【正文】 齒輪的思想及實現(xiàn)2．1四軸轉(zhuǎn)臺加工中心加工弧齒錐齒輪的整體思想基于利用五軸機(jī)床加工弧齒錐齒輪的總體思想，加工過程中至少需要一個旋轉(zhuǎn)運動，x軸、Y軸、Z軸的i軸插補(bǔ)運動，因此從理論上至少需四軸的數(shù)控機(jī)床才能完成加工任務(wù)，可利用四軸轉(zhuǎn)臺加工中心加工弧齒錐齒輪。利用UG的CAM功能，專用央具．銑刀盤，在四軸聯(lián)動加工中心上實現(xiàn)弧齒錐齒輪數(shù)控加工。由于弧齒錐齒輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，弧齒錐齒輪的加工必須利用多軸機(jī)床才能完成。圖21雙轉(zhuǎn)臺五軸加工中心圖22四軸轉(zhuǎn)臺加工中心利用五軸加工中心(圖2—1)理論上可以實現(xiàn)加工，但有其局限性：(1)成本高。(2)操作困難。(3)裝夾困難。圖2．3齒輪與下轉(zhuǎn)臺干涉在普通數(shù)控機(jī)床上加工弧齒錐齒輪，要求機(jī)床必須沿三個坐標(biāo)軸有插值，且其中有兩個運動應(yīng)當(dāng)是往復(fù)直線運動、一個是旋轉(zhuǎn)運動。其中一軸提供毛坯旋轉(zhuǎn)運動，其它三軸提供刀具的插補(bǔ)運動。它數(shù)控加工能力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，集計算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動和精密技術(shù)于一。待加工的毛坯裝夾在轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺提供毛坯的旋轉(zhuǎn)運動，其他二軸提供刀具的插補(bǔ)運動。圖2．4齒根保持水平2．2．2專用夾具的引入基于以上加工弧齒錐齒輪的總體思想，四軸加工中心具備了加工弧齒錐齒輪的必要條件，但是不能把毛坯裝夾在加工中心的第四軸上直接進(jìn)行加工，這樣齒輪的齒根面不會被加工到或者齒形不能完全加工。裝夾時，專用夾具固定在平臺上，第四軸裝配在夾具上，通過調(diào)整夾具而使第四軸繞Y軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使弧齒錐齒輪的齒根面保持水平(圖2—4)。設(shè)計夾具時，夾具必須有調(diào)整角度的功能’以適應(yīng) 圖2．5雙面銑刀盤不同錐角的弧齒錐齒輪。2．2．3弧齒錐齒輪的加工刀具加工的初步是要建立刀具，刀具建立的原則是強(qiáng)度和加工效率，不同規(guī)格、不同形狀的齒輪加工刀具的結(jié)構(gòu)和大小不同。銑刀盤加工的最大優(yōu)點是效率高，所以本課題選用雙面銑刀盤 (圖2—5)為加工刀具。由于模擬仿真軟件UG的刀具庫里本身沒有銑刀盤，所以必須繪制銑刀盤，并建立刀具庫。刀具庫的建立對于弧齒錐齒輪加工很必要，在加工中就是利用它的建立模擬實際走刀軌跡。由于弧齒錐齒輪的曲面復(fù)雜性，利用手工編程是根本不可能的，所以必須利用相關(guān)的CAM軟件通過調(diào)用刀位文件(CL)來輔助完成，而且該軟件要能夠識別不同公司制造的加工中心或者數(shù)控銑床的控制部分并且生成相應(yīng)的數(shù)控代碼。這些三維CAM軟件各有自己的優(yōu)缺點。Pro／e的加工能力很有限并且它的仿真效果不如其它三維CAM軟件。它是美國EDs公司出品的一套集CAD，CAM／CAE于一體的軟件系統(tǒng)，它的功能覆蓋了從概念設(shè)計到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程。其中，UG的加工模塊是UG中最為強(qiáng)大的功能模塊之一，同時也是三維CAM軟件中最強(qiáng)大的?？傊?，利用uG作為三維CAM軟件來輔助加工弧齒錐齒輪是肯定能夠?qū)崿F(xiàn)的。它的特點是：它的語法符合ANsI c++標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上針對windows操作系統(tǒng)增加了一些語句；集成了MFC類庫，MFC封裝了windows API函數(shù)和消息，使程序員可以使用MFC高效率地開發(fā)出各種應(yīng)用程序；提供了MFC AppWizard，可方便地生成程序框架；提供了基于MFC的Clas swizard，通過它可以輕松地完成對各種MFc類的使用與維護(hù)。2．3．3弧齒錐齒輪數(shù)控加工的實現(xiàn)利用UG建模特征，繪制銑刀盤，并建立刀具庫。最后利用CAM功能，完成弧齒錐齒輪加工的工藝制訂、參數(shù)化刀具選擇、刀位軌跡選擇、加工仿真及數(shù)控代碼生成。