劉　冀（順德金泰德勝電機(jī)有限公司工程,廣東　佛山　528308）

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基于AutoLISP的模擬滾齒以及滾刀齒形驗(yàn)證

劉冀
（順德金泰德勝電機(jī)有限公司工程,廣東佛山528308）

摘 要：滾齒是齒輪加工中常用的加工手段，滾刀的設(shè)計(jì)通常要直到滾刀制造完成、滾齒加工完成后才有結(jié)論。本文探索了一種對于齒輪的生產(chǎn)廠家進(jìn)行滾刀齒形驗(yàn)證的方法，可以在滾刀設(shè)計(jì)出來后得到齒輪需要的信息。

關(guān)鍵詞：滾刀；AutoLISP；齒形驗(yàn)證

1　問題的提出

我司進(jìn)行齒輪加工已經(jīng)有10余年之久，滾刀作為重要的齒輪加工刀具，具有較強(qiáng)的專業(yè)性，因此我司一直在專業(yè)廠家外購滾刀。這些外購滾刀不時(shí)有一些設(shè)計(jì)的問題，這些問題只有在加工產(chǎn)品后才能暴露出來，將刀具進(jìn)行返修將在瞬息萬變的市場中浪費(fèi)更多時(shí)間。

經(jīng)過一段時(shí)間的摸索，掌握了使用AutoCAD自帶編程軟件AutoLISP，模擬滾刀的切削過程，得到虛擬的產(chǎn)品，并在虛擬的產(chǎn)品上獲得各種有效的信息。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，能在滾刀制造之前就發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的問題，時(shí)間和質(zhì)量的浪費(fèi)。

2　問題的建模與優(yōu)化

設(shè)齒輪的齒數(shù)是Zp，滾刀的頭數(shù)是Zh，按照范成法，齒輪轉(zhuǎn)速和滾刀的轉(zhuǎn)速之間的比值應(yīng)該為：

式中：ωp——齒輪轉(zhuǎn)速；

ωl——滾刀轉(zhuǎn)速；

設(shè)滾刀的容屑槽數(shù)為N，在滾刀旋轉(zhuǎn)一周的過程中，共有N個(gè)刀具的前刀面對于齒輪進(jìn)行切削，即在齒輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中，總的切削次數(shù)為：C=ωlN=ωpN=ZpN

此外，滾刀的切削刃呈螺旋線分布在滾刀的一周，對于單頭滾刀來說，滾刀運(yùn)動(dòng)一周，剛好相當(dāng)于切削刃往其螺紋線方向的相反方向運(yùn)動(dòng)一個(gè)齒距p，即在每一次切削時(shí)，切削刃等效運(yùn)動(dòng)距離為：

兩次切削，滾刀的旋轉(zhuǎn)角度為：

兩次切削，工件的旋轉(zhuǎn)角度為：

模擬中，可以假設(shè)工件不動(dòng)，滾刀除了自身的自轉(zhuǎn)外，圍繞工件進(jìn)行公轉(zhuǎn)，即每一次切削時(shí)，公轉(zhuǎn)角度為：

切削的過程簡化為刀具前刀面的運(yùn)動(dòng)過程，每一次范成中，前刀面先進(jìn)行θh1的自轉(zhuǎn)，即往軸向方向上運(yùn)動(dòng)m的距離，并圍繞工件中心進(jìn)行θh2的公轉(zhuǎn)。

3　程序的編制

程序分為三個(gè)部分：

第一部分輸入工件信息，刀具選定

(defun c:hob_verify()

(setqw_t_n (getint “ 輸入齒輪齒數(shù)："))

(setqh_f_n (getint “ 輸入滾刀容屑槽數(shù):”))

(setq module (getreal “ 輸入齒輪法向模數(shù):”))

(setqpitch_radius (/ (* w_t_n module) 2))

(setqdt (+ dt (/ 360.0 (* w_t_nh_f_n))))

(setq object (ssget))

(setqw_c (getpoint “ 指定工件中心"))

(setqt_t (getreal “ 輸入齒輪分度圓齒厚:”))

(setq p0 (list 500 500 0))

(setqh_p1 (getpoint “ 尋找刀具軌跡 請擊刀具槽曲線左邊的第一點(diǎn)(不含圓弧)”))

(setqh_p2 (getpoint “ 點(diǎn)擊刀具槽曲線左邊的第二點(diǎn)(不含圓弧)”))

(setqh_p3 (getpoint “ 點(diǎn)擊刀具槽曲線右邊的第一點(diǎn)(不含圓弧)”))

(setqh_p4 (getpoint “ 點(diǎn)擊刀具槽曲線右邊的第二點(diǎn)(不含圓弧)”))

第二部分：尋找移動(dòng)刀具的中心點(diǎn)，即刀具進(jìn)給到合適的位置

(setq x1 (car h_p1))

