弧齿锥齿轮加工系统几何仿真研究

田源 郑克康 张丰霞

摘要：当前我国国民经济飞速发展，我国各行各业都有了显著的发展提升。在这样的背景之下，我国航空以及工程机械领域迅速发展成为国家重要产业。目前航天航空以及工程机械等重工业领域对于我国的发展极为重要，也是现代化发展过程中影响到国家综合实力的重要产业。而弧齿锥齿轮凭借其独特的优点，如传动平稳、承载能力强等，在航空以及工程机械等领域得到了广泛的应用。但当前对于弧齿锥齿轮的使用存在着一定的问题，主要是其几何形状的复杂在一定程度上增加了加工制造的难度，因而需要对此进行深入的分析研究，就其几何仿真研究现状进行分析，总结出可能存在的问题，由此来促进弧齿锥齿轮加工技术的进一步发展。

关键词：弧齿锥齿轮、加工系统、几何仿真研究

一、 引言

当前弧形锥齿轮的应用极为广泛，我国众多机械制造行业都离不开弧形锥齿轮。在飞机、车辆传动、工程机械以及船舶的制造方面都广泛的应用了弧形锥齿轮。弧齿锥齿轮的包含面很广，主要包括传递相交轴面运动和动力的弧齿锥齿轮以及用于交错轴间传动的准双曲面齿轮，弧齿锥齿轮使用过程中传动平稳同時承载能力也较高，这也是其最突出的优势所在，但在实际的使用过程中弧齿锥齿轮的几何形状十分复杂，因而在设计以及制造的过程中对于其质量的控制显得尤为困难。弧齿锥齿轮的几何形状复杂也导致在制造过程中需要耗费大量的时间进行相应的计算分析，因而加工仿真逐渐的应用到了弧齿锥齿轮的加工过程中。加工仿真主要是通过虚拟环境对弧齿锥齿轮的加工机床进行一定的调整，同时对于弧齿锥齿轮进行加工以代替真实的调整试切。加工仿真在弧齿锥齿轮加工方面的应用很大程度上帮助提高机床参数的合理性，同时也为加工过程中的分析工作提供了可供分析的数据模型。有效的避免了之前弧齿锥齿轮加工过程中的繁杂的调整过程，其生产周期以及生产的成本也能够有效的降低，因而现阶段对于弧齿锥齿轮的加工仿真研究具有现实性的发展意义，对于我国机械制造产业的发展有着关键性的影响。

二、 弧齿锥齿轮的加工原理以及虚拟加工技术的研究分析

弧齿锥齿轮是一种曲面零件，其构造比较复杂，也正是因为弧齿锥齿轮构造的复杂导致其加工过程中也是比较困难的，加工方法复杂难懂。弧齿锥齿轮的加工原理主要是按照“假想平顶产形轮”切齿原理进行加工的，在此过程中通过假想平顶产形轮与被加工的工件进行无隙啮合，其中代表了产形轮轮齿的刀盘刀齿切削刃就会在被切齿轮的齿坯上切割出齿形，这便是弧齿锥齿轮基本的加工原理。同时弧齿锥齿轮副中的大轮制造方法有所不同，往往采用展成法或是螺旋成型法进行加工，在此过程中还要根据切削大轮的情况进行分析，如果在切削大轮的过程中没有展成运动，则切削的效率就会非常高。总的来说，弧齿锥齿轮加工过程中主要试用的是大批量的生产过程，我国的汽车、飞机制造行业等对此都有试用。弧齿锥齿轮副中大轮的使用情况即如上所述，大批量的生产也导致弧齿锥齿论副中大轮的使用量较大，在机械制造方面的用途较广。除了弧齿锥齿轮副中大轮之外，其副中的小轮所采用的加工方法为展成加工发，主要是指在此过程中对于齿面进行一定的修正，同时对于机械摇台式机床中增加了其他方面的运动机构，这些附加机构可以帮助实现其他方面的某些功能。

虚拟加工作为虚拟加工技术的一个重要组成部分，起主要作用是为虚拟制造创造一个比较真实合理的加工环境，在此过程中还会使用到其他多方面的仿真以及评估，是用来对加工参数进行研究，最为主要的目的是评估产品的质量受到加工参数的影响程度大小。在此过程中，齿轮的虚拟加工过程中需要注意到多方面的问题，其中最为关键的则是需要根据仿真机构建的切削后零件的几何模型对零件的精度进行分析，同时还要注意零件的几何模型对于零件精度的影响，具体的加工过程中需要观察齿轮的虚拟加工在计算机软件内的运行过程，计算机软件主要反映的是齿轮加工过程，对于其加工过程进行了模拟。最后还需要更具具体的施工过程对相关参数进行调整，最终可以得出相应的实体模型以供分析参考。

