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齿轮精加工中刀位点生成的基本理论生切削作用

  齿轮精加工中刀位点生成的基本理论生切削作用的点。通常我们在生成刀具轨迹时都是先确定刀触点 然后根据加工中采用的刀位算法求出对应的刀位点。当在工件的整个加工面上选取任一个刀触点 所对应的全部刀位点的集合是一个曲面 称为刀具偏置曲面。 柱形刀具和齿轮齿廓切触的几何条件图 柱形刀具和齿廓面切触的矢量图如图

  齿轮精加工中刀位点生成的基本理论生切削作用的点。通常我们在生成刀具轨迹时都是先确定刀触点 然后根据加工中采用的刀位算法求出对应的刀位点。当在工件的整个加工面上选取任一个刀触点 所对应的全部刀位点的集合是一个曲面 称为刀具偏置曲面。 柱形刀具和齿轮齿廓切触的几何条件图 柱形刀具和齿廓面切触的矢量图如图为加工中刀位各几何元素关系图 ‰是刀具轴线单位矢量 是柱形刀具的半径 是齿廓面上任意一点 将此点取为 刀触点 是刀具上选取的刀心点 齿廓面的外法线单位矢量是力 位于图示刀具的右下角处它与右端紧邻齿面的距离为 审是齿根圆角半径 是齿根过渡曲面的最小曲率半径 是刀具切触点距离刀具端面的距离和慨分别是点 在空间的位置矢量我们在加工中应保证点 与紧邻齿面的距离 取安全值。 直齿渐开线圆柱齿轮啮合传动时齿廓接触区的计算渐开线齿轮啮合传动时 两轮齿的共轭啮合点都处于啮合线上 且必须满足两齿轮的模数和分度圆压力角分别相等。齿侧间隙便于在啮合时对齿廓进行润滑 同时也考虑到反向冲撞和空程的影响 故仅靠齿轮的制造公差来保证很 齿轮精加工中刀位点生成的基本理论小的齿侧间隙。设计齿轮的公称尺寸与安装间距时 均考虑为齿侧间隙为零。同时两轮安装时按照标准中心距 顶隙为标准值 可以保证啮合传动时一轮齿顶与另一轮的齿槽底部和齿根部不相抵触 同时也保证了容纳传动润滑油的空间。 齿轮齿廓曲面的实际啮合区计算渐开线齿廓传动时所有的共轭啮合点均在两轮基圆的内公切线上 即处于啮合线上 对一给定的能够满足啮合传动的中心距而言 所有啮合点的运行接触轨迹确定不变。主动轮的齿面在从动轮的齿顶圆与啮合线的交点处开始啮合 齿廓共轭传动时两轮的接触啮合点 在主动轮齿面上由根端渐渐移向齿顶端 在从动轮齿面上由齿顶端渐渐移向齿根部。啮合点到达主动轮的齿顶圆与啮合线的交点处后 啮合齿廓将脱开接触。我们可以从上述的实际啮合接触过程中求出轮齿齿廓上实际啮合区大小。对于一个取定参数的标准齿轮 当它和不同齿数的另一齿轮啮合传动时 该轮齿廓的实际啮合区的大小是发生变化 我们可以证出 当该齿轮和一个齿条进行传动时 该轮的实际啮合区面域值最大 因此我们将对齿轮齿条机构传动时齿轮的实际啮合区进行求解计算。并以此作为齿面精加工中刀具接触点范围计算的理论基础。 齿轮齿条机构标准中心距安装时的啮合传动图齿轮精加工中刀位点生成的基本理论 轮齿廓面的渐开线部分的计算在图中的齿轮齿条传动中 齿条的齿顶线与啮合线 的交点为渐开线齿廓上齿根端的极限点。根据几何图形关系 的数值大小进而算出其对应的齿面压力角 轮齿廓面的齿根过渡曲线部分的计算当由齿条形刀具采用展成法切制轮坯时其啮合传动的切制位置和上图相同 齿条和轮坯各自的运动构成展成运动。当刀具的刀刃走过 距离时 被切齿轮坯的齿廓渐开线部分将完全展成出 加工齿轮的齿廓截面由 起到齿顶端均为渐开线形 但在 与齿根圆间的过渡曲线则为延伸渐开线 是齿条形加工刀具齿顶的圆角或尖角 未倒角时 做展成运动形成的【 。二三一矗力口 齿根过渡曲线的曲率半径齿轮精加工中刀位点生成的基本理论齿廓根部是延伸渐开线的等距曲线 曲率半径 为齿条形刀具齿顶圆角圆心与中线的距离为刀具齿顶圆角圆心与刀具齿槽中心线的距离。 图中为刀具的齿顶圆角半径 一一是刀具圆角和齿根过渡曲线接触点的公法线 。是朋与刀具加工节线间的夹角 其变化范围是角 则取齿廓根部过渡曲线形状即为延伸渐开线。