(setq y1 (cadrh_p1)) ;尋找刀具輪廓左邊直線第一個(gè)點(diǎn)

(setq x2 (car h_p2))

(setq y2 (cadrh_p2)) ;尋找左邊直線第二個(gè)點(diǎn)

(setq x3 (car h_p3))

(setq y3 (cadrh_p3)) ;尋找右邊直線第一個(gè)點(diǎn)

(setq x4 (car h_p4))

(setq y4 (cadrh_p4)) ;尋找右邊直線第二個(gè)點(diǎn)

(setq a1 (/ (- y2 y1) (- x2 x1)))

(setq a2 (/ (- y4 y3) (- x4 x3)))

(setq b1 (- y1 (* a1 x1)))

(setq b2 (- y3 (* a2 x3))) ;計(jì)算兩側(cè)刀具直線

(setq x0 (/ (- b2 b1) (- a1 a2)))

(setq y0 (/ (- (* a1 b2) (* a2 b1)) (- a1 a2))) ;

(setq y0 (+ y0 (/ (* t_t a2) 2) )) ;計(jì)算滿足齒厚要求的實(shí)際切削刀具位置

(setq hob_p0 (list x0 y0 0)) ;計(jì)算刀具移動(dòng)起點(diǎn)

(setqhob_move (list (car w_c) (+ (cadrw_c) (/ (* module w_t_n) 2)) 0));獲得刀具移動(dòng)終點(diǎn)

(command “move” object ““ hob_p0 hob_move) ;刀具曲線偏移

第三部分：切削模擬

(while (<= ti 360)

(command “copy” object ““ p0 p0)

(setqti (+ tidt))

(setqtr ( * (/ ti 180.0) pi)) ;計(jì)算每一次刀具自轉(zhuǎn)值

(setq dl ( * (/ (* module w_t_n) 2) tr))

(setqpp (list (- (car p0) dl)(cadr p0)));每一次刀具曲線移動(dòng)值

(command “move” (entlast) ““ p0 pp)

(command “rotate” (entlast) ““ w_c (- ti)) ;每一次刀具曲線公轉(zhuǎn)值

)

)

直齒圓柱齒輪模擬切削舉例

步驟：

（1）查看滾刀圖紙中顯示的零件參數(shù)及滾刀參數(shù)列表。

（2）通過齒輪零件參數(shù)，計(jì)算出齒輪零件的分度圓弧齒厚。

（3）繪出滾刀圖紙中滾刀剖面法向齒形。

打開Auto CAD軟件并進(jìn)入繪圖界面，將滾刀圖紙中的法向齒形——繪出來，

滾刀圖紙法向齒形繪出后，復(fù)制單個(gè)（多個(gè)）齒形相互聯(lián)系起來，相互連接的齒數(shù)數(shù)量為齒輪零件齒數(shù)+（6～8）個(gè)。

使用鏡像命令，鏡像連接起來的齒形，所得到的齒形為模擬實(shí)際需要的齒形(即與滾刀安裝加工時(shí)所需的方向一致)，同時(shí)將鏡像前的反向齒形刪除，留下鏡像后的正向齒形。

將正向的圖形全部選中，并創(chuàng)建成塊

4　模擬切削程序載入Auto CAD

在Auto CAD標(biāo)題欄上，點(diǎn)擊“工具”→選擇“AutoLISP”→選擇“加載應(yīng)用程序”，此時(shí)彈出加載/卸載應(yīng)用程序所在位置的圖框，找到滾齒模擬切屑的程序，如“Hob_cut”，然后點(diǎn)擊圖框中“加載”，再點(diǎn)擊“關(guān)閉”即可完成模擬程序加載。

5　在Auto CAD中的命令欄輸入“hob_verify”命令，并按“空格”鍵執(zhí)行

根據(jù)命令欄提示分別輸入各參數(shù)，按“空格”鍵，輸入“齒輪零件分度圓弧齒厚”并執(zhí)行；此時(shí)命令欄顯示“請點(diǎn)擊刀具左邊的第一點(diǎn)（不包含圓?。?，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖形左邊第4個(gè)齒，左邊任意點(diǎn)兩個(gè)點(diǎn)，右邊任意點(diǎn)兩個(gè)點(diǎn)。

6　模擬加工完成，如圖1所示

使用Auto CAD中相關(guān)的測量工具，可以直接在圖形上測出實(shí)際加工的齒輪齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒頂R角、齒根R角、分度圓弧齒厚等參數(shù)，從而檢驗(yàn)出此滾刀圖紙的設(shè)計(jì)是否能滿足實(shí)際加工的齒輪零件要求。

參考文獻(xiàn)：

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[3]AutoLisp入門學(xué)習(xí)教程[DB/OL].http://www.lisdn.com/ html/63/n-1563.html

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.198