三、 弧齿锥齿轮加工的几何仿真研究分析

当前弧齿锥齿轮的使用十分广泛，在我国众多机械制造领域都起到了极为重要的作用，对于弧齿锥齿轮的加工来说，其几何仿真加工能够有效的解决弧齿锥齿轮加工过程复杂的缺陷，以下对于弧齿锥齿轮加工过程中的几何仿真进行深入的研究分析。

弧齿锥齿轮的加工仿真主要可以分为两种类型，即几何仿真以及物理仿真，这里所介绍的几何仿真主要是指对于弧齿锥齿轮加工过程中某些工序的验证，主要验证的包括刀的路径以及工件所加工出的形状是否正确，同时对于该过程中是否会出现碰撞、欠切等现象进行验证分析。弧齿锥齿轮加工系统的几何仿真的实现需要在加工过程中，对刀盘切削刃的槽中运动进行部分金属的切除工作，所要切除的金属部分主要是刀盘与齿坯的重叠部分，该重叠区域的切除是必要的，在此过程中要严格注意重叠的区域，防止出现切除错误，影响到整个几何仿真过程。在此过程中，铣齿的加工也是比较重要的一部分，铣齿的加工过程中是连续性的过程，因而在进行几何仿真的过程中需要实现离散化，即将铣齿的加工过程进行分散，具体的过程可以将金属切削的过程分为若干个切削时段，同时还可以根据相关的实体模型进行研究，实体模型的建立需要根据具体的齿坯以及刀盘进行建立，并在每一个切削的过程中，对于实际的运转器械进行一定的调整，尤其是对于刀盘和齿坯相对位置的调整，必须要符合规定的标准。划分后的切削时段都有效的完成之后，就会得到加工后的工件齿面，因而可以在实际操作过程中根据不同的工机床以及加工方法进行分析，利用相应的软件对上述的过程进行研究。当前我国学者针对弧齿锥齿轮切削加工的几何仿真技术有了较为深入的研究，很多的科研机构也根据相关的数控软件进行了相关模型的建立，实现了我国弧齿锥齿轮加工过程的可视化。

现如今我国诸多机构学者对弧齿锥齿轮加工系统的几何仿真进行了研究，其中我国重庆大学的梁伟就利用二次开发功能，同时结合了C+语言，并由此开发出了一套针对弧齿锥齿轮的切齿加工过程仿真和数据分析的软件。该软件能够对弧齿锥齿轮的设计和加工过程进行指导，主要是通过软件分析出了齿轮的设计过程。此外，我国研发人员王沉培、邓效忠等人也依据弧齿锥齿轮加工的几何仿真进行了研究，建立了一系列的弧齿锥齿轮加工系统的几何仿真系统以及研发了相关的设备装置。这一系列的成果对于我国弧齿锥齿轮加工系统的研究发展有着极为重要的意义。当前对于弧齿锥齿轮的几何仿真研究已经有了系统振动、应力过程仿真以及啮合过程仿真等诸多方面的研究成果，这些研究成果结合应用了计算机图形学、虚拟现实技术等诸多方法，由此对于弧齿啮齿轮数控加工仿真的理论及方法进行了研究，并基于此建立了加工仿真系统。最后通过对相邻加工时刻特征几种的元素进行了齿面数据模型的建立，并由此提出了相应的齿坯模型，当前TIA中也通过变成输入了机床的位置以及运动参数，由此控制了相应的弧齿锥齿轮切齿仿真，并实现了高精度的虚拟加工。

四、 结束语

本文中就当前我国弧齿锥齿轮加工系统的几何仿真进行了深入的研究分析，弧齿锥齿轮作为机械产品中的基础性零件，凭借其良好的传动性能在机械行业中得到了广泛的应用，当前对于齿面数学模型的建立等仍在不断研究，在日后将会取得更大的成果。

参考文献：

[1]金映丽，程远.弧齿锥齿轮加工系统的几何仿真研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019（03）：135-138.