基于Pro/E Wildfire的直齒圓錐齒輪虛擬制造

藺吉順，畢曉偉，布茂東

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

0 引言

利用Pro/E Wildfire對(duì)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(biāo)系:絕對(duì)坐標(biāo)系、加工坐標(biāo)系、參考坐標(biāo)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(xiàng))；

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(jìn)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(xiàng)下模擬刀具加工過程，利用“NC檢測(cè)”進(jìn)行三維實(shí)體加工過程的模擬，如圖1所示。

可見，此加工方法會(huì)出現(xiàn)“過切”和“欠切”現(xiàn)象，進(jìn)行直齒圓錐齒輪虛擬數(shù)控加工的難點(diǎn)就在于如何解決此問題，因此，在對(duì)各種加工方法進(jìn)行試驗(yàn)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(jì)思路與步驟

1.1 設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)，刀具與A-A平面平行，這樣在加工齒廓1時(shí)，刀具與齒廓1相鄰的輪齒發(fā)生干涉(圖中實(shí)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(duì)于直齒圓錐齒輪的精加工具有重大的實(shí)際意義。

圖2 齒輪加工時(shí)大端“過切”平面圖

分塊加工原理就是對(duì)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(gè)部分，對(duì)這幾個(gè)部分分別進(jìn)行必要的序列設(shè)置，由此便可以達(dá)到理想的效果。

高精度的齒輪加工工藝特點(diǎn)在于端面的粗糙度較細(xì)，基準(zhǔn)端面對(duì)基準(zhǔn)孔的端面圓跳動(dòng)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(jìn)行加工［2］。齒輪類零件的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其關(guān)于中心對(duì)稱，那么就可以先對(duì)其中一個(gè)齒槽創(chuàng)建NC序列進(jìn)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(jìn)行加工即可。圖3為錐齒輪大端投影圖，在進(jìn)行齒廓1的銑削加工時(shí)，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(huì)與輪齒發(fā)生干涉，進(jìn)而避免了“過切”現(xiàn)象。同理，在進(jìn)行其他齒槽的銑削加工時(shí)，可以讓刀具軸線平行于各自齒槽的對(duì)稱平面即可。

圖3 “分塊加工”原理圖

1.2 設(shè)計(jì)基本方法和步驟

對(duì)于直齒圓錐齒輪在采用分塊加工前應(yīng)在每個(gè)齒槽都建立一個(gè)平面，此平面通過中心軸，且使齒槽關(guān)于此平面呈對(duì)稱分布。對(duì)于每個(gè)齒槽在選擇完加工區(qū)域進(jìn)行刀具軸平面的選擇時(shí)，選擇此齒槽的對(duì)稱平面即可。關(guān)于此對(duì)稱平面的創(chuàng)建，對(duì)于奇數(shù)個(gè)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(duì)于偶數(shù)個(gè)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(duì)于圖4齒輪的齒數(shù)為25，則需要由25個(gè)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(gè)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(jìn)行刀具路徑的演示，確認(rèn)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(biāo)識(shí)”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(duì)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(hào)和主刀具庫(kù)文件中的刀具號(hào)的映射關(guān)系，即可進(jìn)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(shí)的“過切”和“欠切”走刀錯(cuò)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(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)以及NC程序格式要求進(jìn)行相應(yīng)的分析、判斷和處理，生成數(shù)控機(jī)床所能直接識(shí)別的NC程序，并為下一步利用VERICUT軟件進(jìn)行加工仿真來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)踐［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.37-43.

［2］李春瑋.齒輪加工工藝分析［J］.機(jī)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(yùn)動(dòng)仿真分析［J］.機(jī)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(jī)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.