基于KIMOS的錐齒輪閉環加工系統

孫浩 聶峻峰 趙興福 王增強 張吉泉

摘 要：文章主要基于德國KLINGELNBERG公司KIMOS 軟件的螺旋錐齒輪閉環加工系統，簡述了KIMOS軟件對螺旋錐齒輪從設計、制造到測量全過程的應用。

關鍵詞：KIMOS軟件；螺旋錐齒輪；閉環；加工系統；應用

1 KIMOS軟件介紹

KIMOS是德國KLINGELNBERG公司設計的螺旋錐齒輪計算應用軟件，是一個模塊化結構的用于所有齒制的螺旋錐齒輪計算機集成設計和制造程序系統。是一個快捷、使用簡便、功能齊全的螺旋錐齒輪計算軟件。

文章以某種螺旋錐齒輪副為例，基于KIMOS軟件，通過齒輪數字化建模，模擬嚙合，加載分析、印痕分析、數字化測量等先進手段調整加工參數，實現設計、制造、檢驗協同統一，最終得到合格的齒面精度和接觸印痕。解決齒輪配對難和熱處理前后齒面形貌協調性問題。這對提高螺旋錐齒輪的互換性意義重大，同時可以大幅度提高加工質量和加工效率。

2 數字化建模計算過程

首先根據設計或使用要求進行尺寸卡計算，再對螺旋錐齒輪齒面進行嚙合印痕的模擬分析[1]。為了提高錐齒輪的承載能力，減少振動和噪聲，對齒高和齒向修形[2-3]。通過不斷調整dβ、dα、LB、HB和dγ值，模擬出輕載嚙合印痕（見圖1）。

圖1 輕載嚙合印痕模擬圖

通過對零件功率、加載承載能力分析，模擬出螺旋錐齒輪在工作時的狀態及動態嚙合印痕。通過觀察動態嚙合印痕的形狀、位置、大小等參數，適當調整輕載嚙合印痕狀態，直至動態嚙合印痕符合要求。在額定功率下，觀察動態嚙合狀態下的齒面應力和溫度場的分布，以不同顏色的圖形顯示出來。然后通過生成的機床加工數據、二維圖紙基本參數和嚙合印痕尺寸的要求，模擬出三維螺旋錐齒輪嚙合模型（見圖2）。

3 刀具參數的生成

通過以上模擬仿真，生成對應機床的調整卡，同時生成刀具參數，包括銑齒刀和砂輪的參數，并且能模擬出加工中刀具與工件是否干涉等相關信息。

4 閉環系統建立流程

傳統的螺旋錐齒輪加工方法通過技術員和操作者根據經驗調整印痕，效率低而且很難達到圖紙要求，文章采用了目前國際上較先進的數字化加工及檢測方法。首先對螺旋錐齒輪進行數字化建模，通過模擬分析，調整邊界條件等方法得到符合要求的印痕位置及形狀，同時得到磨削此印痕的加工參數并用于加工，加工完后與標準齒輪進行對比得到齒面誤差。對滾試驗后與圖紙要求的印痕和模擬仿真得到的印痕進行比較，根據試驗結果調整磨削參數繼續磨削，如此反復進行此過程從而使實際的齒面和印痕越來越接近圖紙的要求并最終滿足設計要求，從而得到了此零件的加工參數，實現加工與檢測的協同統一，固化加工參數，下次再加工時可直接使用此參數。同時使用數字化檢測技術提高檢測精度和效率，通過對標準齒輪的檢測可以減少著色試驗進行的頻率，在生產質量穩定階段可以通過與標準齒輪對比，對齒輪印痕的著色試驗進行抽檢從而極大的提高效率。

5 結束語

錐齒輪的閉環加工系統還可以通過測量機對實際齒輪齒面進行測量，將測量結果輸入KIMOS軟件，可以對實際齒輪齒面的嚙合路徑、振動分析、齒面接觸應力等信息進行有效的分析，這樣可以使制造與設計有機地結合起來，使錐齒輪生產、檢測與反調加工的整個流程可控，形成一個完整的閉環加工系統。KIMOS軟件閉環系統的應用，技術上達到國際先進水平，實用性強，可以應用到各種螺旋錐齒輪加工中。創新性強，打破了原有的螺旋錐齒輪成套配對交付的傳統思想。生產效率大幅度提升，經濟效益顯著。

參考文獻

[1]許洪基.齒輪手冊[M].北京：機械工業出版社，2001，1.

[2]齒輪制造手冊[M].北京：機械工業出版社，1997，12.

[3]吳序堂.齒輪嚙合理論[M].北京：機械工業出版社，1982，1.

作者簡介：孫浩（1985-），男，工程師，研究方向：螺旋錐齒輪數字化制造。