藺吉順，畢曉偉，布茂東

(內(nèi)蒙古民族大學(xué)機械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼028000)

0 引言

利用Pro/E Wildfire對直齒圓錐齒輪的數(shù)控精銑齒工藝［1］如下:

1)創(chuàng)建數(shù)控加工文件；

2)規(guī)劃直齒圓錐齒輪的制造模型(將其參考模型和工件裝配在一起)；

3)定義操作(明確Pro/NC所需要的3種坐標系:絕對坐標系、加工坐標系、參考坐標系)；

4)選擇加工方法(在序列設(shè)置中選擇“刀具”、“參數(shù)”、“退刀”、“曲面”、“4軸平面”、“定義切割”選項)；

5)設(shè)置加工刀具(包括刀具的名稱、類型、材料和單位)；

6)設(shè)置加工參數(shù)(切削進給、跨度、主軸轉(zhuǎn)速、間隙距離)；

7)設(shè)置退刀平面；

8)選擇加工區(qū)域。

最后在“屏幕演示”選項下模擬刀具加工過程，利用“NC檢測”進行三維實體加工過程的模擬，如圖1所示。

可見，此加工方法會出現(xiàn)“過切”和“欠切”現(xiàn)象，進行直齒圓錐齒輪虛擬數(shù)控加工的難點就在于如何解決此問題，因此，在對各種加工方法進行試驗的基礎(chǔ)上，提出了“分塊加工”思想。

圖1 齒輪加工的“過切”與“欠切”現(xiàn)象圖

1 設(shè)計思路與步驟

1.1 設(shè)計思路

從圖1可以看出，由于某些齒廓刀具沒有走到，造成加工不完整，這就是所謂的“欠切”現(xiàn)象。而對于某些輪齒加工過程中被切去一部分，使輪齒不完整，圖2為錐齒輪精加工時齒輪大端投影圖，從圖2中就更容易看出此加工方法在加工時，刀具與A-A平面平行，這樣在加工齒廓1時，刀具與齒廓1相鄰的輪齒發(fā)生干涉(圖中實體填充部分)，造成相鄰輪齒的一部分被切割掉，這就是所謂的“過切”現(xiàn)象，解決“過切”和“欠切”對于直齒圓錐齒輪的精加工具有重大的實際意義。

圖2 齒輪加工時大端“過切”平面圖

分塊加工原理就是對于某些特殊零件，在整體加工過程中為了確保加工精度，將加工部位分成幾個部分，對這幾個部分分別進行必要的序列設(shè)置，由此便可以達到理想的效果。

高精度的齒輪加工工藝特點在于端面的粗糙度較細，基準端面對基準孔的端面圓跳動要求精度高，因此在齒坯加工中，除了要注意控制端面與內(nèi)孔的垂直度外，還需留有一定的余量進行加工［2］。齒輪類零件的一個顯著特點是其關(guān)于中心對稱，那么就可以先對其中一個齒槽創(chuàng)建NC序列進行加工，只要此齒槽加工質(zhì)量好，其他齒槽按照此齒槽加工方法創(chuàng)建NC序列進行加工即可。圖3為錐齒輪大端投影圖，在進行齒廓1的銑削加工時，可以讓刀具軸線平行于平面B-B，這樣在齒廓銑削加工過程中刀具就不會與輪齒發(fā)生干涉，進而避免了“過切”現(xiàn)象。同理，在進行其他齒槽的銑削加工時，可以讓刀具軸線平行于各自齒槽的對稱平面即可。

