基于参数化设计的齿轮滚刀生产管理系统研究

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1、基于参数化设计的齿轮滚刀生产管理系统研究----生产管理论文-->第1章绪论1.1课题背景及意义齿轮从18世纪欧洲工业革命以后被广泛应用，已成为机械产品中不可或缺的重要基础零部件，在工业发展过程中具有突出的地位，被公认为是工业化的一种象征。齿轮加工制造已成为制造行业重要的一环。随着齿轮产品的需求和类别的增加，为了更好的满足加工要求，齿轮加工刀具的设计也由传统的手工设计通过计算机的辅助设计向多元化、参数化、智能化方向发展。齿轮滚刀是按交错轴斜齿轮啮合原理，用展成法加工齿轮的刀具，是现在加工齿轮使用最广泛的刀具[1]。由于齿轮滚刀的设计过程不仅需要复杂的公式计算，查阅大量图表，而且绘制工

2、程图时非常麻烦费时，虽然可以通过UG、Pro/E和SolidesE.GleasonandArthurL.SteitriouVasilis、VidakisNectarios等[12]提出了一种先进的仿真和验证滚齿加工方法，开发了一个可以嵌入当前商业CAD系统的模块叫做HOB3D，通过输入滚刀和齿轮参数，和切削环境参数可以仿真输出切屑的固体几何模型，对滚削过程的动态预测和刀具磨损都具有指导意义。我国的滚刀的设计技术和世界先进水平相比还有很大差距。目前代表我国滚齿技术水平的有哈尔滨第一工具厂、汉江工具厂、上海工具厂、重庆工具厂等一些企业，它们都已具有比较成熟的滚刀加工和设计技术[13]。随

3、着滚齿技术的不断革新，许多学者和工程设计人员开展了与齿轮滚刀相关的研究设计工作。......第2章齿轮滚刀结构及力学性能分析2.1引言齿轮滚刀是生产中加工齿轮使用最广泛的刀具，由于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀制造和检测都很困难导致实际加工齿轮精度并不高，而阿基米德齿轮滚刀制造和检测都比较容易，其轴向齿形是直线，端截面是阿基米德螺旋线，故生产中多采用阿基米德滚刀代替理论正确的渐开线基本蜗杆滚刀。因此本章主要针对阿基米德滚刀进行结构分析，在此基础上根据滚齿加工特点通过有限元手段对齿轮滚刀进行静力学及模态分析，模拟极限载荷下受到的应力及应变，分析滚刀的固有频率和振型，为滚刀的设计进行安全评估提

4、供了理论依据。......2.2齿轮滚刀结构分析对于阿基米德滚刀，其蜗杆实质上是一个梯形螺纹，切削刃是侧铲面和前刀面的交线。其轴向剖面的集合特征是直线，端部剖面是阿基米德螺旋线。（1）阿基米德侧铲面方程：阿基米德滚刀刀齿侧铲面是由铲齿而形成的，是阿基米德螺旋面。阿基米德螺旋面可看做是直母线MN（如图2-3所示）绕蜗杆轴线作螺旋运动而产生的，这条直母线始终与蜗杆轴线相交并与蜗杆端面夹成定角。在坐标系OXYZ中，假设直母线的蜗杆导程为P并且原始位置通过坐标原点O，直母线上任意点G的坐标表达式即右旋阿基米德蜗杆左螺旋面的方程。滚齿切削力的计算是滚齿加工前校核滚刀强度的前提，机床传动设计、工

5、艺系统的形变、刀具的磨损及使用寿命都与滚削力大小有关[38]。因为滚齿切削状态十分复杂，不但不同瞬时同一刀齿的切削面积、厚度和滚削力的方向不同，而且切削时参与切削的刀齿也在不断变化。此外，滚削力与工件材料、刀具结构-->、热处理、模数和切削液等诸多因素有关，因此国内滚削力计算并不统一。目前计算切削力的方法主要有实际测量法，基于大量滚削实验数据通过不同的切削力模型和方法拟合出切削力的经验公式法，通过相关资料进行类比推测法和基于切削微元建立滚削力的瞬时模型法[39,40]。本节主要介绍常用的两种滚削力的计算方法，由于滚齿加工过程滚削力的变化十分复杂，切削力除了会使工件产生弹性变形和塑性变

6、形，刀具本身也会由于复杂多变的受力状态而产生疲劳甚至失效。目前滚齿加工趋向于向大切削量、高速、高硬度发展[39]，因此分析滚刀的应力应变状态对确保齿轮加工精度和减少工艺系统因应力过大导致变形都有很好的预测和分析作用。根据文献[42]中介绍的滚刀切削刃的负荷分析结果，滚刀切削时大多数刀齿都用两个或三个切削刃参加切削。通常三圈齿中有两圈切入齿，一圈切出齿，而切出齿只用侧刃参加切削。顶刃切下的截面最大面积分别是切入侧切削刃的1.4倍，是切出侧切削刃的8倍[42]。基于以上思想本文采用类比的方法将滚削力分别加载在顶刃和左右侧刃上，并假设切削顶刃和左右切削侧刃同时达到最大值的极值状态。而最大滚

7、齿切削力的计算方法由于德国普发特公司的经验公式比较完善，故选用此式进行计算。取m=4，D=90mm，i=16的直槽零前角滚刀为例对滚刀进行静力学分析。对单个刀齿的网格划分由于顶刃部分承载的切削力最大，为了更精确的仿真计算应变变形，对顶刃网格进行加密处理如图2-10中的a所示。滚齿切削过中受力最薄弱的部分是刀齿，而刀体本身有很强刚度，很难变形，而且距离所受切削受力越远的部位，受到到切削力的影响越小。因此，对整体滚刀受力分析仅以1/4滚刀结构进行分析，网格划分