1 前言

　　文獻(xiàn)介紹了斜齒錐齒輪的特點(diǎn)及其數(shù)學(xué)、幾何建模過程。大錐角斜齒錐齒輪副可用于章動(dòng)傳動(dòng)，其三維模型如圖1所示。其中錐角90°的平面齒輪稱其為產(chǎn)型輪，而另一個(gè)與其嚙合的稱為被加工齒輪。在j維模型的基礎(chǔ)下，以上兩齒輪的數(shù)控加工均已完成，介紹其中產(chǎn)型輪的加工方法，被加工齒輪的加工方法將另行撰文介紹。

　　根據(jù)產(chǎn)型輪齒廓的特點(diǎn)，采用如圖2所示。三面刃盤銑刀幾何參數(shù)。切齒方案，如圖3所示。產(chǎn)型輪毛坯用三爪卡盤裝夾且可以繞x軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)x、y、z和四軸聯(lián)動(dòng)從而切削出產(chǎn)型輪齒廓。

2 刀軌設(shè)計(jì)

　　2.1 定義刀具

　　如圖2所示，坐標(biāo)原點(diǎn)作為刀具基準(zhǔn)點(diǎn)，并以向上方向?yàn)榈遁S矢量正向。利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)工具將軸定義到與機(jī)床工作臺(tái)垂直向上的方位;然后在UG刀具庫(*1UGSINX 4.01MACH lresourceUibraryl tool \ graphics 1)中加人劉應(yīng)參數(shù)的盤銑刀實(shí)體模型文件( *.prt )，以便在加工仿真時(shí)檢查過切。再將新建立的盤銑刀實(shí)體名稱添加到uG刀具的數(shù)據(jù)庫文件(*\ UGS 1 nx4 .OIMACIIIresourceUibrary\tool\metric\ tool_database.dat)中，以便在UG的加工環(huán)境建立刀具的時(shí)候能查到盤銑刀。

　　2.2 刀軸矢量

　　刀軸矢量n_D始終位于節(jié)平面內(nèi)并垂直于齒根線在節(jié)平面上的正投影O'B。

　　同樣可以求出加工另一齒面時(shí)的刀軸矢量。

　　2.3 刀位點(diǎn)軌跡

　　產(chǎn)型輪齒面上任意點(diǎn)在坐標(biāo)系XYZ中其中，μ、θ的變化范圍已知。當(dāng)θ=θ_fa時(shí)表示的是齒根線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)，在加工時(shí)只要令μ在產(chǎn)型輪齒寬范圍內(nèi)變化即可。根據(jù)齒根線任意點(diǎn)的坐標(biāo)值求出刀具在加工產(chǎn)型輪時(shí)的刀位坐標(biāo)具體步驟如下:

　　如圖5所示，A點(diǎn)為齒根線上任意一點(diǎn)，先將A點(diǎn)沿著n_D的方向移動(dòng)δ/2的距離，然后在沿著z軸負(fù)方向平移DI2的距離即可得出刀位點(diǎn)。。在XYZ中的坐標(biāo)。由此得出盤銑刀刀位點(diǎn)O_D相對與A點(diǎn)的偏移量在X軸、Y軸、Z軸的投影上任意點(diǎn)時(shí)刀位點(diǎn)的位置。當(dāng)B取某一值時(shí)，令“在大于齒寬的一定范圍內(nèi)按線性規(guī)律變化，可以得到坐標(biāo)系XYZ中一系列的順序點(diǎn)，這些順序點(diǎn)確定了刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡;再將按一定的線性規(guī)律減小;直到θ_fa為止，這樣就得到了加工該齒面時(shí)刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　2.4 生成刀軌文件

　　(1)根據(jù)產(chǎn)型輪的數(shù)學(xué)模型，在VB環(huán)境中將齒面上任意一點(diǎn)經(jīng)過坐標(biāo)變換成對應(yīng)的刀位點(diǎn)的坐標(biāo)以及求出相對應(yīng)的刀軸矢量;

　　(2)將θ平均分成n等份，這樣就控制了加工時(shí)的背吃刀量a_p;θ線性變化的每一個(gè)值都在大于齒寬范圍內(nèi)變化來保證刀具切人和切出的距離，可設(shè)計(jì)出加工一個(gè)齒面時(shí)刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　在編制程序過程中，輸出的文件應(yīng)嚴(yán)格遵循UG刀位文件(.clf)的格式。

3 加工仿真

　　為驗(yàn)證VB生成刀軌文件的正確性，使加工過程中不出現(xiàn)干涉和過切等現(xiàn)象，需要在uG環(huán)境中進(jìn)行加工仿真。

　　3.1 建立刀具

　　從“Retrieve Tool”中連續(xù)選擇確認(rèn)找到盤銑刀。

　　3.2 創(chuàng)建操作

　　點(diǎn)擊創(chuàng)建操作圖標(biāo)，方式為"mill-multi-axis"，子類型為"RARIARLF;-OlYTOUR"，刀具選擇“panzidao"，使用方法為"mill-finish" 。

　　3.3 生成刀軌

　　“驅(qū)動(dòng)方式(Drive Method)”選擇“刀軸(Tool Axis)”，然后選擇對應(yīng)的刀軌文件，“刀軸(Tool Axis)”選擇與“驅(qū)動(dòng)路徑(DrivePath)”相同，確認(rèn)后設(shè)置進(jìn)退刀參數(shù)，選擇非切削選項(xiàng)，然后進(jìn)刀和退刀均為“手工”方式，移動(dòng)方式均為“圓?。号c刀軸垂直”，距離均為10mm，保證盤銑刀沿齒面切入和切出。然后生成刀軌(Generate)。

　　3.4 刀軌確認(rèn)

　　顯示刀具情況應(yīng)為“裝配”選項(xiàng)，這樣盤銑刀即可顯示出來。在過切選項(xiàng)中選擇“過切檢查”來驗(yàn)證刀軌，最后點(diǎn)擊“確認(rèn)”完成加工仿真。定義好合適的進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速，再將刀軌作圓周陣列完成對產(chǎn)型輪的虛擬加工。

4 數(shù)控加工

　　將已加工好的毛坯安裝在加工中心第4軸轉(zhuǎn)臺(tái)的卡盤上

5 結(jié)束語

　　利用UG為工作平臺(tái)，CAD／CAM無縫連接完成了斜齒錐齒輪產(chǎn)型輪的加工刀軌創(chuàng)建以及仿真驗(yàn)證、代碼生成，并在此基礎(chǔ)上利用4軸聯(lián)動(dòng)加工中心實(shí)現(xiàn)該齒輪的數(shù)控加工。在類似齒輪的數(shù)字化加工方面進(jìn)行了成功的探索。