圖3 “分塊加工”原理圖

1.2 設(shè)計基本方法和步驟

對于直齒圓錐齒輪在采用分塊加工前應(yīng)在每個齒槽都建立一個平面，此平面通過中心軸，且使齒槽關(guān)于此平面呈對稱分布。對于每個齒槽在選擇完加工區(qū)域進行刀具軸平面的選擇時，選擇此齒槽的對稱平面即可。關(guān)于此對稱平面的創(chuàng)建，對于奇數(shù)個齒數(shù)的齒輪，若其齒數(shù)為z，則需要將HA_DTM平面繞中心軸旋轉(zhuǎn)角度360/z，然后將此平面旋轉(zhuǎn)復(fù)制，其中旋轉(zhuǎn)的角度為360/z，復(fù)制數(shù)量為z-1；對于偶數(shù)個齒數(shù)的齒輪，若其齒數(shù)為z，則需要將HA_DTM平面繞中心軸旋轉(zhuǎn)角度180/z，然后將此平面旋轉(zhuǎn)復(fù)制，其中旋轉(zhuǎn)的角度為360/z，復(fù)制數(shù)量為z/2-1，由此便可避免“過切”和“欠切”現(xiàn)象。對于圖4齒輪的齒數(shù)為25，則需要由25個并聯(lián)的“曲面銑削”方法組成，建立的制造模型如圖4所示［3］。

圖4 采用“分塊加工”后的制造模型

由這25個并聯(lián)的“曲面銑削”序列生成的刀具軌跡如圖5所示。

圖5 錐齒輪精加工的刀具軌跡

2 后置處理

后置處理的過程也就是生成MCD文件的過程。進行刀具路徑的演示，確認刀具軌跡無誤后，可以在“播放路徑”的“文件”菜單下將其“另存為MCD”，選中“加工”和“處理標識”復(fù)選框，將輸出以.tap為后綴的數(shù)控程序文件，用記事本打開便可看到錐齒輪精加工的數(shù)控程序［4］。

生成的數(shù)控程序如下:

%

O01N0050G01Y25.75Z16.421F196.

N0010T01M06N0060X1.303Y34.776Z-1.434

N0020S6200M03N0070Y34.789

N0030G00X.895Y45.382C0.N0080X.895Y25.75Z16.421

N0040Z20.197 …………………………………

N8000X7.921Y33.342Z-1.908N8050X5.934Y24.684Z16.066

N8010X7.934N8060Z30.

N8020X5.934Y24.697Z16.066N8070M05

N8030X7.934Y33.342Z-1.908%

N8040X7.947

3 利用VERICUT對錐齒輪精加工仿真

在VERICUT中調(diào)入NC程序，并定義刀具列表以建立G代碼中所指定的刀具號和主刀具庫文件中的刀具號的映射關(guān)系，即可進行加工過程的仿真［5］。

其過程包括建立控制系統(tǒng)、建立組件樹、設(shè)置切削仿真的刀位軌跡文件與刀位文件，之后便可利用VERICUT播放錐齒輪的精加工過程。精加工中和加工后的齒輪見圖6。

圖6 錐齒輪精加工樣圖

4 結(jié)語

利用Pro/Engineer Wildfire NC完成直齒圓錐齒輪的精加工過程，提出了“分塊加工”的虛擬制造思想，解決了整體加工時的“過切”和“欠切”走刀錯誤現(xiàn)象，在生成加工過程的刀具路徑文件后，利用“后置處理”模塊來提取相關(guān)的加工信息，之后便可以根據(jù)機床數(shù)控系統(tǒng)的特點以及NC程序格式要求進行相應(yīng)的分析、判斷和處理，生成數(shù)控機床所能直接識別的NC程序，并為下一步利用VERICUT軟件進行加工仿真來檢驗設(shè)計和加工的正確性提供了有效的技術(shù)支持。

［1］姜洪奎，等.PRO/ENGINEER WILDFIRE 5.0數(shù)控加工行業(yè)應(yīng)用實踐［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.37-43.

［2］李春瑋.齒輪加工工藝分析［J］.機械管理開發(fā)，2011，(2):36-37，41.

［3］林艷，原思聰，季文祥，等.基于Pro/E的直齒圓錐齒輪參數(shù)化建模與運動仿真分析［J］.機床與液壓，2010，38(19):115.

［4］張瀅.Pro/E Wildfire數(shù)控加工及二次開發(fā)技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.153-160.

［5］楊勝群.VERICUT數(shù)控加工仿真技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.