autocad的锥齿轮切齿过程仿真及软件开发

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1、万方数据CAD／CAPP／CAM／CAF基于AutoCAD的锥齿轮切齿过程仿真及软件开发口郭晓东张明德梁伟摘要利用Aut‘，cAD2000软件系统的三维建模功能及其obje【!LAK)【2000的二次开发工具，根据弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的切齿加工原理，研究齿彤加工仿真算法运用参数化思想，开发切齿过程仿真软件系统。仿真结果可为齿面接触分析、有限元应力分析、齿形的数控加工等提供三维几何模型。关键词：弧齿锥齿轮准双曲面齿轮三维建模软件中图分类号：THl32文献标识码：B文章编号：167l—3133(2002)l【H】

2、【科B一、前言由于锥齿轮齿面几何形状为空间复杂曲面，住已有的建模方法中，大多基于齿轮啮台理论进行数值汁算。3J‘“，获得齿面的三维模型，而完整的三维实体模型只有借助其他cAD软件如I．Deas、Pm，Fn只ineer等才能建立。但这种手工建模方法需要做大量繁琐的r作，且最大的缺点还在于其重用性差，一旦需要改变参数时，就必须从头开始。另一方面，当廊用塑性成形加工力‘法制造锥齿轮时，在现有的技术中川以加工模具的电极齿轮是在锥齿轮铣齿机上进行切齿加工的，无法实现齿顶及齿端的自动修缘以改善模具寿命，减小齿轮啮人、啮出冲击

3、。一种好的解决方案是在加J中心上实现电极齿轮齿面及其齿顶、齿端修缘的自动化加1一。为此，需要提供精确的锥齿轮专维实体模型。本文研究了基于锥齿轮切齿加工原理的切齿过程仿真方法，应用ObiectAIⅨ1．具开发r基于AutocAD环境的锥齿轮切齿加工仿真软件系统。根据给定的切齿凋整参数，应用该系统能方便地模拟锥齿轮的粗、精切加工过程，获得精确的锥齿轮三维实体模型，并能进行基于此j维文体模型的精切余量分布、根切强度、齿面接触分析等几何分析。二、锥齿轮切齿加工调整原理在生产实际中，通常采用两种方法加工锥齿轮传动副，即全展

4、成法和半展成法。其不同之处在于，前一种方法应用展成法加工大轮，而后一种方法应用成形法加工大轮。半展成法·般只应用于传动比较大的锥齿轮副的加丁=。而对于相啮合的小轮，则采用展成法加工。根据所应用的铣齿机床的结构和传动形式，小轮的加工方法有普通展成法(既无刀倾机构凋整也无滚切修正机构调整)、滚切修正展成法、刀倾展成法等。图l表示r这些加工方法的切出调整统一模型。341床位2摇台角3偏心角4刀倾转角5"倾角6眯身7水甲轮位8．垂直轮佗9机床根锥角10滚比调整幽l锥齿轮切齿调整横型三、切齿加工仿真算法1．生成肯坯实体图2

5、齿坯轴截面齿坯由而锥、前锥、背锥面及齿坯芯部组成，其轴截面如图2中的阴影区域所示。建立原点于锥齿轮副的轴交错点的坐标系三。={哝，i。，J，，＆。}，将齿坯的截面图绕t轴旋转36妒则形成齿坯实体。2．生成刀盘实体图3刀盘截面图3所示为刀盘的截面图。由于在实际的加工过程中，参与切削的刀刃为圆锥面的母线，而在仿真加工过程中，刀具对齿坯的切削实际上是用AutocAD内部的布尔运算进行减操作。因此刀盘不能与实际的切齿刀盘做成一样，而须做成由切削刃形成的锥面刀盘，才与实际加工等效。所以简化刀盘的形状，直接将其截面绕轴线k，

6、旋转36仃即可生成刀盘实体。当传动比较大或进行研齿时，轮齿根部易发生干涉，需要采用带凸角的刀盘。在AutoCAD软件可方便地生成这样的刀盘实体。用其进行切齿仿真．能精确显示带凸角刀盘加工的根切情况。曩代■tI

7、2盹2tmI鸳憾咧幽『万方数据3．切齿调整过程切齿调整应用计算机图形学的图形变换原理，进行齿坯及刀盘实体图形的平移、旋转等操作。设锥甫轮的轴交错点为0，，刀盘中心为0。，加工机床巾心为0。，在调整前0。、D。与0。重合，各自坐标系的坐标轴方向设置也一致。将切齿调整分为齿坯调整和刀盘调整两部分，设用G表示齿坯

8、实体，c表示刀盘实体。齿坯调整部分是进行水平轮位移动X。、机床安装根锥角旋转flm、床位移动墨以及垂直轮位E。移动的调整。总的变换矩阵为：傩(一厂m)出(一■)一酬一■)嘲(-巳)0兄一凰0O0lO±kl珊■一siTI■锄L哪■0置一乩010±k1⋯⋯····⋯⋯·⋯⋯··⋯·-·⋯--··⋯·⋯--·f1)c-=G0t⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)成形法加工时刀盘调整参数为水平刀位H和垂直刀位y，以平移矩阵为：L=㈡CJ=Co矸滚切法加工时刀盘调整参数为偏心角口、摇台角p、刀倾转角，、刀转角J。以Gl唧nN

9、0．116机床为例，讨论刀盘的调整情况。其偏心角和摇台角调整如图4所示，0。为机床中心，0。为刀盘中心，n为偏心鼓轮中心。偏心角的旋(3)(4)转轴线是过偏心鼓轮中心o。与L图4刀盘调整轴平行的直线，因此需要将坐标系先移至鼓轮中心0。后(即将O。点移至D。点)，再绕j。轴旋转，最后将坐标系原点反向移回到摇台中心0。；摇台角旋转轴线过摇台中心0。，其轴线就是『m轴。偏心角调