3刀位軌跡計算刀位軌跡計算是根據(jù)零件的幾何模型、所選用的加工刀具、刀具走刀方式以及加工余量等工藝參數(shù)進(jìn)行刀位計算并生成加工運動軌跡。在弧齒錐齒輪四軸聯(lián)動數(shù)控加工中，銑刀盤與弧齒錐齒輪齒而劃的幾何嚙合關(guān)系非常復(fù)雜，因此刀位軌跡計算是弧齒錐齒輪四軸聯(lián)動數(shù)控加工及編程的關(guān)鍵。圖3—1假想平頂錐齒輪原理在切齒過程中，銑刀盤除了繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)作切削運動外，還沿著3刀位軌跡計算 遼寧工學(xué)院碩士學(xué)位論文某特定軌跡轉(zhuǎn)動，在這個轉(zhuǎn)動過程中，刀具的刀片切削刃便形成了假想平頂齒輪。切削時，先切一面(如圖的上側(cè)面)的齒頂和另一面(如圖的下側(cè)面)的齒根：在滾切過程中，逐漸移向上側(cè)面的齒根和下側(cè)面的齒頊，而最后脫離切削，如同一對輪齒的嚙合運動一樣。圖3．2展成加工利用這種方法加工弧齒錐齒輪，加工效率高，精度高，并且還能獲得良好的粗糙度。3．1．2銑削方案首先確定銑刀盤的起始位置，然后工件與刀盤進(jìn)入嚙合，假想平頂齒輪與工件展成運動開始，加工完一個齒槽后，床鞍退回，銑刀盤與工件分離，主軸帶動銑刀盤翻轉(zhuǎn)至其原始位置，在其反轉(zhuǎn)過程中工件分度以便加工下一個齒，然后床鞍前進(jìn)，開始下一個循環(huán)，直到加工完畢。為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，大小齒輪的齒數(shù)和應(yīng)不少于40。3．齒面寬b的選擇對于漸縮齒錐齒輪來說：，即b= A0，但b不應(yīng)超過端面模數(shù)m的10倍即b ≤10朋。一般可取6=(～) A0。范圍內(nèi)。載重汽車選用較小值以防止軸向力過大。的居多。5．法向壓力角口的選擇大壓力角可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)，但對于尺寸小的齒輪，大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，所以在輕負(fù)荷工作的齒輪中一般采用小壓力角，可使齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。為標(biāo)準(zhǔn)壓力角。刀盤直徑的大小直接影響輪齒嚙合中接觸區(qū)的穩(wěn)定性。刀盤直徑還影響到齒底寬在大、小端的差別，即合理的刀盤直徑對提高刀具壽命和切齒效是十分有利的。為了減少刀盤的規(guī)格，把刀盤名義直徑標(biāo)準(zhǔn)化了。7．切向變位系數(shù)切向變位的目的是進(jìn)一步均衡大小輪的強(qiáng)度。進(jìn)行切向變位后的大小輪中點法向理論弧齒厚SS1計算式如下： (33) (34)式中：一大輪齒頂高。而這可以通過一次或多次坐標(biāo)變換來實現(xiàn)。其中，坐標(biāo)變換有兩種方法，一種是解析幾何中的方法，包括坐標(biāo)軸的平移、旋轉(zhuǎn)、同時平移和旋轉(zhuǎn)。本課題采用坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)方法。先將S1作為待求坐標(biāo)系，即以坐標(biāo)x2，y2表示坐標(biāo)x1，y1。則有 (326) (327)并且規(guī)定逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)角≯取正值，反之，按順時針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角Φ取負(fù)值。所以需要再次進(jìn)行坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)變換，由于實際的四軸聯(lián)動加工中心加工弧齒錐齒輪是在坐標(biāo)系．n，Z下實現(xiàn)的，所以將Ⅳ，KZ．坐標(biāo)系下的刀軸方向矢量和刀盤相對毛坯運動的位置坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換。銑刀盤相對毛坯運動的位置坐標(biāo)是(X1，Y1，Z1)；設(shè)XYZ坐標(biāo)系下銑刀盤軸線方向矢量是(i，j，k)；銑刀盤相對毛坯運動的位置坐標(biāo)是(X，Y，Z)。它包含了刀具相對零件運動的信息，是以文本文件的形式出現(xiàn)的，其中的刀位指令是APT語言指令的一個子集。對于每一個子類對象，應(yīng)規(guī)定它的屬性和操作等，其基本結(jié)構(gòu)如下：子類對象{屬性：對象的類型；對象對應(yīng)的指令內(nèi)容；內(nèi)容在刀位文件中的位置；操作：輸入指