n(ApMAAtgLubnnuunuuuuuuunb rr????????????????? ?????? ??????? 或?qū)懗?)(?uFu? 式中 ? ―蝸桿螺旋升角 A―蝸輪蝸桿的中心距 則得出 漸開線圓柱蝸桿螺旋面 S1上接觸線的方程為 ????????? nuunubunubuuuZrYrXs inc o sc o ss ins inc o sc o s111?????? （ 46） )(?uFu? 漸開線螺旋面 S1 上任意一點(diǎn) p1 與砂輪回轉(zhuǎn)面 S 上任意點(diǎn) p 為對應(yīng)點(diǎn)（相切點(diǎn)）。如已知 p1 的坐標(biāo)及改點(diǎn)處的法矢量，則能求出 p 的坐標(biāo)及法矢量的表達(dá)式。把螺旋面上的切削線再轉(zhuǎn)換到回轉(zhuǎn)面坐標(biāo)系中去，即為回轉(zhuǎn)面 S上的一根固定接觸線。 砂輪回轉(zhuǎn)面上任意一點(diǎn)的徑矢為 kZjYiXr ??? （ 47） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 34 頁 共 54 頁 式中 ????s ins in1111YZYXC O SZZC O SYAX?????? 將 X1 、 Y1 、 Z1 代入并整理便得到砂輪回轉(zhuǎn)面 S 上一根固定接觸線為 )(s i nc o sc o ss i ns i nc o ss i nc o ss i ns i ns i nc o sc o sc o sc o ss i ns i nc o sc o s????????????????????????uunubnuununubunubFuuuZuuYAurrr???????????? （ 48） 最后的盤形砂輪回轉(zhuǎn)面的軸向截形方程式為： )(22ZZR YX??? （ 49） 如圖： 圖 砂輪截形 砂輪的三維建模 (1) 建立砂輪外輪廓（同蝸桿的漸開線）如下圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 35 頁 共 54 頁 圖 砂輪截面（漸開線） (2) 定義砂輪的大小 圖 (3) 砂輪中心孔 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 36 頁 共 54 頁 圖 （ a）砂輪 圖 （ b）砂輪截 面剖視圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 37 頁 共 54 頁 5 結(jié)構(gòu)仿真與運(yùn)動(dòng)分析 通過對以上砂輪、蝸桿零件的設(shè)計(jì)，設(shè)定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的初始條件，然后對砂輪、蝸桿實(shí)施變參，將變參后的蝸輪蝸桿進(jìn)行組裝，組裝之后，進(jìn)入 Pro／ E 機(jī)構(gòu)模塊，進(jìn)行約束與快照的設(shè)置，然后再定義齒輪副、選取電動(dòng)機(jī)，完成之后，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、速度測量，最后制作機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫。 砂輪蝸桿機(jī)構(gòu)的虛擬裝配 (1) Pro／ E產(chǎn)品裝配模型的特點(diǎn) 裝配模型的研究早在 70 年代就開始了，其主要的發(fā)展趨勢是由圖表達(dá)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)向樹表達(dá)的登記層次結(jié)構(gòu)發(fā)展， 裝配建模的實(shí)質(zhì)就在于如何在計(jì)算機(jī)內(nèi)有效地表達(dá)裝配體外在的和內(nèi)在的關(guān)系，主要集中在裝配模型必須囊括哪些有關(guān)的信息和所有這些信息如何恰當(dāng)?shù)亟M織起來，才能支持整個(gè) CAD 系統(tǒng)在其生命周期的全過程一從需求分析、設(shè)計(jì)、陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 38 頁 共 54 頁 加工、裝配到最后的銷售維護(hù)。裝配體模型最基本的組成單元是零件，子裝配體和成品裝配體 [3941]。 a 零件 (Part) 即是通常意義上的零件，是裝配體中最基本的物理組成元素，是不可拆分的幾何實(shí)體，是詳細(xì)設(shè)計(jì)中的具體設(shè)計(jì)對象。 b 裝配體 (Subassembl) 是裝配體中邏輯組成元素之一， 是在設(shè)計(jì)過程中確定的具有定功能的邏輯實(shí)體，它由多個(gè)零件組合而成。 c 部件 (Component) 是裝配體中最基本的邏輯組成元索，它是零件和子裝配體的并集。 d 成品裝配體 (Product) 是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)果，是最終體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)定功能的實(shí)體，它是由零件和子裝配體組成的。 (2)對砂輪蝸桿進(jìn)行虛擬裝配 a 裝配環(huán)境設(shè)置 在新建對話框中選取組件，然后取消缺省，選取 designasmmmns ,確定， b 創(chuàng)建基準(zhǔn)軸 因?yàn)闆]有固定件，采用下列方式 。一是先為砂輪蝸桿間的軸中心距建好組建文本參照面和基準(zhǔn)軸，以方便對齊；二是在平移時(shí)，讓砂輪在前視面和組建文件本身的基準(zhǔn)面ASMFRONT 對齊，蝸桿的基準(zhǔn)面本身在基準(zhǔn)面 ASMFRONT 的平移基準(zhǔn)面 ASMDTM1 對齊。如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 39 頁 共 54 頁 圖 創(chuàng) 建基準(zhǔn)軸 c 裝配砂輪分別用“圓柱”連接類型組裝進(jìn)來，并進(jìn)行平面的約束，如圖 所示。 圖 （ a）砂輪裝配參數(shù) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 40 頁 共 54 頁 圖 （ b）砂輪的固定 d 裝配砂輪分別用“圓柱”連接類型組裝進(jìn)來，并進(jìn)行槽的約束，如圖 所示。 圖 （ a）蝸桿裝配參數(shù) 圖 （ b） 蝸桿磨削的組裝圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 41 頁 共 54 頁 在裝配中，特別是復(fù)雜零部件的裝配，零部件間的干涉是很難避免的，過去往往要到零部件加工結(jié)束后，實(shí)際裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。這不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，更重要的是延誤了研制周期?，F(xiàn)在應(yīng)用了 Pro／ E中的裝配模塊，能非常容易的發(fā)現(xiàn)零部 件之間的干涉，及時(shí)對相關(guān)零件作修改，把問題消滅在設(shè)計(jì)過程中。 砂輪蝸桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 在 Pro／ E 的機(jī)構(gòu)模塊下，通過設(shè)置槽約束、伺服電機(jī)、分析參數(shù)等檢查砂輪蝸桿的運(yùn)動(dòng)情況，針對出現(xiàn)的干涉問題提出行之有效的解決方案。最后，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在制作成