基于Pro/E Wildfire的直齿圆锥齿轮虚拟制造

蔺吉顺，毕晓伟，布茂东

(内蒙古民族大学机械工程学院，内蒙古通辽028000)

0 引言

利用Pro/E Wildfire对直齿圆锥齿轮的数控精铣齿工艺［1］如下:

1)创建数控加工文件；

2)规划直齿圆锥齿轮的制造模型(将其参考模型和工件装配在一起)；

3)定义操作(明确Pro/NC所需要的3种坐标系:绝对坐标系、加工坐标系、参考坐标系)；

4)选择加工方法(在序列设置中选择“刀具”、“参数”、“退刀”、“曲面”、“4轴平面”、“定义切割”选项)；

5)设置加工刀具(包括刀具的名称、类型、材料和单位)；

6)设置加工参数(切削进给、跨度、主轴转速、间隙距离)；

7)设置退刀平面；

8)选择加工区域。

最后在“屏幕演示”选项下模拟刀具加工过程，利用“NC检测”进行三维实体加工过程的模拟，如图1所示。

可见，此加工方法会出现“过切”和“欠切”现象，进行直齿圆锥齿轮虚拟数控加工的难点就在于如何解决此问题，因此，在对各种加工方法进行试验的基础上，提出了“分块加工”思想。

图1 齿轮加工的“过切”与“欠切”现象图

1 设计思路与步骤

1.1 设计思路

从图1可以看出，由于某些齿廓刀具没有走到，造成加工不完整，这就是所谓的“欠切”现象。而对于某些轮齿加工过程中被切去一部分，使轮齿不完整，图2为锥齿轮精加工时齿轮大端投影图，从图2中就更容易看出此加工方法在加工时，刀具与A-A平面平行，这样在加工齿廓1时，刀具与齿廓1相邻的轮齿发生干涉(图中实体填充部分)，造成相邻轮齿的一部分被切割掉，这就是所谓的“过切”现象，解决“过切”和“欠切”对于直齿圆锥齿轮的精加工具有重大的实际意义。

图2 齿轮加工时大端“过切”平面图

分块加工原理就是对于某些特殊零件，在整体加工过程中为了确保加工精度，将加工部位分成几个部分，对这几个部分分别进行必要的序列设置，由此便可以达到理想的效果。

高精度的齿轮加工工艺特点在于端面的粗糙度较细，基准端面对基准孔的端面圆跳动要求精度高，因此在齿坯加工中，除了要注意控制端面与内孔的垂直度外，还需留有一定的余量进行加工［2］。齿轮类零件的一个显著特点是其关于中心对称，那么就可以先对其中一个齿槽创建NC序列进行加工，只要此齿槽加工质量好，其他齿槽按照此齿槽加工方法创建NC序列进行加工即可。图3为锥齿轮大端投影图，在进行齿廓1的铣削加工时，可以让刀具轴线平行于平面B-B，这样在齿廓铣削加工过程中刀具就不会与轮齿发生干涉，进而避免了“过切”现象。同理，在进行其他齿槽的铣削加工时，可以让刀具轴线平行于各自齿槽的对称平面即可。

图3 “分块加工”原理图

1.2 设计基本方法和步骤

对于直齿圆锥齿轮在采用分块加工前应在每个齿槽都建立一个平面，此平面通过中心轴，且使齿槽关于此平面呈对称分布。对于每个齿槽在选择完加工区域进行刀具轴平面的选择时，选择此齿槽的对称平面即可。关于此对称平面的创建，对于奇数个齿数的齿轮，若其齿数为z，则需要将HA_DTM平面绕中心轴旋转角度360/z，然后将此平面旋转复制，其中旋转的角度为360/z，复制数量为z-1；对于偶数个齿数的齿轮，若其齿数为z，则需要将HA_DTM平面绕中心轴旋转角度180/z，然后将此平面旋转复制，其中旋转的角度为360/z，复制数量为z/2-1，由此便可避免“过切”和“欠切”现象。对于图4齿轮的齿数为25，则需要由25个并联的“曲面铣削”方法组成，建立的制造模型如图4所示［3］。

图4 采用“分块加工”后的制造模型

由这25个并联的“曲面铣削”序列生成的刀具轨迹如图5所示。

图5 锥齿轮精加工的刀具轨迹

2 后置处理

后置处理的过程也就是生成MCD文件的过程。进行刀具路径的演示，确认刀具轨迹无误后，可以在“播放路径”的“文件”菜单下将其“另存为MCD”，选中“加工”和“处理标识”复选框，将输出以.tap为后缀的数控程序文件，用记事本打开便可看到锥齿轮精加工的数控程序［4］。

生成的数控程序如下:

%

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对锥齿轮精加工仿真

在VERICUT中调入NC程序，并定义刀具列表以建立G代码中所指定的刀具号和主刀具库文件中的刀具号的映射关系，即可进行加工过程的仿真［5］。

其过程包括建立控制系统、建立组件树、设置切削仿真的刀位轨迹文件与刀位文件，之后便可利用VERICUT播放锥齿轮的精加工过程。精加工中和加工后的齿轮见图6。

图6 锥齿轮精加工样图

4 结语

利用Pro/Engineer Wildfire NC完成直齿圆锥齿轮的精加工过程，提出了“分块加工”的虚拟制造思想，解决了整体加工时的“过切”和“欠切”走刀错误现象，在生成加工过程的刀具路径文件后，利用“后置处理”模块来提取相关的加工信息，之后便可以根据机床数控系统的特点以及NC程序格式要求进行相应的分析、判断和处理，生成数控机床所能直接识别的NC程序，并为下一步利用VERICUT软件进行加工仿真来检验设计和加工的正确性提供了有效的技术支持。

［1］姜洪奎，等.PRO/ENGINEER WILDFIRE 5.0数控加工行业应用实践［M］.北京:机械工业出版社，2010.37-43.

［2］李春玮.齿轮加工工艺分析［J］.机械管理开发，2011，(2):36-37，41.

［3］林艳，原思聪，季文祥，等.基于Pro/E的直齿圆锥齿轮参数化建模与运动仿真分析［J］.机床与液压，2010，38(19):115.

［4］张滢.Pro/E Wildfire数控加工及二次开发技术［M］.北京:机械工业出版社，2006.153-160.

［5］杨胜群.VERICUT数控加工仿真技术［M］.北京:清华大学出版社，2010.