潘　冬

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

雙圓弧齒輪自動編程與仿真加工研究

潘冬

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

摘要：齒輪傳動是機械傳動的重要形式。采用雙圓弧齒輪傳動，避免了漸開線齒輪在高速重載情況下容易磨損的問題，提高了承載能力和運動平穩(wěn)性；然而雙圓弧齒輪加工的編程及程序驗證存在很多的困難。為此，提出了利用Pro/E軟件進行雙圓弧齒輪造型，自動編程以及后置處理，解決了雙圓弧齒輪實際加工過程中的編程難題，提高了編程效率。通過仿真加工及過切檢測，提高了產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)效率，避免了生產(chǎn)過程中的過切或者少切現(xiàn)象，預(yù)先發(fā)現(xiàn)加工缺陷，實現(xiàn)了程序校驗，具有一定的研究意義。

關(guān)鍵詞：雙圓弧齒輪；自動編程；仿真加工

1雙圓弧齒輪傳動的優(yōu)點

圓弧齒輪的齒廓為圓弧形，根據(jù)其嚙合傳動特性，通常分為2種嚙合形式：小齒輪為凸圓弧齒廓；大齒輪為凹圓弧齒廓，稱為單圓弧齒輪傳動。大、小齒輪在各自的節(jié)圓以外部分都做成凸圓弧齒廓，在節(jié)圓以內(nèi)的部分都做成凹圓弧齒廓，稱為雙圓弧齒輪傳動[1]。

雙圓弧齒輪工作時,先是主動輪齒的凹部推動從動輪齒的凸部，離開后，再以其凸部推動傳動輪的凹部，故雙圓弧齒輪傳動在理論上同時有2個接觸點，經(jīng)跑合后，這種傳動實際上有2條接觸線；因此雙圓弧齒輪可以實現(xiàn)多對齒和多點嚙合。

雙圓弧齒輪在應(yīng)用過程中主要具有如下優(yōu)點[2]。

1)相對漸開線齒輪，雙圓弧齒輪的抗點蝕強度高，而且磨損量較小，磨損后不影響齒廓的精度。圓弧齒輪的承載能力大，不容易在齒面產(chǎn)生點蝕或者是磨損。

2)雙圓弧齒輪有良好的跑合特性，同時圓弧齒面在高速滾動過程中，能在齒面間建立起較厚的潤滑油膜，避免齒面在重載下發(fā)生過渡的磨損、擦傷和膠合。雙圓弧齒輪的齒面容易形成油膜，其厚度約為漸開線齒輪的10倍，能有效提高齒輪的使用壽命。

3)雙圓弧齒輪在同一輪齒側(cè)面存在著2條接觸線，嚙合過程中屬于多點接觸和多對齒廓嚙合，同時凹齒齒根厚度增大能夠提高齒輪的彎曲強度，故其承載能力比漸開線齒輪要高很多。

4)用于提高漸開線齒輪承載能力、運動平穩(wěn)性和加工精度所采用的措施也同樣適合于雙圓弧齒輪，例如齒輪的齒面硬化、熱處理、工藝改進和齒根強化等。

目前，雙圓弧齒輪已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于冶金、礦山、石油、化工、煤炭、電力和建筑行業(yè)的各種機械設(shè)備上，并取得了良好的使用效果。

2雙圓弧齒輪的造型

雙圓弧齒輪的幾何尺寸取決于齒輪的法向模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、齒寬和螺旋角，因此，在進行齒輪實體造型前，需要設(shè)置好雙圓弧齒輪的基本參數(shù)。確定的基本參數(shù)見表1。

表1　雙圓弧齒輪基本參數(shù)

造型過程如下：1)建立基準(zhǔn)面，做出齒頂圓、分度圓和齒根圓，進行分度圓直徑確定時，分度圓直徑為d=mnz/cosβ,通過Pro/E軟件的參數(shù)化功能，建立關(guān)系式，保證分度圓直徑的精度；2)定義齒寬，定義螺旋角參數(shù)關(guān)系，構(gòu)造螺旋角所在的螺旋平面；3)通過拉伸，構(gòu)造齒根圓實體，并在螺旋面上繪制雙圓弧齒輪單個輪齒齒廓；4)實體造型，繪制齒坯，用插入、螺旋掃描和伸出項命令將法面輪齒的齒型廓線沿螺旋面進行掃描，生成單個輪齒；5)利用上述給出的齒數(shù)、螺旋角和模數(shù)關(guān)系，進行陣列操作，利用陣列方法中的軸陣列進行操作，然后進行內(nèi)孔和鍵槽切除。生成的雙圓弧齒輪實體模型的齒數(shù)為26，模數(shù)為4 mm，齒寬為50 mm，螺旋角為15°，壓力角為24°，如圖1所示。