在图中选用的 九直角坐标系中 我们可以求出延伸渐开线等距曲线的参数表达式 齿廓实际啮合区的刀具条件柱形刀具刀位点的解析表达式由齿廓上玩点和齿顶圆处的齿面压力角和展角 可以用 软件绘制出齿廓上的实际接触区的范围 我们在进行工件的精加工时 理论上仅需保证此段范围的齿面精度即可 对于轮齿根部以及和渐开线齿廓过渡部分的齿面处精度要求相对较低。设接触点 的坐标为 齿廓渐开线在点 处法线方程为 另该方程可得出南 处到该直线与齿轮基圆的切点乞一《间的距离。记与刀触点对应的刀具轴线上的点为 方程联立求得缸 由直线的斜率可以求得刀轴线的斜率 求出刀齿轮精加工中刀位点生成的基本理论位点的坐标 柱形刀具刀径的选择图柱形刀具刀径计算依据图点 处的齿槽宽所对应的基圆圆心角为 同时考虑到柱形砂轮的制造精度和抗弯强度及热稳定性等性能要求 应使得选择的砂轮直径 柱形刀具刀位的干涉我们在刀具的加工刀位中 通过干涉检查自动调整刀具切触点距离刀具底端面的值 。刀位干涉问题可抽象为空间中点与面间的距离值进行分析 即校核刀具上点 和加工齿廓的紧邻齿廓面间的距离 使之大于某一距离 则调整值的大小 使得 成立。其中 为设定的最小距离许用值 根据 齿轮精加工中刀位点生成的基本理论实际加工的工件参数选用合理的数值。 变位齿轮的啮合区域标准齿轮传动中的齿轮易于设计和互换 故在实际生产中应用广泛 但在一些应用场合中又出现一些新的问题 标准齿轮副中的小轮齿廓面的曲率半径相对较小、齿根厚度薄 而参与啮合的次数又多 使得小轮的抗弯强度不足 成为齿轮副传动中的薄弱环节 制约了整体的承载能力 标准齿轮对安装中心距 的精确要求 致使在中心距无法满足要求时的应用受限 使用范成法加工渐开线齿廓时 若设计需求的标准齿轮齿数过少 其齿廓面根部将不可避免地产生根切 严重影响轮齿的弯强及传动的重合度 此种现象在齿轮设计时应坚决避免。在高速重载传动情形时 上述问题的弊端暴露的更加明显 实际中常对齿轮进行修正 广泛采用的是切制齿轮时改变切齿刀具和轮坯间相对位置的变位修正法 能有效地克服与改善了标准齿轮副传动时的不足。有关变位齿轮的齿廓面实际啮合区的求解过程 与标准齿轮类似 在靠近齿廓面根部区域仍旧是过渡曲面部分 变位量影响着齿轮的分度圆齿厚及齿槽宽 渐开线的形状只由基圆大小决定。 本章小结本章通过对齿廓面中磨削加工刀位的阐述以及实际有效齿廓啮合区的计算 论述了标准齿轮副传动中有效啮合区的计算方法、齿根过渡曲线的表达方程式及刀位点的解析表达式 为后续内容中有效磨削加工面区域的合理性选择起了依据作用。 中齿轮建模与刀轨算法开发 中齿轮建模与刀轨算法开发对零件三维实体模型的精确造型技术是用于准确合理的数控 的前提条件 其中较为关键的技术是曲线及曲面的准确数学表达 寻找合理的数学手段解决造型的统一表述形式。该技术首先发展于上世纪六十年代的航空工业需求 年美国波音公司提出矢函数表述空间曲线及曲面的方法 接着麻省理工学院引入了 年法国雷诺公司提出的贝塞尔法具有里程碑式的意义 由此基础上发展的系统数学工具以及构成最终国际标准的 法实现了精确表示曲线曲面的理论基础体系。现阶段曲线曲面造型技术发展的相对成熟和系统 一些数据运算及元素优化技术取得了完全的实现和应用。 用于客户开发新产品及编程加工制造的三维数字模型设计与过程验证 它起源于美国麦道飞机公司 年并入 公司开始服务于通用汽车的数字化设计 月正式合并于西门子集团。有着美国航空与汽车两大高端产业的应用发展背景及设计经验现已广泛应用于美国及全球多家知名公司采用的计算机辅助设计及制造的系统标准 它能专门供给于企业的数模产品及加工工艺设计要求 包括了产品开发制造及效果仿真优化的全部设计流程 实现完全的产品工程数字方案。 中样条曲线都是用非均匀有理 样条 曲线表示的 能将二次曲线与自由曲线统一起来。 的表达含义是 读博时所作的学术研究首先提出 国际组织制定的工业产品数据交换标准中将其规定为表达工业产品形状的唯一数学方法 又将其纳入到交互图形编程接口的程序员层次交互图形系统国际标准中。目前的 包括 、有理 、均匀 样条和非均匀 样条。在传统的手工制图领域并不存在 曲线及曲面 而是为进行计算机 建模专门提出的 建模时用数学表达式构建曲线和曲面的轮廓及外形其数学表达式是一种专做曲面物体造型的复合体。 能比传统的网格建模更好地控制物体外轮廓的曲线度 所创建模型更逼真、生动 几乎被所有的高级三维软件采用与支持。加工中的某瞬态时刻 刀具和曲面仅在局部区域接触 加工技术偏重于表征模型的局部特性多数情况中需要修正 模型、建立 模型。 中齿轮建模与刀轨算法开发常用的措施包括 与加工无关特征的简化、缺陷模型的修正、增添加工辅助曲线或面。 螺旋锥齿轮知识螺旋锥齿轮的传动理论由美国 公司的科研人员提出的 目前锥齿轮的应用中广泛采用的是 齿制中的弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮【 两传动轴的中心轴相对偏置位于空间的不相交直线 齿廓线的形状是圆弧形且大多数采用渐缩齿形 瑞士奥利康公司 此公司现在已经和奥利康公司重组为一个企业 设计开发的延伸外摆线齿形齿轮瞄】。螺旋锥齿轮在全球不同的国家及地区有着各种不同的名称 它以极高的传动功效和载重承载能力、较好的可靠传动平稳性和使用寿命及紧凑的结构空间 特别适用于各种大功率的机械传动中 比如航海造船、工程机械及矿山机械中。研究螺旋锥齿轮热处理后齿面精磨加工以消除热处理变形误差有着较大的实用意义 而又以 齿形制中的弧齿锥齿轮应用最为广泛 故本文以一个大模数的弧齿锥齿轮为例进行了磨削加工刀轨编程优化的研究。 齿轮的几何建模本课题采用弧齿锥齿轮小轮为例 展开了对工件热处理后其轮廓面进行精加工磨削的讨论和论述 旋向为左旋 课题选用的齿轮规格描述见下表 所选用弧齿锥齿轮的主要参数在软件平台中的齿轮建模 工具箱中 输入选用的相关参数 创建高精度的小轮工件设计模型 高变位系数 切变位系数 中齿轮建模与刀轨算法开发图弧齿锥齿轮实体 模型 顶面和侧面观察 模块系统简介典型的 系统包括两部分 计算机辅助编程系统和数控机床设备。计算机辅助编程系统硬件 软件 系统的构成模块圈图中的计算机编程系统的作用是由工件的 数据模型信息生成数控加工刀具路径 并输出数控 文件 它由微机操作环境和系统 软件构成。其中的微机操作环境主要指工作站和微机 软件是自动编程系统的核心。数控设备能够接收数控程序代码并完成代码所对应的各种机床动作。 脯编程步骤介绍现阶段广泛应用的各种 软件的交互性图形自动编程功能的使用效果都较好 操作流程和编程能力均区别不大 使用过程相似。本课题采用的 数控编程软件 实现自动编程的大致流程如下 建立三维 模型 从主界面进入加工模块 选择所需用的加工环境 所谓加工环境是进入软件加工模块后编程操作时采用的操作类型环境 中齿轮建模与刀轨算法开发 对模型的加工特点进行分析 确定工件的加工工序及粗、精加工余量设置。完成此步规划后 应及时填写一份与该次编程有关的 工序表。工艺分析及规划的意义很重要 直接决定了生成的 编程代码的质量。 在操作导航器中创建加工编程涉及的程序组、刀具组、加工几何体组及方法组四个节点 设置各个节点的相关参数选项 创建操作 它相当于一个工步 由编程要求设置各项切削参数 并生成刀轨 输出刀位源文件 进行刀路的仿真及加工过切检查 用于切削仿真检查和过切检查 刀路的后处理及生成实际加工 代码文件等 实际数控机床的加工件试切运行。获得 模型加工工艺分析和规划 模型完善参数设置工刀轨计算 编程的一般操作流程编程的误差控制实际生产中 所有的加工工艺均不可能也没必要保证零件的绝对精确性 只是尽力保证在“经济加工精度”范围内即可。采用数控机床加工的一个优点即为精度保证较高 这需要严格控制加工的误差使精度等级满足加工要求。正常工作下的机械加工工艺系统将产生不同种类的误差 比如几何误差、工件定位误差、受力受热及工件内应力变形引起的误差以及加工测量调整和原理误差

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