圖1　雙圓弧齒輪的實體模型

3自動編程及后置處理

3.1創(chuàng)建制造模型

啟動Pro/E軟件后，在NC組件新建一個NC加工文件。依次點擊“制造”→“制造模型”→“裝配”→“參照模型”；然后創(chuàng)建工件，過程為依次點擊“實體”→“加材料”→“拉伸”→“實體”→“完成”，在草繪環(huán)境中確定毛坯尺寸，此處注意拉伸方向的選擇，本文選擇的毛坯直徑為雙圓弧齒輪的齒頂圓直徑(50 mm)。同時，建立工件坐標(biāo)系，主軸方向為Y軸，Z軸垂直向上，設(shè)定退刀位置，平行于X軸向上120 mm。

3.2定義操作及加工環(huán)境的設(shè)置

1)定義操作。在菜單管理器的制造設(shè)置下拉菜單中進行操作設(shè)置，通過對話框可以進行基本的加工環(huán)境的設(shè)置，包括所有機床、刀具、夾具、加工坐標(biāo)系和退刀面的設(shè)置。

2)定義NC機床。在制造設(shè)置下拉菜單中選擇“機床設(shè)置”，選擇機床名稱、類型、軸數(shù)、CNC控制名稱、主軸和進給量等內(nèi)容(見圖2)。

圖2　定義NC機床

3.3創(chuàng)建NC序列

依次點擊“制造”→“加工”→“NC序列”命令，創(chuàng)建NC序列。

a)設(shè)置刀具及刀具參數(shù)。因所選擇的雙圓弧齒輪的齒根圓半徑為1.601 6 mm，故選擇直徑為3 mm的球頭銑刀進行加工。

b)進行序列設(shè)置，指定加工表面。在菜單管理器中，依次點擊“制造”→“加工”→“NC序列”→“序列設(shè)置”，進行相關(guān)的設(shè)置，然后在曲面加工菜單選取“曲面”，并修改加工設(shè)置(見圖3)。

圖3　設(shè)置加工參數(shù)、指定加工表面

3.4演示刀具路徑生成CL文件

依次點擊“制造”→“加工”→“NC序列”，演示軌跡，點擊演示按鈕查看刀位點軌跡是否正確。

創(chuàng)建刀位數(shù)據(jù)文件(CL文件)，在菜單管理器中，依次點擊“CL數(shù)據(jù)”→“輸出”→“選取”→“操作”→“seq0001”→“文件”，輸出操作的“seq0001”的刀位數(shù)據(jù)文件，在輸出類型中選CL文件和交互。系統(tǒng)生成刀位數(shù)據(jù)后，返回軌跡菜單，依次點擊“Done Output”→“完成命令”，系統(tǒng)返回頂層菜單，刀位數(shù)據(jù)文件創(chuàng)建完成，保存副本的類型為ncl(見圖4和圖5)。

圖4　CL文件的生成

圖5　刀位數(shù)據(jù)文件

3.5后置處理

自動編程的方法不同，經(jīng)過刀具軌跡計算產(chǎn)生的是刀位文件(CL文件)，而不是數(shù)控加工程序，這就需要設(shè)法將刀位文件轉(zhuǎn)換成指定數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，再經(jīng)過通信渠道輸入到數(shù)控裝置，才能進行零件的數(shù)控加工，這個處理過程稱為數(shù)控加工的后置處理。

1)在菜單管理器中，依次點擊“CL數(shù)據(jù)文件”→“輸出”→“選取”→“操作”→“seq0001”→“文件命令”→“在輸出類型菜單中進行設(shè)置”，設(shè)置方法為CL文件和MCD文件進行交互。

2)在后置處理選項菜單中選取默認“全部”和“跟蹤”。

后置處理操作完成，并生成MCD文件，信息提示后置處理文件成功創(chuàng)建。依次點擊“菜單管理器”→“Done Output”→“完成/返回”→“返回頂層菜單”。

在Windows環(huán)境下找到ch12